Bidang Ilmu: Sains & Teknologi

Penelitian Individu

LAPORAN PENELITIAN KOMPETITIF FAKULTAS

PATIENT MONITORING SYSTEM BERBASIS IoT DALAM

PENCEGAHAN PENYAKIT TUBERKULOSIS

Oleh:

TARYUDI, Ph.D NIDN. 0006088005

PENELITIAN INI DIBIAYAI DARI DANA BLU POK FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

BERDASARKAN SURAT KEPUTUSAN PEJABAT PEMBUAT KOMITMEN

FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

Nomor. 024a/5.FT/PP/V/2019, Tanggal: 9 Mei 2019

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

OKTOBER 2019

iii

DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................... ii

DAFTAR ISI ........................................................................................................................ iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................................. iv

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. v

RINGAKASAN.................................................................................................................... vi

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................... 1

1.1. Latar belakang dan State of the art .................................................................... 1

1.2. Rumusan masalah .............................................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 4

2.1. Renstra dan Road Map Penelitian ...................................................................... 4

2.2. Kajian hasil-hasil penelitian ............................................................................... 6

2.2.1. Internet of things ................................................................................................ 6

2.2.2. Health Monitoring System ................................................................................. 7

BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN ..................................................... 10

3.1. Tujuan Penelitian ........................................................................................... 10

3.2. Manfaat Penelitian ......................................................................................... 10

BAB IV METODE PENELITIAN ......................................................................................11

4.1. Tujuan Penelitian ............................................................................................. 11

4.2. Metode Penelitian ............................................................................................ 11

4.3. Arsitektur system ............................................................................................. 12

4.4. Deskripsi kerja sistem ...................................................................................... 14

BAB V HASIL LUARAN YANG DICAPAI ..................................................................... 16

5.1. Prototipe system ............................................................................................... 16

6.1. Pengujian sub system ....................................................................................... 17

6.1.1. Pengujian Pada Sensor MAX30100 ................................................................ 17

6.1.2. Pengujian Pada Sensor MLX90614 ................................................................. 20

6.1.3. Pengujian Neo – 6M GPS ................................................................................ 22

5.2. Publikasi hasil penelitian ..................................................................................... 22

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 23

6.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 23

6.2. Saran .................................................................................................................... 23

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 24

Lampiran 1. Riwayat Hidup Peneliti ................................................................................... 25

iv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Road map penelitian peneliti tahun 2018 – 2021 .......................................................... 5

Tabel 5.1 Pengujian Sensor MAX30100 .................................................................................... 18

Tabel 5.2 Pengujian Sensor MLX90614 .................................................................................... 20

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Road map penelitian bidang sains dan teknologi Fakultas Teknik UNJ

(FT-UNJ, 2018) ............................................................................................................................ 4

Gambar 2.2 Semua aktivitas manusia terhubung ke internet ........................................................ 6

Gambar 2.3. Health Care Monitoring System berdasarkan IoT .................................................... 8

Gambar 4.1 Diagram alir penelitian ........................................................................................... 11

Gambar 4.2 Blok diagram patients monitoring system berbasis IoT untuk pencegahan penyakit

tuberkulosis ................................................................................................................................ 12

Gambar 4.3 Ilustrasi gelang monitoring system ......................................................................... 13

Gambar 5.1 Controller hardware system .................................................................................... 16

Gambar 5.2 Hand-band sensor system. ................................................................................... 16

Gambar 5.3 IoT-based application software. .............................................................................. 17

Gambar 5.4 Data Pertama Hasil Perbandingan Sensor MAX30100 .......................................... 18

Gambar 5.5 Data kedua Hasil Perbandingan Sensor MAX30100 ............................................. 19

Gambar 5.6 Data ketiga Hasil Perbandingan Sensor MAX30100 ............................................. 19

Gambar 5.7 Data Pertama Hasil Perbandingan Sensor MLX90614 .......................................... 20

Gambar 5.8 Data Kedua Hasil Perbandingan Sensor MLX90614 ............................................. 21

Gambar 5.9 Data Ketiga Hasil Perbandingan Sensor MLX90614 ............................................. 21

Gambar 5.10 Data Hasil Perbandingan Pada Neo – 6M GPS .................................................... 22

vi

RINGAKASAN

Internet of things (IoT) membawa peluang besar terhadap perkembangan

teknologi dan human development goal. Pasien monitoring system merupakan konsep

penting dalam pelayanan kesehatan untuk mengetahui perkembangan kondisi pasien

dari jarak jauh dan sebagai upaya pencegahan terhadap kondisi kritis. Akan tetapi,

sampai saat ini sistem monitoring pasien yang dikembangkan untuk pencegahan

penyakit infeksi atau menular yang berbasis IoT masih sangat terbatas apalagi yang

friendly digunakan di negara berkembang seperti Indonesia. Tujuan dari penelitian ini

yaitu merancang dan membuat sistem monitoring pasien berbasis IoT untuk pencegahan

penyakit tuberculosis melalui pemantauan pola aktifitas dan tanda-tanda vital pasien.

Metode penelitian menggunakan empat langkah metode Research and

Development untuk merancang patients monitoring system dalam pencegahan

tuberkulosis. Tahap pertama analisis kebutuhan spesifikasi, teori-teori, datasheets,

application notes, hasil-hasil penelitian yang terkait di khasanah pengetahuan ilmiah

untuk menentukan spesifikasi dari protipe system. Hasil tahap analisis digunakan untuk

menentukan spesifikasi dari masing-masing sub-sistem yang membentuk prototipe

sistem secara keseluruan sehingga dapat digunakan sebagai data untuk mendesain

hardware dan software yang digunakan untuk membangun sistem secara keseluruhan.

Hasil desain prototipe sistem yang diusulkan selanjutnya direalisasikan atau dibuat pada

tahap pengembangan.Tahap terakhir dari pengembangan sistem yang diusulkan adalah

tahap pengujian sistem secara keseluruhan secara non klinis dan klinis dengan

menggunakan kriteria pengujian dan spesifikasi dari sistem yang sudah diperoleh di

langkah sebelumnya.

Hasil penelitian ini berupa prototype patients monitoring system sebagai upaya

pengecahan penyakit tuberculosis yang memiliki sensitivity dan specificty yang

acceptable. Selain itu juga hasil penelitian ini sudah dipublikasikan pada seminar

Internasional.

Kata Kunci: Internet of things, patient monitoring system, tuberkulosis

1

1. BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang dan State of the art

Internet of things (IoT) saat ini menjadi trending topik di era industri 4.0 dan

membawa peluang besar terhadap perkembangan teknologi dan human development

goal. IoT didefinisikan sebagai integrasi semua perangkat yang terhubung ke jaringan,

yang dapat dikelola dari web sehingga mampu memberikan informasi secara real time

dan memungkinkan interaksi dengan pengguna (Gomez, 2013). Di antara berbagai

aplikasi, internet of medical things (IoMT) mendapat perhatian yang besar di bidang

kesehatan untuk membantu tenaga kesehatan dalam menegakan diagnosa penyakit dan

monitoring pasien dari jarak jauh melalui pemasangan wearable device (Hsu, 2016).

