PULSE OXIMETER PORTABLE DENGAN

ATMEGA 16

Oleh

JULIUS HASAN

NIM : 612005028

Tugas Akhir

Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh

Ijazah Sarjana Teknik Elektro

Konsentrasi Teknik Elektronika

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

2011

PULSE OXIMETER PORTABLE DENGAN

ATMEGA 16

Oleh

Julius Hasan

NIM : 612005028

Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan

sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar

SARJANA TEKNIK ELEKTRO

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

Disahkan oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

Daniel Santoso, S.T, M.S Ir. Lukas B.S, M.Sc

Tanggal : Tanggal :

iii

INTISARI

Perkembangan teknologi di dunia medis telah memicu berkembangnya berbagai jenis

alat kesehatan di pasaran. Salah satunya yaitu pulse oximeter (SpO2). Pulse oximeter

merupakan sebuah alat yang dapat memantau frekuensi detak jantung dan kadar oksigen

dalam darah yang mengalir dalam tubuh. Pulse oximeter bekerja dengan metode invasive

karena menggunakan sensor optical dan dua buah LED yang memancarkan cahaya pada

panjang gelombang yang berbeda. Kedua cahaya ini dipancarkan secara bergantian melewati

jari yang berada dalam sensor finger tip dan dideteksi oleh sensor optical.

Banyaknya oksigen yang diangkut dalam hemoglobin tidak sama, maka ada

hemoglobin yang mengandung banyak oksigen dan ada hemoglobin yang mengandung

sedikit oksigen. Berdasarkan penelitian oksihemoglobin lebih banyak menyerap cahaya

inframerah, sedangkan deoksihemoglobin lebih banyak menyerap cahaya merah. Dengan

menghitung rasio perbandingan antara penyerapan cahaya merah dan infra merah maka nilai

saturasi oksigen (SaO2) dapat dihitung.

Skripsi ini bertujuan untuk merancang dan merealisasikan sebuah perangkat keras dan

perangkat lunak pulse oksimeter berbasis mikrokontroler yang portable dan menunjukkan

hasil pengukuran yang real time. Pada saat pengukuran alat yang dirancang memiliki akurasi

hasil pengukuran sebesar + 2% untuk tingkat saturasi antara 70%-100% dan akan berbunyi

jika hasil pengukuran dibawah standar pengukuran yang telah ditetapkan.

iv

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena

begitu besar kasih dan karuniaNya yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini sebagai syarat memperoleh ijazah Sarjana Teknik Elektro

Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga.

Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, dorongan,

bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ibunda tercinta yang telah memberi semangat dan mendoakan setiap malam, serta

selalu memaafkan jika aku melakukan kesalahan. Kasihnya tak pernah habis, dia

selalu menjaga dan menyayangiku.

2. Ayah tercinta yang telah mengajarkanku tentang kedewasaan dan kehidupan,

tentang bagaimana menghadapi dan menyelesaikan suatu masalah serta memenuhi

semua kebutuhanku selama aku kuliah.

3. Bapak Daniel Santoso dan Bapak Lukas B. Setyawan yang telah meluangkan

waktu untuk membimbing dan memberi arahan pada waktu pengerjaan skripsi.

4. Seluruh tenaga pengajar FTJE UKSW yang telah memberikan banyak ilmu dan

pengalaman agar kelak dapat bermanfaat saat aku terjun didunia kerja.

5. Pak Bambang, Pak Harto, Pak Budi, Mas Wicak, Mbak Tien dan segenap laboran

yang telah membantu selama kuliah dan pengerjaan skripsi ini.

6. Teman-teman seperjuangan di Lab Skripsi yaitu Mas bayu, Mas jimy, Noven,

Daniel, Ponco, Hansen, Bajuri dan teman-teman lain yang selalu siap membantu

dalam pengerjaan skripsi ini.

v

7. Teman yang turut membimbing di Elektro yaitu Mas lintang, patria, yabert,

wawan dan teman-teman lain yang selalu membantu dan memberikan dukungan

selama kuliah.

8. Seluruh pengajar YEC ( Yeti English Course ) Mbak Yeti dan Mbak Ida yang

telah mengajari Bahasa Inggris dengan sangat baik dan memberikan gambaran

tentang kehidupan dunia kerja.

Banyak pihak yang mungkin tidak disebutkan disini karena keterbatasan ruang, untuk

itu penulis meminta maaf yang sebesar – besarnya.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam

skripsi ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat

diharapkan untuk perkembangan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi

siapapun yang berkenan membacanya. Terima Kasih semoga Tuhan selalu memberkati kita

semua.

