Minggu, 27 Januari 2019

Jurnal PERANCANGAN ALAT UKUR VOLUME UDARA PERNAPASAN MANUSIA


Jurnal PERANCANGAN ALAT UKUR VOLUME UDARA PERNAPASAN MANUSIA - Kesehatan adalah salah satu bagian terpenting dalam hidup. Untuk mengetahui tingkat kesehatan seseorang dapat dilihat dari beberapa aspek, salah satunya adalah dari kinerja alat pernapasan.
Alat ini dirancang menggunakan sensor tekanan yang akan menghitung volume aliran udara yang melalui sebuah  corong  (mouthpiece).  Sistem  ini  terdiri  atas sensor  tekanan,  penguat  non-inverting,  mikrokontroler ATmega8, dan komputer sebagai media penampil hasil pengukuran. Pasien menghembuskan napas melalui mouthpiece   yang   telah   tersambung   dengan   sensor tekanan.  Hasil  pengukuran  sensor  tekanan  dikuatkan oleh  penguat  operasional   non-inverting. Kemudian sinyal  analog  yang  sudah  dikuatkan  tersebut  diproses oleh ADC internal pada mikrokontroler. Selanjutnya, dengan  menggunakan  antarmuka  serial,  hasil pengukuran  volume  udara  pernapasan  pasien ditampilkan pada layar monitor.
Hasil dari pengujian ini berupa volume udara penapasan  yang ditampilkan  dalam bentuk  grafik  dan angka.   Nilai   kesalahan   (error)   pengujian   tertinggi adalah 18,24%.   Sedangkan nilai kesalahan rata-rata pengujian keseluruhan alat adalah 7,3%.

Kata kunci:   pernapasan, spirometri, sensor tekanan, udara, volume

PENDAHULUAN
Kesehatan    adalah    salah    satu    bagian terpenting  dalam  hidup.  Banyak  orang menginginkan agar tubuhnya sehat. Untuk mengetahui  tingkat  kesehatan  seseorang dapat dilihat dari beberapa aspek, salah satunya adalah dari kinerja alat pernapasan. Bernapas dapat diartikan  sebagai proses menghirup  oksigen  (O2) dari   udara   serta   mengeluarkan   karbondioksida (CO2)   dan   uap   air  sebagai   sisa   oksidasi   zat makanan. Di  dunia  medis,  teknologi  berperan  besar dalam mendiagnosa kesehatan pasien. Tingkat kesehatan   paru-paru   manusia   dapat   diketahui dengan   melakukan   pengukuran   volume udara pernapasan. 

Alat yang diperlukan untuk mengukur kapasitas udara pada paru-paru dikenal dengan spirometer. Pengujian paru-paru dengan menggunakan spirometer belum dikenal secara luas oleh masyarakat. Peralatan medis ini tergolong cukup mahal, sehingga fasilitas ini hanya bisa dijumpai di rumah sakit-rumah sakit besar. Selain itu,  kurangnya  kesadaran  untuk  melakukan pegujian paru-paru membuat masyarakat tidak menyadari bahwa kesehatan tubuhnya dapat terancam.

Berdasarkan   permasalahan   tersebut,   maka perlu dibuat suatu instrumentasi kesehatan yang mempunyai fungsi sama dengan spirometer. Sehingga  diharapkan  dapat  memperluas pengetahuan masyarakat mengenai pentingnya pengujian   paru   dan   mempermudah   masyarakat untuk mengakses fasilitas kesehatan ini.

Cara yang digunakan dalam sistem ini adalah dengan mengukur volume udara pernapasan yang dihembuskan pasien (ekspirasi). Hasil proses tersebut ditampilkan dam bentuk grafik dan nilai volume udara pernapasan pasien.

METODOLOGI
Untuk menyelesaikan permasalahan yang ada, maka   diperlukan   metode   untuk   menyelesaikan
masalah  tersebut.  Metode  yang  digunakan  dapat diuraikan sebagai berikut :
1)  Studi Literatur
Studi  literatur  dilakukan  untuk  mempelajari teori penunjang sistem yang dibutuhkan dalam perencanaan  dan pembuatan alat.   Teori yang diperlukan  berkaitan  dengan  pernapasan manusia, spirometri, sensor tekanan, penguat opersional tak membalik, sistem mikrokontroler ATmega8,  komunikasi  serial,  tampilan  data pada komputer dengan software Borland Delphi7, efek Venturi, dan integral numerik metode Simpson 1/3.
2)  Perancangan Alat
Perancangan alat meliputi penentuan spesifikasi alat, pembuatan diagram blok sistem keseluruhan, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak.
3)  Pembuatan Alat
Pembuatan alat meliputi pembuatan perangkat keras sistem dengan menggunakan  komponen elektronika yang telah direncanakan dan pembuatan perangkat lunak mikrokontroler sesuai dengan diagram alir yang telah direncanakan.
4)  Pengujian Alat
Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui kesesuaian   kinerja   alat   hasil   perancangan dengan  spesifikasi  yang  direncanakan. Pengujian yang dilti pengujian perangkat keras dan pengujian sistem secara keseluruhan.
5)  Pengambilan Kesimpulan dan Saran.
Kesimpulan didapat berdasarkan hasil perealisasian  alat  yang  dibuat.  Beberapa  hal hasil pengujian disampaikan dalam kesimpulan disertai realita yang disusun secara berurutan. 