Ada beberapa aplikasi terkenal IoMT, seperti: (1) memasang global positioning system

(GPS) di Nebulizer pada pasien dengan asma untuk merekam informasi lokasi ketika

peralatan medis digunakan oleh pasien. Sistem ini mampu mengilustrasikan lokasi-

lokasi yang paling sering dilewati oleh pasien saat terjadi serangan asma sehingga

sistem bisa dilatih dan membantu mengingatkan pasien untuk tidak mendekati tempat

yang berisiko (Daukas, 2012); (2) Menggunakan perangkat gelang (bracelet device)

untuk merekam dan mengelola kualitas tidur dan aktifitas olahraga sehari-hari (Bui,

2011); (3) Smart health device dengan health sensor yang dikembangkan untuk

mengkaji, membantu, dan mengobati pasien seperti advance diabetic care, cardiac care,

drug delivery, smart asthma attack prediction dan health and welness (Agilent, 2015;

Siddiquee, 2016; Shu, 2017). Pasien monitoring system merupakan konsep penting

dalam pelayanan kesehatan untuk mengetahui perkembangan kondisi pasien dari jarak

jauh dan sebagai upaya pencegahan terhadap kondisi kritis (Saha, 2017). Sehingga

pemanfaatan teknologi berbasis IoT yang mudah, efektif, dan murah dalam monitor

kondisi pasien sangatlah dibutuhkan. Akan tetapi, sampai saat ini sistem monitoring

pasien yang dikembangkan untuk pencegahan penyakit infeksi atau menular yang

berbasis IoT masih sangat terbatas apalagi yang friendly digunakan di negara

berkembang seperti Indonesia.

Indonesia merupakan salah satu negara dengan tingkat prevalensi penyakit

infeksi yang tertinggi di dunia (World Health Organization, 2018). Sebagai negara

tropis, neglected tropical disease banyak berkembang di Indonesia, selain ditunjang oleh

iklim yang menjadi media baik untuk tumbuhnya bakteri, tingkat urbanisasi juga terus

2

meningkat sehingga penyebaran penyakit menular sulit untuk dikendalikan. Sebagai

contoh, pada tahun 2017-2018, terjadi outbreak penyakit infeksi yang menyebabkan

kematian yang tinggi seperti penyakit campak dan difteri yang mana penyakit tersebut

merupakan penyakit yang harusnya sudah tidak ada lagi di dunia karena sudah

ditemukannya vaksin untuk pencegahannya. Selain itu, Indonesia juga menjadi negara

endemik untuk penyakit demam berdarah dan tuberkulosis (Kementrian Kesehatan RI,

2018). Keberhasilan pencegahan penyakit menular ditentukan oleh survailence yang

baik yaitu monitoring kondisi perkembangan penyakit dan penyebaran.

Penyakit tuebrkulosis atau lebih sering dikenal dengan TBC merupakan penyakit

yang sangat banyak diderita oleh masyarakat Indonesia mulai usia anak sampai dewasa

(Kementrian Kesehatan RI, 2018). Penyakit ini menular melalui droplet dimana bakteri

bisa terbang di udara sampai ketinggian 100 meter dan bisa terbawa oleh angin dengan

sangat cepat. Sehingga angka tertular dari penyakit ini sangat besar dan tenaga

kesehatan sendiri sulit mendeteksi darimana sumber infeksi tersebut. Sebagai contoh

banyak pasien TBC mengatakan bahwa tetangga mereka 10 meter jarak dari rumah baik

kiri, kanan, depan ataupun belakang tidak ada yang di diagnosa menderita TBC tetapi

dia bisa tertular penyakit TBC. Sampai saat ini upaya pencegahan TBC berfokus pada

sanitasi dan nutrisi akan tetapi itu hanya bersifat individual dan belum mampu

mengontrol tingkat penyebaran penyakitnya.

Tracking activity dan pemantauan tanda-tanda vital pasien merupakan salah satu

upaya pencegahan yang dapat dilakukan sebagai sistem survailance untuk

mengidentifikasi tingkat penyebaran dan mengontrol penyebaran penyakit infeksi.

Tracking acitivity yang dilakukan melalui pemasangan GPS yang teritegrasi dengan

health sensor untuk monitoring tanda-tanda vital akan mampu mengetahui pola aktifitas

dan lokasi yang dikunjungi oleh pasien (Shu, 2017). Sehingga akan menjadi data dalam

menentukan lokasi-lakosi yang berpotensi tinggi tertular serta membandingkan tingkat

contegious pasien melalui monitoring tanda-tanda vital. Selain itu, monitoring tanda-

tanda vital pasien juga bermanfaat untuk mengetahui perkembangan penyakit pasien

dan membantu rencana tindakan kesehatan selanjutnya. Saat ini pemantauan tanda-

tanda vital yang sudah beredar hanya mampu mendeteksi data dasar, tidak mampu

menghitung data lebih lanjut, tidak memiliki kemampuan untuk memantau data dan

kondisi secara real time dan on-line sehingga sulit dilakukan pemantauan jarak jauh

oleh tenaga kesehatan (Rainieri, 2011)..

3

1.2. Rumusan masalah

Saat ini penyakit infeksi masih menjadi penyebab utama kematian di Indonesia.

Deteksi penyebaran dan monitoring pasien yang menderita penyakit infeksi masih sulit

untuk dilakukan sehingga tingkat penularannya sulit dikendalikan. Selama ini, sistem

survilance yang merupakan elemen penting dalam pencegahan dan penanganan

penyakit infeksi masih berdasarakan pada traditional approach, seperti self-reported dan

paper-based. Perkembangan IoT dalam bidang kesehatan memberikan peluang untuk

dikembangkannya sistem monitoring pasien dalam pencegahan penyakit menular

melalui pemantauan pola aktifitas, lokasi yang dikunjungi, dan tanda-tanda vital sebagai

indikator penting dalam penyebaran penyakit infeksi. Akan tetapi, sampai saat ini

sistem monitoring pasien yang dikembangkan untuk pencegahan penyakit infeksi atau

menular yang berbasis IoT masih sangat terbatas apalagi yang friendly digunakan

dinegara berkembang seperti Indonesia. Sehingga dibutuhkan suatu inovasi baru dalam

sistem monitoring pasien menggunakan IoT dalam upaya pencegahan penyakit infeksi

di Indonesia dan diharapkan mampu mengurangi prevalensi penyakit menular di

Indonesia dan mengurangi angka kematian yang disebabkan penyakit infeksi.

4

2. BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Renstra dan Road Map Penelitian

Berdasarkan road map penelitian bidang sains dan teknologi di Fakultas Teknik

Universitas Negeri Jakarta untuk jangka waktu tahun 2018 sampai dengan tahun 2023

(FT-UNJ, 2018), penelitian-penelitian yang dilakukan oleh dosen di lingkungan

Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta harus mengarah ke renstra dan road map

tersebut. Pada road map tersebut terdapat empat tahapan yaitu: (1) research and

development; (2) technology; (3) product; (4) market, seperti diperlihatkan pada

Gambar 2.1. Gambar tersebut menunjukan bahwa dalam jangka waktu 5 tahun, peneliti

memulai penelitian dari analisis kebutuhan melalui tahapan research & development

sampai pada tahap pemasaran produk hasil penelitian dalam bidang sains dan teknologi

untuk meningkatkan taraf hidup masyarakat.