Salatiga, Desember 2011

Penulis

vi

DAFTAR ISI

INTISARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

KATA PENGANTAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

DAFTAR ISI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x

DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii

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

1.1. Latar Belakang Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2. Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.3. Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.4. Spesifikasi Alat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.5. Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

BAB II LANDASAN TEORI. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.1. Pulse Oximeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.2. Metode Pengukuran Pulse Oximeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.2.1. Hukum Beer-Lambert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.2.2. Perhitungan Kadar SaO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.2.3. Arti Kadar Oksigen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.2.4. Perhitungan Detak Jantung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3. Probe SpO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4. Mikrokontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.5. LCD ( Liquid Crystal Display ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.6. Rangkaian Catu Daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

vii

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.1. Perancangan Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.1. Modul Mikrokontroler ATmega16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.2. Modul Sensor Nellcor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2.3. Modul Penerima Sinyal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2.4. Modul Catu Daya. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

3.3. Diagram Alir Alat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ALAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1. Pengujian Modul Mikrokontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.1. Pengujian Port Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.2. Pengujian Timer dan Interrupt Mikrokontroler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.1.3. Pengujian ADC pada Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.1.4. Pengujian PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.1.5. Pengujian Port Serial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.2. Modul LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.3. Modul Penerima Sinyal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.4. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.4.1. Pengujian Hasil perhitungan SpO2 dan Heart Beat. . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.4.2. Pengujian Software Sinyal PPG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.1. Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

5.2. Saran Pengembangan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

viii

DAFTAR PUSTAKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

LAMPIRAN A ( Blok Diagram dan Untai Lengkap )

LAMPIRAN B (Dokumentasi Alat)

LAMPIRAN C (Datasheet)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Rincian Sinyal Pengukuran Komponen PPG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Gambar 2.2. Contoh Hasil Pengukuran Fotodioda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Gambar 2.3. Prinsip Penyerapan Cahaya. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Gambar 2.4. Probe SPO2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Gambar 2.5. Penampang Konektor DB-9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Gambar 2.6. Konfigurasi Probe Nellcore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Gambar 2.7. Susunan Pin ATMega16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Gambar 2.8. Konfigurasi Pin LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Gambar 3.1. Blok Diagram Alat Keseluruhan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Gambar 3.2. Skematik Modul Pengendali Atmega16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Gambar 3.3. Cara Akses LED Infra Merah dan LED Merah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

Gambar 3.4. Periode Cuplik LED Infra Merah dan LED Merah. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Gambar 3.5. Siklus Cuplik LED Infra Merah dan LED merah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Gambar 3.6. Modul Penerima Sinyal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Gambar 3.7. Rangkaian Regulator Tegangan 5 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Gambar 3.8. Rangkaian Regulator Tegangan 3,3 V. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Gambar 3.9. Diagram Alir Alat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

Gambar 4.1. Perbandingan Nilai Analog dan Digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Gambar 4.2. Tampilan Awal Software Pulse oximeter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Gambar 4.3. Pengujian Modul LCD. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Gambar 4.4. Opamp Tingkat Pertama. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

Gambar 4.5. Opamp Tingkat kedua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Gambar 4.6. Opamp Tingkat Ketiga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

x

Gambar 4.7. Sinyal PPG Hasil Pengujian Objek I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Gambar 4.8. Sinyal PPG Hasil Pengujian Objek II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Gambar 4.9. Sinyal PPG Hasil Pengujian Objek III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

Gambar 4.10. Sinyal Hasil Simulasi Menggunakan Proteus 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

Gambar 4.11. Rangkaian Penerima Sinyal dengan Simulasi Proteus. . . . . . . . . . . . . . . . . . .50

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Nilai Koefisien Penyerapan Spektrum Gelombang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Tabel 2.2. Kisaran Perhitungan Nilai SpO2. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Tabel 2.3. Kisaran Perhitungan Detak Jantung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Tabel 2.4. Tabel 2.4. konfigurasi pin DB-9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Tabel 3.1. Konfigurasi PORT Mikrokontroler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Port Mikrokontroler AVR ATMega16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Tabel 4.2. Perbandingan Hasil Pengukuran Pulse Oximeter Objek I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Tabel 4.3. Perbandingan Hasil Pengukuran Pulse Oximeter Objek II . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Tabel 4.4. Perbandingan Hasil Pengukuran Pulse Oximeter Objek III. . . . . . . . . . . . . . . . . .46

xii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 2.1. Nilai Koefisien Penyerapan Spektrum Gelombang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Grafik 2.2. Kurva Perbandingan Empiris dan Teori Perhitungan SaO2 dan R. . . . . . . . . . . 12

Grafik 2.3. Tingkat Penyerapan Hb, HbO2, Methemoglobin, dan Carboxyhemoglobin

Terhadap Panjang Gelombang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Grafik 4.1. Perbandingan nilai analog dan digital. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

Grafik 4.2. Nilai Tengah Frekuensi Band-Pass Filter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Grafik 4.3. Nilai Inputan Non Inverting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

Grafik 4.4. Nilai Output Non Inverting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42