Tahap terakhir dari penulisan adalah saran yang dimaksudkan untuk memperbaiki kesalahan- kesalahan yang mungkin terjadi, kemungkinan pengembangan,  serta  penyempurnaan pembuatan alat dimasa mendatang.

Baca Juga : Singkong adalah Umbi Utama Makanan Pokok Pasca Era Penjajahan

III.  PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Bagian ini menjelaskan tentang perencanaan
sistem dari alat yang akan dibuat, meliputi: spesifikasi alat, diagram blok alat secara keseluruhan, serta perencanaan perangkat keras dan perangkat lunak. Perencanaan alat dibuat secara berurutan dan sistematis agar mudah dalam pemahaman dan pengerjaan alat ini.

1)  Penentuan Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang direncanakan adalah sebagai berikut:
a.  Sistem  menggunakan  catu  daya  baterai  9 volt.
b.  Sensor   tekanan   yang   digunakan   adalah
MPX5100.
c. Penguat    operasional    tak    membalik digunakan sebagai rangkaian pengondisi sinyal.
d. Menggunakan  mikrokontroler  ATmega8 sebagai   pengolah   data   dan   pengontrol seluruh kinerja sistem.
e.  Menggunakan     komunikasi     data     serial RS232  yang  menghubungkan mikrokontroler dan komputer sebagai media penampil data.
f.   Proses      penghembusan      napas      pada
mouthpiece dikukan secara cepat.
g.  Tampilan pada layar komputer berupa grafik serta hasil pengukuran volume udara pernapasan manusia.
2)  Diagram Blok Sistem
Diagram   blok   sistem   yang   dirancang ditunjukkan dalam Gambar 1

Cara   kerja   sistem   ini   adalah   dengan menghembuskan   napas   melalui   mouthpiece yang telah tersambung dengan sensor tekanan. Selanjutnya, keluaran sensor dikuatkan dengan menggunakan op-amp non-inverting lalu dihubungkan  ke pin  ADC mikrokontroler.  Di dalam  mikrokontroler  data  keluaran  penguat yang berupa tegangan dikonversi menjadi volumetric flow rate (Q), kemudian dengan menggunakan komunikasi data serial, nilai volumetric flow rate (Q) ditampilkan dalam bentuk grafik pada monitor. Selanjutnya nilai Q diubah menjadi volume (V) dengan metode integral numerik dan nilai hasil pengukuran ditampilkan pada monitor dalam bentuk angka.

Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan dalam sistem ini adalah perangkat keras yang mendukung   proses   keseluruhan.    Perangkat keras yang yang dibutuhkan adalah mouthpiece, sensor tekanan, penguat operasional non- inverting, mikrokontroler ATmega8, serta antarmuka serial.

a.  Perancangan Mouthpiece
Mouthpiece yang digunakan berbentuk seperti pipa Venturi. Gambar mouthpiece yang dirancang ditunjukkan dalam Gambar
2.
Gambar 2 Mouthpiece
Dalam   perancangan   ini,   aliran   udara
pernapasan (flow) yang melalui mouthpiece adalah sebesar 0 – 740 L/menit atau sama dengan 0 – 12,33 L/detik.

b.  Perancangan Rangkaian Sensor
Sensor yang digunakan dalam skripsi ini
adalah sensor tekanan MPX5100. MPX5100 adalah   sensor   tekanan   berbasis   MEMS silicon  piezo-resistor  yang  terintegrasi dengan chip pengondisi sinyal. Sensor tekanan  kemudian  dipasang  pada  sebuah pipa   Venturi.   Untuk   interfacing   output sensor ke analog/digital input mikrokotroler digunakan power supply decoupling and filtering sesuai datasheet sensor. Gambar rangkaian  sensor  ditunjukkan  dalam Gambar 3.

Gambar 3 Rangkaian Sensor
Jika nilai Q sebesar 0 – 12,33 L/detik, maka range tekanan yang diukur adalah sebesar  0 – 0,41975 kPa. Sehingga sesuai datasheet MPX5100, tegangan keluaran sensor adalah sebesar 0,2 – 0,2189 volt.
c.  Perancangan    Rangkaian    Penguat    Non- inverting
Penguat non-inverting digunakan untuk memperkuat sinyal keluaran sensor. 
Rangkaian penguat non-inverting yang digunakan ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4 Rangkaian Penguat Non-inverting
Untuk mendapatkan tegangan keluaran sebesar 5 volt dari sinyal masukan sebesar
0,2 – 0,2189 volt, maka penguatan maksimum yang dibutuhkan adalah sebesar
22  kali.  Sehingga tegangan  keluaran  yang dihasilkan  oleh  penguat  non-inverting adalah sebesar 4,4 – 4,82 volt.

0 Comments:

Posting Komentar

ABOUT ME

Nama saya Fachrur Rozi, seorang penulis blogger mengenai tentang apa saja paling suka travelling dan review apa saja. Anggota Komunitas Blogger Pontianak 2019-2021. WA: 085750324057 Email : zeevorte@gmail.com.

MEMBER OF

Komunitas Blogger Pontianak