Gambar 2.1 Road map penelitian bidang sains dan teknologi Fakultas Teknik UNJ

(FT-UNJ, 2018)

Untuk itu, peneliti sudah menyusun road map penelitian mulai tahun 2018

sampai dengan tahun 2021 seperti ditunjukan pada Tabel 2.1. Dari Tabel tersebut

menunjukan bahwa pada tahun 2018, peneliti sudah melakukan penelitian system

monitoring berbasis IoT (Internet of Things) yang diterapkan pada pencegahan

keamanan rumah. Kemudian dengan berbekal prototype system dan data hasil penelitian

5

yang sudah dilakukan, maka peneliti melanjutkan penelitian berbasis IoT di tahun 2019

dalam pengembangan teknologi kesehatan yang dapat diterapkan untuk pencegahan

penyakit menular yang diawali pada penyakit tuberculosis. Hasil dari penelitian tersebut

akan dijadikan acuan bagi peneliti untuk melanjutkan penelitian pada tahun 2020 dan

2021 untuk mengimplementasikan sebuah pasien monitoring system berbasis Internet of

Things (IoT) untuk pencegahan penyakit menular di wilayah Jabodetabek dan

melakukan evaluasi serta pengembangan system guna meningkatkan kualitas kegiatan

penelitian dan pembelajaran di Indonesia dan khususnya di Universitas Negeri Jakarta.

Tabel 2.1 Road map penelitian peneliti tahun 2018 – 2021

2018 2019 2020 – 2021

1. IoT-based

Integrated Home

Security and

Monitoring

System

1. Patient Monitoring

System Berbasis Iot

Dalam Pencegahan

Penyakit Tuberkulosis

(Proposal Penelitian

Kompetitif Fakultas)

1. Implementasi patient

monitoring system berbasis

IoT dalam pencegahan

penyakit menular (rencana

penelitian)

2. Evaluasi patient monitoring

system berbasis IoT dalam

pencegahan penyakit menular

(rencana penelitian)

3. Pengembangan Patient

monitoring system berbasis

IoT dalam pencegahan

penyakit menular (rencana

penelitian)

6

2.2. Kajian hasil-hasil penelitian

2.2.1. Internet of things

Internet of Things adalah istilah yang diciptakan oleh Kevin Ashton, seorang

pionir teknologi asal Inggris yang mengerjakan identifikasi frekuensi-radio (RFID) yang

membangun sistem sensor yang ada di mana-mana dan menghubungkan dunia fisik

dengan internet. Internet of Thing (IoT) merupakan konsep dimana suatu objek yang

memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan

interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer. (Chatterjee, Cymberknop, &

Armentano, 2017). “A Things” pada Internet of Things dapat didefinisikan sebagai

subjek misalkan orang dengan monitor implant jantung, hewan peternakan dengan

transponder biochip, sebuah mobil yang telah dilengkapi built-in sensor untuk

memperingatkan pengemudi ketika tekanan ban rendah. Sejauh ini, IoT paling erat

hubungannya dengan komunikasi machine-to-machine (M2M) di bidang manufaktur

dan listrik, perminyakkan, dan gas. Produk dibangun dengan kemampuan komunikasi

M2M yang sering disebut dengan sistem cerdas atau “smart”. Sebagai contoh yaitu

smart kabel, smart meter, smart grid sensor (Yudhanto, 2015).

Gambar 2.2 Semua aktivitas manusia terhubung ke internet

Menurut Casagras (Coordinator and support action for global RFID-related

activities and standadisation) mendefinisikan IoT sebagai sebuah infrastruktur jaringan

global, yang menghubungkan benda-benda fisik dan virtual melalui eksploitasi

data capture dan kemampuan komunikasi seperti diperlihatkan pada Gambar Gambar

2.2. Infrastruktur terdiri dari jaringan yang telah ada dan internet berikut pengembangan

jaringannya. Semua ini akan menawarkan identifikasi obyek, sensor dan kemampuan

7

koneksi sebagai dasar untuk pengembangan layanan dan aplikasi ko-operatif yang

independen. Aplikasi IoT dibuat untuk membuat perlengkapan, proses industri dan

infrastruktur menjadi lebih pintar dan lebih aman (Junaidi, 2015).

Dengan semakin berkembangnya infrastruktur internet, maka kita menuju babak

berikutnya, di mana bukan hanya smartphone atau komputer saja yang dapat terkoneksi

dengan internet. Namun berbagai macam benda nyata akan terkoneksi dengan internet.

Sebagai contohnya dapat berupa : mesin produksi, mobil, peralatan elektronik, peralatan

yang dapat dikenakan manusia (wearables), dan termasuk benda nyata apa saja yang

semuanya tersambung ke jaringan lokal dan global menggunakan sensor dan atau

aktuator yang tertanam (Junaidi, 2015).

Tantangan utama dalam IOT adalah menjembatani kesenjangan antara dunia

fisik dan dunia informasi. Seperti bagaimana mengolah data yang diperoleh dari

peralatan eletronik melalui sebuah interface antara pengguna dan peralatan itu. sensor

mengumpulkan data mentah fisik dari skenario real time dan mengkonversikan ke

dalam mesin format yang dimengerti sehingga akan mudah dipertukarkan antara

berbagai bentuk format data (Things) (Suresh, Daniel, Pathasarathy, & Aswathy, 2014).

Menurut beberapa penilitian Internet of Things sudah banyak diterapkan di

beberapa bidang ke ilmuan dan industri, seperti dalam bidang ilmu kesehatan,

informatika, geografis dan beberapa bidang ilmu lain. Ri et al dalam Junaidi (2015)

melakukan riset tentang monitoring kesehatan pasien menggunakan wireless sensor

yang di pasangkan pada tubuh pasien, beberapa hal yang dipantau adalah psikologi

pasien, tekanan darah, detak jantung semua kegiatan tersebut dilakukan secara remote

melalui peralatan yang terhubung ke internet dengan tetap memperhatikan kerahasiaan

data pasien. Selanjutnya, penerapan Internet of Things juga dilakukan pada aktifitas

konsultasi pasien, menggunakan jaringan WLAN dan internet sehingga memungkin

terjadinya konsultasi antara pasien dan dokter secara remote (Junaidi, 2015).

2.2.2. Health Monitoring System

Health Monitoring System merupakan sebuah upaya yang dilakukan untuk

menganalisa informasi dari penerapan suatu program kesehatan yang diberikan pada

pasien. Perkembangan Internet of Things semakin memungkinkan untuk

mengintegrasikan pengembangan program maupun wearable devices untuk memonitor

kondisi pasien. Pengembangan penggunaan internet of things dalam health monitoring

8

system seperti ditunjukan pada Gambar 2.3 dikembangkan oleh Gómeza, Oviedob, dan

Zhuma (2016) yang menciptakan sistem monitoring pasien berbasis internet of things

pada pasien dengan penyakit kronis seperti diabetes dan penyakit jantung. Penelitian ini

meliputi beberapa komponen yang dikaji diantaranya: pasien, dokter, tipe olahraga, tipe

penyakit, lokasi, waktu, serta alat berbasis internet of things itu sendiri. Beberapa

komponen pembentuk alat yang digunakan dalam penelitian ini secara arsitektur

diharuskan memiliki server dengan tiga komponen dasar Detector context, Reasoning

engine, serta The server (Apache Tomcat).

Gambar 2.3. Health Care Monitoring System berdasarkan IoT

Penerapan health monitoring system lainnya menggunakan wireless oleh Hong,

Lee, Yang, & Jang (2010) untuk pasien dengan kondisi kronis yang disebut “Health

Guide”. Alat ini mengkombinasikan alat pasien di rumah seperti akses online yang

memudahkan professional pemerhati kesehatan atau 5 dokter dapat memonitor

kesehatan pasiennya di luar rumah sakit (rumah) dan dapat memberikan perawatan

secara jarak jauh. Health Guide merupakan tool interaktif untuk manajemen perawatan

secara personal dan mengitegrasikan tanda-tanda vital yang diperoleh, pengingat pasien,

berisi tentang multimedia educational content dan feedback, dan sebagai tool

komunikasi seperti video conference dan email. Sistem Health Guide dapat terkoneksi

ke model yang spesifik dari alat medis baik dengan kabel maupun tanpa kabel

(wireless), seperti monitor blood pressure, pengukur glukosa, oximeter (pengukut

9

tekanan oksigen dalam darah), peak flow meter (untuk penderita asma dan bronkitis)

dan pengukur berat badan. Alat tersebut juga dapat menyimpan dan menampilkan

informasi di layar mengenai data pasien dan mengirimkannya ke host server yang aman,

sehingga perawat atau dokter dapat melihat infromasi yang berasal dari pasien dan

keluarganya tersebut secara lengkap dan detail, akurat, terpercaya, sesuai dengan

kebutuhannya.

Penerapan selanjutnya oleh Saha, et al., (2017) yang mengembangkan perangkat

IoT seperti suhu perangkat (LM35CAZ), Wireless dan detak jantung monitor telah

tersambung ke tubuh pasien untuk membuat perangkat merasakan informasi dari

tubuh pasien dan mengirim informasi melalui perangkat nirkabel. Data yang

dikumpulkan dari perangkat IoT untuk 3 hari terakhir. Semua parameter untuk 3 hari

terakhir dapat dilihat melalui aplikasi mobile di mana pun setiap saat. Pemanfaatan

internet of things dalam perangkat wearable device di bidang kesehatan sangat besar

manfaatnya. proses monitoring kesehatan pasien dapat berjalan dengan lebih baik,

teratur, serta akurat dan dapat dipertangung jawabkan. penerapan internet of things

dalam pengembangan health devices dapat meningkatkan kepuasan pasien dan

meningkatkan mutu layanan kesehatan secara umum.

10

BAB III

TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

3.1. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat prototype sistem monitoring pasien

berbasis IoT untuk pencegahan penyakit tuberculosis melalui pemantauan pola aktifitas

dan tanda-tanda vital pasien. Adapun tujuan khusus nya adalah untuk merancang dan

membuat wearable device berdasarkan IoT yang mengintegrasikan health sensor untuk

monitoring tanda-tanda vital dengan GPS untuk tracking acitivity. Selain itu,

Mengevaluasi akurasi dan sensitifitas wearable device dalam mengukur tanda-tanda

vital dan memantau pola aktifitas di laboratorium.

3.2. Manfaat Penelitian

Manfaat dari hasil penelitian ini dapat meningkatkan kompetensi Dosen dalam

melakukan penelitian dan juga dapat dijadikan salah satu bagian dari bahan ajar dalam

pelaksanaan perkuliahan mata kuliah tertentu seperti Mikrokontroler, Internet of Things

dan juga Realisasi rancangan elektronika, karena hasil penelitian ini berupa prototype

system yang dibuat dengan menggunakan metode research and development dan banyak

diimplementasikan dalam penelitian terapan. Dengan menggunakan hasil penelitian ini

dalam proses pembelajaran, maka mahasiswa lebih mengerti tidak hanya teori yang

disampaikan oleh Dosen, tetapi juga penerapan materi perkuliahan dalam prakteknya.

11

4. BAB IV

METODE PENELITIAN

4.1. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat sebuah prototype patient

monitoring system berbasis IoT yang dapat memantau kondisi pasien penderita penyakit

tuberculosis dan dilaksanakan di Laboratorium Otomasi Industri, Fakultas Teknik

Universitas Negeri Jakarta mulai bulan April sampai dengan Oktober 2019.

Gambar 4.1 Diagram alir penelitian

4.2. Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan Research and Development dengan empat

langkah untuk merancang patient monitoring system dalam pencegahan penyakit

tuberkulosis. Tahap pertama analisis dari penelitian dimulai dengan mencari definisi,

spesifikasi, teori-teori, datasheets, application notes, hasil-hasil penelitian yang terkait

12

di khasanah pengetahuan ilmiah untuk menentukan spesifikasi dari protipe system.

Hasil tahap analisis digunakan untuk menentukan spesifikasi dari masing-masing sub-

sistem yang membentuk prototipe sistem secara keseluruan sehingga dapat digunakan

sebagai data untuk mendesain hardware dan software yang digunakan untuk

membangun sistem secara keseluruhan. Hasil desain prototipe sistem yang diusulkan

direalisasikan atau dibuat pada tahap pengembangan.Tahap terakhir dari pengembangan

sistem yang diusulkan adalah tahap pengujian sistem secara keseluruhan menggunakan

kriteria pengujian dan spesifikasi dari sistem yang sudah diperoleh di langkah

sebelumnya. Diagram alir tahapan pelaksanaan penelitian digambarkan pada Gambar

4.1.

4.3. Arsitektur system

Penelitian ini akan merancang sistem dalam bentuk wearble device yang akan

membantu dalam sistem pencegahan penyakit menular melalui monitoring secara real

time tanda-tanda vital pasien yang terinfeksi dan tracking aktivity untuk melihat potensi

wilayah yang mungkin akan terinfeksi. Berikut adalah gambaran sistem arsitektur yang

ditunjukan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Blok diagram patients monitoring system berbasis IoT untuk pencegahan

penyakit tuberkulosis

13

System terdiri atas dua bagian, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Pada

perangkat keras terdiri atas beberapa komponen inti antara lain: Sensor detak jantung

MAX30102, sensor suhu dan kelembaban BME280, GPS nano sebagai sensor posisi

dan kontrollernya menggunakan DFRobot dengan ESP32. Selain itu, sebagai sumber

catu dayanya digunakan batere litium yang dapat diisi ulang dengan ukuran nano.

Semua perangkat keras tersebut dikemas dalam satu kemasan berupa gelang dengan

ukuran 3.5 cm2, sehingga dapat dipasang pada pergelangan tangan dengan ilustrasi

seperti Gambar 4.3. Sedangkan pada bagian perangkat lunak system terdiri atas dua

bagian, yaitu perangkat lunak pada perangkat mikrokontroler menggunakan

pemograman bahasa C untuk melakukan pemrosesan data-data sensor dan juga

penghitungan lokasi pasien serta system komunikasi antara perangkat keras ke server

cloud IoT. Perangkat lunak lainya yaitu pada bagian server IoT dimana dikembangkan

aplikasi berbasis web yang dapat diakses secara online dan realtime.

System

monitoring IoT

Batere

Gambar 4.3 Ilustrasi gelang monitoring system

Tahapan pembuatan system dimulai dari perancangan sensor-sensor yang

dikendalikan menggunakan mikrokontroler untuk melihat unjuk kerja dari masing

masing sensor apakah sudah berfungsi sesuai spesifikasi atau belum. Tahapan

berikutnya adalah perancangan sensor posisi menggunakan GPS nano yang diukur

keakurasianya untuk mendeteksi lokasi pasien. Tahap selanjutnya adalah perancangan

sistem komunikasi antara perangkat keras yang sudah diintergrasikan dengan cloud

system. Dan jika unjuk kerja masing masing sub system sudah diuji dan berhasil, maka

dilakukan penggabungan keseluruhan system secara hardware maupun software. Dan

dilakukan pengujian secara keseluruhan. Untuk mendapatkan perangkat keras dengan

ukuran yang pantas digunakan sebagai gelang pada tangan, maka dibutuhkan pabrikasi

14

dengan teknologi nano dan melewati beberapa tahapan perancangan lanjutan dan juga

pengujian secara menyeluruh.

4.4. Deskripsi kerja sistem

System dicatu dengan tegangan pada batere berkekuatan 14 jam dan dapat diisi

ulang pada saat lowbat yang diperlihatkan dengan adanya indikator level batere berupa

nyala LED. Kemudian pada saat system diaktifkan, maka GPS akan menangkap sinyal

dari satelit dan mulai menghitung posisi koordinat system berada yang selanjutnya

diolah datanya menggunkan mikrokontroler dan disimpan dapa memori EEPROM

sebagai data lokasi pasien. Sedangkan sensor detak jantung bekerja dengan cara

mendeteksi pulsa pada nadi yang berada pada bagian pergelangan tangan dan dihitung

dengan menggunakan formula yang disimpan pada mikrokontroler berupa data denyut

nadi. Untuk data suhu tubuh pasien diditeksi mengggunakan sensor BME280 yang

dapat mendeteksi suhu dan kelembaban pada sekitar pergelangan tangan dan data hasil

perhitunganya disimpan juga pada memori EEPROM yang ada pada mikrokontroler.

Setelah data lokasi, denyut nadi, suhu dan kelembaban diperoleh, kemudian data

dikirim secara serial melalui koneksi internet yang ada pada sistem GSM ke cloud

system IoT. Data yang terkumpul pada cloud system IoT dapat dianalisa sesuai dengan

yang diinginkan. System akan berjalan secara realtime, on line maupun offline karena

didukung dengan pasilitas memori EEPROM yang datanya tidak akan hilang pada saat

tidak ada catu daya.

1) Health Monitoring system

Alat pemantauan tanda vital dirancang berdasarkan IoT, yang

mengintegrasikan monitor tanda-tanda vital, monitor tanda vital, termasuk

modul deteksi tanda vital, dan mikrokomputer dengan chip tunggal. Perangkat

pemantauan tanda-tanda vital terdiri dari modul tes detak jantung, tes tingkat

pernapasan, suhu, tekanan darah, dan tingkat kelembaban. Modul pengiriman

menggunakan komunikasi data yaitu mengirimkan data ke platform cloud, cloud

array penyimpanan pemrosesan data akan menyaring dan menyimpan unggahan

data. Sesuai dengan persyaratan desain, sistem ini terutama terdiri dari lima

bagian, yang merupakan tanda-tanda vital perangkat koleksi, unit pemrosesan

15

data, modul pengiriman data, server pemrosesan data cloud dan aplikasi klien.

Hardware yang digunakan terdiri dari beberapa teknologi dan metode

yang friendly digunakan oleh pasien. Meliputi:

1. Power supply circuit

2. Micro Controller unit

3. Heart beat sensor

4. ESP8266 WiFi module

5. Temperature sensor

16

5. BAB V

HASIL LUARAN YANG DICAPAI

Berdasarkan kontrak penelitian yang sudah disepakati antara peneliti dengan Dekan

Fakultas Teknik, bahwa luaran dari penelitian ini yaitu dibuatnya prototype system dan

juga artikel yang dimuat dalam jurnal nasional atau internasional. Maka, pada bagian ini

dijelaskan hasil luaran yang sudah dicapai.

5.1. Prototipe system

Luaran utama dari penelitian ini yaitu dibuatnya sebuah prototype sistem

monitoring pasien berbasis IoT untuk pencegahan penyakit tuberculosis melalui

pemantauan pola aktifitas dan tanda-tanda vital pasien, pada Gambar 5.1 dan Error!

Reference source not found. ditunjukkan hasil prototype system.

Gambar 5.1 Controller hardware system Gambar 5.2 Hand-band

sensor system.

Sedangkan hasil pengembangan User interface pada aplikasi berbasis IoT

menggunakan aplikasi Blynk diperlihatkan pada Gambar 5.3 Secara keseluruhan,

system sudah terintegrasi dan dilakukan pengujian pada masing-masing sub system dan

dikalibrasi sehingga menunjukan bahwa system sudah dapat berfungsi baik dengan

persentase error 6.5% untuk pendeteksi denyut nadi, 4% untuk pendeteksi kadar oksigen

dan 1.7% untuk pendeteksi suhu tubuh. Sedangkan untuk akurasi posisi yang dihasilkan

oleh GPS yaitu 7 meter.

17

Dari hasil pengembangan system hardware, masing-masing sub system sensor-

sensor dan GPS juga controller masih belum terintegrasi dalam satu paket, dan

penggunaan power supply masih belum diperhitungkan waktu hidup alatnya, serta

akurasi sensor masih belum akurat sehingga perlu dilakukan pengembangan lebih lanjut

agar dapat digunakan secara klinis. Sedangkan hasil pengembangan software, masih

menggunakan aplikasi berbasis IoT yang sudah ada di pasaran, sehingga keamanan data

dan kehandalan system masih bergantung pada aplikasi tersebut. Untuk itu diperlukan

pengembangan software secara mandiri dengan kehandalan system yang lebih baik.

6. .

Gambar 5.3 IoT-based application software.

6.1. Pengujian sub system

Untuk mengetahui tingkat keberhasilan system yang dibuat, maka dilakukan

pengujian pada beberapa sub-sistem yang dijelaskan pada bagian berikut.

6.1.1. Pengujian Pada Sensor MAX30100

Pada pengujian sensor MAX30100 ini dilakukan juga perbandingan data

hasil dari sensor MAX30100 dengan sensor pada smartphone, berikut data hasil

pengujian:

18

Tabel 5.1 Pengujian Sensor MAX30100

No

Sensor MAX30100 Sensor Smartphone Error

Kadar

Oksigen

Detak

jantung

Kadar

Oksigen

Detak

jantung

Kadar

Oksigen

Detak

jantung

1 96% 83 bpm 100% 86 bpm 4% 3,5%

2 93% 81 bpm 99% 87 bpm 6% 6,9%

3 95% 87 bpm 97% 79 bpm 2% 9,2%

Nilai rata-rata Error 4% 6,5%

Gambar 5.4 Data Pertama Hasil Perbandingan Sensor MAX30100

19

Gambar 5.5 Data kedua Hasil Perbandingan Sensor MAX30100

Gambar 5.6 Data ketiga Hasil Perbandingan Sensor MAX30100

Berdasarkan data diatas, maka perbandingan sensor MAX30100 dengan sensor

pada smartphone menampilkan selisih hasil yang tidak terlalu jauh, itu berarti sensor

MAX30100 berfungsi dengan baik.

20

6.1.2. Pengujian Pada Sensor MLX90614

Pada pengujian sensor MLX90614 ini dilakukan juga perbandingan data hasil

dari sensor MLX90614 dengan sensor pada Thermometer inframerah, berikut data hasil

pengujian:

Tabel 5.2 Pengujian Sensor MLX90614

NO Sensor MLX90614 Thermometer Error

1 35.6℃ 36.3℃ 2%

2 37.3℃ 36.4℃ 2,5%

3 36.4℃ 36.6℃ 0.6%

Nilai rata-rata Error 1,7%

Gambar 5.7 Data Pertama Hasil Perbandingan Sensor MLX90614

21

Gambar 5.8 Data Kedua Hasil Perbandingan Sensor MLX90614

Gambar 5.9 Data Ketiga Hasil Perbandingan Sensor MLX90614

Berdasarkan data diatas, maka bisa disimpulkan hasil dari sensor

MLX90614 yang dibandingkan dengan sensor pada Thermometer

inframerah menampilkan perbandingan dengan selisih hasil yang tidak

terlalu jauh, itu berarti sensor MLX90614 berfungsi dengan baik.

22

6.1.3. Pengujian Neo – 6M GPS

Pada pengujian Neo – 6M GPS ini dilakukan juga perbandingan data hasil dari

Neo – 6M GPS dengan Google Maps, berikut data hasil pengujian:

Gambar 5.10 Data Hasil Perbandingan Pada Neo – 6M GPS

5.2. Publikasi hasil penelitian

Hasil penelitian ini sudah dipresentasikan pada International Conference on

Electrical, Electronics, Informatics and Vocational Education (ICE-ELINVO 2019)

yang diselenggarakan oleh Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta dan

dilaksanakan pada tanggal 14 September 2019 di Yogyakarta.

23

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian system secara keseluruhan, disimpulkan bahwa

system sudah berfungsi dengan baik dengan persentase error 6.5% untuk pendeteksi

denyut nadi, 4% untuk pendeteksi kadar oksigen dan 1.7% untuk pendeteksi suhu tubuh.

Sedangkan untuk akurasi posisi yang dihasilkan oleh GPS yaitu 7 meter. Tetapi,

prototype system ini masih menggunakan modul-modul sub-system secara terpisah.

Sehingga pada penelitian berikutnya akan dikembangkan system yang terintegrasi

dalam satu perangkat berbentuk jam tangan pintar.

6.2. Saran

Prototipe yang sudah dibuat, masih mempunyai kekurangan dalam

pengintergrasian system, yaitu prototype system ini masih menggunakan modul-modul

sub-system secara terpisah Sehingga untuk pengembangan selanjutnya disarankan agar

digunakan teknologi nano untuk mengintegrasikan system secara utuh dan juga

perlunya dikembangkan perangkat lunak system yang dibuat secara mandiri dan tidak

tergantung kepada perangkat lunak yang sudah ada.

24

DAFTAR PUSTAKA

Gómeza, J., Oviedob, B., & Zhuma, E. (2016). Patient Monitoring System Based on

Internet of Things. The 7th International Conference on Ambient Systems,

Networks and Technologies (pp. 90-97). Elsevier B.V.

Chatterjee, P., Cymberknop, L. J., & Armentano, R. L. (2017). IoT-based Decision

Support System for Intelligent Healthcare – Applied to. 7th International

Conference on Communication Systems and Network Technologies (pp. 362-

366). IEEE.

Hong, S., Lee, J., Yang, Y., & Jang, Y. (2010). Ambulatory stress monitoring with a

wearable bluetooth electrocardiographic device. Studies in health technology

and informatics , 66-67.

Junaidi, A. (2015). Internet of Things, sejarah, teknologi dan penerapannya. JITTER

Jurnal Ilmiah Teknologi Informasi Terapan, 62-66.

Saha, H. N., Auddy, S., Pal, S., Kummar, S., Pandey, S., Singh, R., et al. (2017). Health

Monitoring using Internet of Things (IoT). IEEE, 69-73.

Suresh, P., Daniel, J. V., Pathasarathy, J., & Aswathy, R. H. (2014). A state of the art

review on the Internet of Things (IoT) history, technology and fields of

deployment. International Conference on Science Engineering and Management

Research (ICSEMR). Chennai, India: IEEE.

Yudhanto, Y. (2015). komunitas eLearning ilmu komputer.com. Retrieved August 23 ,

2018, from ilmukomputer.com: http://ilmukomputer.org/wp-

content/uploads/2015/05/apa-itu-iot-internet-of-things.pdf

Taryudi, Adriano, D. B., & Budi, W. A. C. (2018, December). Iot-based Integrated

Home Security and Monitoring System. In Journal of Physics: Conference

Series (Vol. 1140, No. 1, p. 012006). IOP Publishing.

25

Lampiran 1. Riwayat Hidup Peneliti

A. Identitas Diri

1. Nama Lengkap Taryudi, Ph.D

2. Jabatan Fungsional Asisten Ahli

3. Jabatan Struktural Kepala Laboratorium Otomasi Industri

4. NIP/NIK/Identitas lainnya 198008062010121002

5. NIDN 0006088005

6. Tempat dan Tanggal Lahir Bandung, 06 Agustus 1980

7. Alamat Rumah Kp. Noled RT. 01/05 Desa Sukakerta Kec. Cilaku

Kab. Cianjur 43285

8. Nomor Telepon/Faks / HP 08128171860

9. Alamat Kantor Fakultas Teknik - UNJ. Gedung L Kampus A

Universitas Negeri Jakarta, Jalan Rawamangun

Muka, Jakarta 13220.

10. Nomor Telepon/Faks ( 62-21 ) 4751523, 47864808 Fax. 47864808

11. Alamat e-mail Taryudi@unj.ac.id

12. Lulusan yang Telah Dihasilkan 10 orang

13. Mata Kuliah yg Diampu Mikrokontroler, Robotika, Aplikasi Komputer dalam

Industri, Internet of Things, Realisasi Rancangan

Elektronika, Telemetri

B. Riwayat Pendidikan

S-1 S-2 S-3 Nama

Perguruan

Tinggi

Universitas Indonesia Universitas Indonesia Southern Taiwan

University of Science

and Technology

Bidang Ilmu Teknik Elektro Teknik Elektro Teknik Elektro

Tahun

Masuk-Lulus 2005 – 2007 2008 – 2010 2013 – 2017

Judul Skripsi

/ Thesis /

Disertasi

Rancang bangun

tampilan data GPS pada

peta GIS dan data

eksternal pada monitor

PC berbasis

mikrokontroler

Implementasi dan Uji

kinerja system

pemantauan posisi dan

tingkat pencemaran udara

bergerak

Stereo vision based

object manipulation

system with eye to hand

calibration using ANFIS

Nama

Pembimbing

/ Promotor

Dr. Arman Djohan, MT Prof. Dr. Kalamullah

Ramli Prof. Ming-Shyan Wang

26

C. Pengalaman Penelitian Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul penelitian Pendanaan

Sumber Jml (Juta Rp)

1 2018 Rancang Bangun Vision Based

Surveillance System (VBSS) untuk

Keamanan Ruangan

BLU-FT 10

2 2017 Rancang Bangun Stereo Vision System

Untuk Pengendali Robot Manipulator

Berbasis PC

Mandiri 3,5

D. Pengalaman Pengabdian Kepada Masyarakat Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul pengabdian kepada masyarakat Pendanaan

Sumber Jml (Juta Rp)

1 2018 Pelatihan Instalasi dan Pengukuran Antena

untuk Pengembangan Keterampilan Teknisi

dan Guru SMK

BLU-FT

UNJ 15

2 2018 Uji Kompetensi Bidang Elektronika di

Tanggerang Selatan Provinsi Banten BLU-FT

UNJ 15

3 2017 Penetas Telur Otomatis Menggunakan

Arduino Untuk Peternak Ayam Kampung

Di Desa Tegalwaru Kecamatan Ciampea

Kabupaten Bogor Provinsi Jawa Barat

BLU-FT

UNJ

5

E. Pengalaman Penulisan Artikel Ilmiah Dalam Jurnal Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor/

Tahun

Nama Jurnal

1 2018 Rancang Bangun Vision Sensor

Menggunakan Stereo Kamera Pada

Sistem Manipulasi Objek

V.5/No.1/p.1-7/ Autocracy

2 2018 IoT-based Integrated Home Security

and Monitoring System

V. 1140/1/

p.012006/ IOP Publishing

Journal of

Physics:

Conference

Series

3 2018 Authentic Leadership Influenced on

the Acceptability of Information and

Communication Technology for

School Management

V.1/No.2/2018 Journal of

Educational

Method and

Technology

27

4 2018 Prototipe Sistem Pengendalian dan

Pemantauan Kelistrikan, Suhu, dan

Kelembaban Gedung Bertingkat

Berbasis Web

V.5/No.2 Autocracy

5 2017 Eye to hand calibration using ANFIS

for stereo vision-based object

manipulation system

V.24/ p.305–

317/SpringerLink

Microsystem

Technologies

6 2015 Signal processing of Hall-effect

sensors and its application to motors

with variable windings

V.148/p.74-

79/ISSN.0167-

9317/Elsevier

Microelectronic

Engineering

F. Pengalaman Penyampaian Makalah Secara Oral Pada Pertemuan / Seminar

Ilmiah Dalam 5 Tahun Terakhir

No Tahun Nama Pertemuan

Ilmiah/ Seminar

Judul Artikel Waktu dan

Tempat

1 2018 5th UPI International

Conference on Technical

and Vocational

Education and Training

Development Of

Vocationalization Model On

The Primary Education Based-

On Local Wisdom In Era Of

Asean Economic Community

11-12

September

2018,The Trans

Luxury Hotel

2 2018 The International

Conference on

Electrical, Electronics,

Informatics, and

Vocational Education

(ICE-ELINVO) 2018

IoT-Based Integrated Home

Security

and Monitoring System

September 13th

2018,

Universitas

Negeri

Yogyakarta

3 2018 The 3rd International

Conference on Technical

and Vocational

Education and Training

(3rd ICTVET) 2018

Vision Based Surveillance

System for Security Room

20th October

2018, Grand

Mercure Jakarta

Harmoni Hotel

4 2017 2017 IEEE International

Conference on Applied

System Innovation

(IEEE ICASI 2017)

3D object pose estimation

using stereo vision for object

manipulation system

May 13-17,

2017, Hotel

emisia, Sapporo,

Japan

5 2015 2015 International

Conference on Applied

System Innovation

(ICASI 2015)

Forward Kinematic Analysis 6

DOF Robot Arm

May 22-27,

2015, Osaka,

Japan

28

G. Pengalaman Penulisan Buku dalam 5 Tahun Terakhir

No Judul Buku Tahun Jumlah halaman Penerbit

H. Pengalaman Perolehan HKI Dalam 5 – 10 Tahun Terakhir

No Judul /Tema HKI Tahun Jenis Nomor P/ID

1 RPKPS Mikrokontroler 2018 Buku EC0020185865

8

/000128239

I. Pengalaman Merumuskan Kebijakan Publik/Rekayasa Sosial Lainnya Dalam 5

Tahun Terakhir

No Judul / Tema / Jenis Rekayasa

Sosial Lainnya yang Telah

Diterapkan

Tahun Tempat

Penerapan

Respons

Masyarakat

J. Penghargaan yang Pernah Diraih dalam 10 tahun Terakhir (dari pemerintah,

asosiasi atau institusi lainnya)

No Jenis Penghargaan Institusi Pemberi

Penghargaan

Tahun

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan

dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata

dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.

Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu

persyaratan dalam pengajuan Penelitian Fakultas.

Jakarta, Oktober 2019

Pengusul,

Taryudi, Ph.D

NIP.198008062010121002

29

Lampiran 2 Sertifikat Seminar Internasional ICE-ELINVO 2019

30

Lampiran 3. Publikasi Seminar Internasional

Health Care Monitoring System Based-on Internet of Things

Taryudi*, Ilham Prasetyo, Arief Wahyu Nugraha and Rakha Siwi Ammar

Faculty of Engineering, Universitas Negeri Jakarta

E-mail: taryudi@unj.ac.id

Abstract. The development of technology in the era of the industrial revolution 4.0 have led to

the emergence of the Internet of Things (IoT). IoT allows an electronic devices to send and

capture data through the internet and provides more methods of data interoperability.

Nowadays, IoT plays an important role not only in communication, but also in monitoring,

recording, storage and display. Currently, the application of IoT in health monitoring system to

monitor conditions in the vital signs of the human body becomes interesting issues as an effort

to prevent disease. In this article, a system that can monitor vital sign parameters and transmits

data through wireless communication was developed, then those data transferred to the

network via Wi-Fi modules. Data can be accessed at any time and represent the patient's

current condition. So that a nurse or doctor can monitor the patient's data in real time through

an application software on smartphone. Overall the system developed consists of DFRobot

Firebeetle ESP32 as a controller that has been equipped with Wi-Fi modules, Sensor

MAX30100 as a pulse detector and MLX90614 sensor as a body temperature detector. Also

added is a GPS (Global Positioning System) module to detect patient locations in real time and

an OLED (Organic light-emitting diode) module as data viewer. The test results show that the

overall system was worked properly with a 6.5% error for pulse detection, 4% for oxygen

detection and 1.7% for body temperature. As for the accuracy of the position generated by GPS

that is 7 meters.

1. Introduction

Development in society in somehow have a negative impact on the health condition. For example,

currently, more people consume fast food, smoke, drink alcohol, and lack of physical activity, that

become the major reason of increased heart disease. Heart disease is one of the main health problems

and the leading cause of death in the world. Data from the World Health Organization (WHO) in 2018

stated that more than 17 million people worldwide died from heart and blood vessel disease [1]. More

than 75% of deaths from heart and blood vessel disease occur in developing countries with low to

moderate income [1]. It’s interesting that the current trend of heart disease is not only suffered by the

elderly population, but also has been found at a young age. In Indonesia, according to the National

Basic Health survey in 2018 showed that 1.5% or 15 out of 1,000 Indonesians suffer from coronary

heart disease [2].

Prevention of heart disease can be done by detecting vital signs on the body. It is urgently needing

a manufacture and development of tools that can monitor vital sign includes heart rate and body

temperature in more effective ways, real time, anytime without complex equipment. Internet of Thing

(IoT) become major interesting issues to be applied for patients monitoring in real-time without

complex equipment and can be documented well-in the mobile phone.

Previous study conducted by Agung and Achmad, design human body temperature using a

Bluetooth communication [3]. The system of sending health condition data information to the user

uses the Bluetooth module, but the device does not have a wide range of health condition data sending

information to the user using Bluetooth, so there is limited distance for sending data information. In a

study by Marti and Setia that development of heartbeat monitoring applications through finger test

using Arduino [4]. Application monitoring on this system is accessed using a computer, so it will be

difficult to be carried anywhere, where in the era of industry 4.0 almost everything can be done

anywhere. Previous studies have shown that remote patient monitoring has a positive impact on the

prevention of infectious diseases such as tuberculosis [5] and monitoring the temperature and toxic gas

conditions in the room [6]. Therefore, this study aimed to develop an IoT-based health monitoring

system that can be accessed anywhere online using a smartphone.

Figure 1. System architecture

2. Materials and Method

2.1. System architecture

This study was conducted using research and development with four steps to design a hardware

and software system. The first stage was searching for definitions, specifications, theories, datasheets,

application notes to determine the specifications of prototype. The results of the analysis in phase 1

were used to determine the specifications of each sub-system of hardware and software. Step three was

designed a prototype, then in the final stage this prototype was tested using the specific criteria. The

architectural system for monitoring patient health is shown in Figure 1 which consists of two sensors

to detect body temperature, heart rate and oxygen levels in the body, GPS module to detect patient

location, and OLED to display sensor data. Finally, the controller system was used a microcontroller

that has been integrated with the wifi communication system.

2.2. Hardware system design

This health monitoring hardware system consists of MAX30100 sensor to detect heart rate,

MLX90614 sensor to detect body temperature, and Neo-6M GPS module to detect the location.

Besides these sensors, an OLED SSD1306 data viewer is also used to display the pulse and body

temperature data directly in mobile application. While, the microcontroller was used DFRobot

Firebeetle ESP32 to receive data from sensors using serial communication, then process and display it,

and send the data wirelessly to the IoT cloud system. In detail the diagram of the system is shown in

Figure 2.

Figure 2. Wiring diagram of the hardware system

2.3. Software system design

Software development in the health monitoring system was carried out in two parts, namely on

the microcontroller and smartphone. In the microcontroller, Arduino IDE software is used to read

sensor data and process it, then display the data and perform communication with the IoT cloud

system. In the smartphone application, a user interface is developed to monitor the location of the

system used in accordance with the data generated from the GPS module as shown in Figure 3 and

displays the pulse and body temperature data. In detail the program algorithm is explained in the next

section and the user interface design of the blink application is shown in Figure 4.

Figure 3. Location data from GPS

Figure 4. User interface system design

Microcontroller System algorithm

1. Initialization system

2. Connect to internet access point until connected.

3. Read data from all sensors then save to buffer data sensor

4. Read data from GPS, then save to buffer Location data

5. Formatting all data sensors and location

6. Send all data to IoT cloud system

7. In Blynk application system, read all data package from IoT cloud then display it to the GUI.

3. Results and Discussion

The results of the design and development of the system were prototype hardware controller and

the hand-band system as shown in Figure 5 and Figure 6. While the results of the development of the

user interface on an IoT-based application using the Blynk application are shown in Figure 7. Overall,

the system has been integrated and tested on each sub-system and calibrated. The system showed good

performance with a 6.5% error for pulse detection, 4% for oxygen detection and 1.7% for body

temperature detection. As for the accuracy of the position generated by GPS that is 7 meters.

Figure 5. Controller hardware system

Figure 6. Hand-band sensor system.

However, each sub-system of sensors and GPS as well as the controller still not integrated in a

single package, the life time used of power supply was not taken into consideration yet, and the

accuracy of the sensor is less accurate. Therefore, further development needs to be done in order to be

used at clinical setting.

Figure 7. IoT-based application software.

While the results of software development, still using IoT-based applications that are already on the

market, so that data security and system reliability are still dependent on the application. For this

reason, it is necessary to develop software independently with better system reliability.

4. Conclusion

In conclusion, this study showed that the prototype of monitoring vital sign using IoT had a proper

function with a 6.5% error for pulse detection, 4% for oxygen detection and 1.7% for body

temperature detection. As for the accuracy of the position generated by GPS that is 7 meters.

However, the prototype system still uses sub-system modules separately. Further research need to

integrate system in one device such as in a smart watch.

5. Acknowledgments

The authors would like to express their appreciation and extremely grateful to the student in

running this study for their gracious participation.

6. References

[1] WHO. Heart Disease and Stroke Statistics — 2018 Update A Report From the American Heart

Association. 2018. Epub ahead of print 2018. DOI: 10.1161/CIR.0000000000000558.

[2] Kementerian Kesehatan. HASIL UTAMA RISKESDAS 2018.

[3] Wijaya AB. Rancang bangun alat pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia berbasis

komunikasi bluetooth. 2010; 1–4.

[4] Sari MW. RANCANG BANGUN APLIKASI MONITORING DETAK JANTUNG

MELALUI FINGER TEST BERBASIS ARDUINO.

[5] Taryudi, Daryanto, Irma Darmawati, Heni Purnama LL. Peningkatan Kapasitas Tenaga

Kesehatan dalam Monitoring Penyakit Menular Berbasis Internet of Things. ABDIMAS BSI

2019; 2: 332–339.

[6] Taryudi ADB, Wahyu A, Ciptoning B. Iot-based Integrated Home Security and Monitoring

System. Epub ahead of print 2018. DOI: 10.1088/1742-6596/1140/1/012006.