1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tingkat pernafasan adalah intensitas memasukkan atau mengeluarkan udara per

menit dari dalam ke luar tubuh atau dari luar ke dalam tubuh (Casanova C, 2015).

Penghitung tingkat pernafasan berfungsi untuk menentukan kesuluruhan jumlah nafas

yang diambil dalam waktu permenit dengan memperhatikan volume nafas. Volume

nafas adalah kapasitas udara yang masuk dalam paru, baisanya diukur dengan alat

pernafasan seperti respirometer.

Namun karena harga alat pernafasan yang tergolong mahal untuk pengadaan

diseluruh rumah sakit menyebabkan akses untuk mendapatkan pelayanan ini sulit

dikalangan masyarakat menengah ke bawah. Beberapa tempat pelayanan kesehatan

yang belum mendapat fasilitas alat pernafasan sering sekali menggunakan metode-

metode sederhana untuk menentukan tingkat pernafasan seseorang yaitu dengan

menghitung langsung (secara manual) gerak naik-turun dinding rongga dada, atau

dengan mendengar bunyi nafas (breathing sounds) melalui stetoskop. Metode ini sangat

bergantung pada konsentrasi pikiran dan kepekaan indera pelaku penghitungan atau

pengamatan.

Oleh karena itu dibuat alat serupa yang dapat membantu dalam pengadaan fasilitas

kesehatan yang lebih terjangkau harganya untuk semua kalangan masyarakat, apalagi

untuk daerah-daerah yang memiliki akses yang kurang untuk mendapat pelayanan

kesehatan yang layak. Alat ini juga dapat membantu para pelaku medis untuk

mengambil tindakan yang lebih tepat dalam pemeriksaan pasien karena tidak lagi

menggunakan metode manual.

Pada penelitian rancang bangun penghitung tingkat pernafasan ini ditujukan untuk

memudahkan dalam menghitung tingkat pernafasan manusia tanpa harus menghitung

secara manual jumlah kesuluruhan nafas yang telah diambil dalam waktu satu menit.

Dengan menggunakan perangkat android sebagai media penampil (user interface)

diharapkan agar lebih efisien karena dapat langsung mengontrol alat pada saat

pengambilan data sehingga mengurangi kesalahan yang terjadi.

Hasil penghitungan tingkat pernafasan dapat dikelompokkan menjadi tiga kategori.

Tingkat pernafasan normal disebut eupnea, jumlah tingkat pernafasan yang melebihi

2

rata-rata disebut tachypnea, dan lebih rendah dari rata-rata tingkat pernafasan biasanya

disebut brdypnea. Oleh karena itu akurasi jumlah tingkat pernafasan perlu diperhatikan

karena mengingat pentingnya dalam mendiagnosa suatu penyakit. Selain untuk

menghitung dan mendiagnosa kondisi dari hasil penghitung tingkat pernafasan, alat ini

juga berfungsi untuk memantau jumlah volume nafas yang dapat dihasilkan dalam satu

kali bernafas.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka rumusan masalah dari penelitian ini yaitu

mendesain alat untuk menghitung tingkat pernafasan dan volume pernafasan manusia

yang lebih akurat sehingga mempermudah pelaku medis dalam pengambilan tindakan

medis agar tidak menggunakan metode manual lagi.

1.3. Batasan Masalah

Untuk membatasi persoalan yang akan dibahas, maka akan ditentukan ruang

lingkup permasalahan sebagai berikut :

1. Penghitungan dilakukan untuk usia antara 18-45 tahun.

2. Penghitungan dilakukan dengan hanya hembusan nafas (ekspirasi) pasien.

3. Penghitungan tingkat pernafasan pada pasien dilakukan dalam rentang waktu 1

menit.

4. Penghitungan hanya dilakukan dalam keadaan setenang mungkin dengan

menggunakan metode pengambilan nafas FEV1 (forced expiratory volume in one

second) berdasarkan prinsip kerja spirometer.

5. Alat ini dibuat hanya untuk menampilkan volume pernafasan, jumlah tingkat

pernafasan per menit, dan hasil diagnosa kondisi pasien apakah eupnea (tingkat

pernafasan normal), tachypnea (tingkat pernafasan lebih tinggi) atau bradypnea

(tingkat pernafasan lebih rendah).

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Membuat alat standar yang sesuai untuk mengukur volume pernafasan.

2. Meningkatkan akurasi dalam menghitung jumlah tingkat pernafasan manusia.

3

3. Mempermudah dalam memonitoring jumlah tingkat pernafasan dan volume

pernafasan dengan menggunakan android sebagai media antar muka.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Penelitian ini diharapkan dapat dijadikan alat kesehatan yang lebih praktis, lebih

sederhana dan lebih murah dengan memanfaatkan arduino board dan android.

2. Dengan adanya alat ini diharapkan dapat membantu dokter dalam mendiagnosa

fungsi paru-paru dengan melakukan pernafasan normal yang hasilnya berupa

frekuensi dan volume pernafasan per-menit yang kemudian akan ditampilkan pada

perangkat android.

1.6. Sistematika Penulisan

Sistematika dalam penyusunan ini di susun per bab dari sub-sub bab dengan

permasalahannya sebagai berikut :

BAB 1 PENDAHULUAN

Pada bab ini berisi mengenai latar belakang, maksud dan tujuan penulisan, ruang

lingkup pembahasan, rumusan masalah, dan Sistematika Penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Merupakan bagian yang berisikan teori-teori dasar sebagai penunjang pembahasan

permasalahan yang di peroleh dari buku dan penelitian terdahulu.

BAB III METODE PENELITIAN

Di dalam bab ini membahas tentang metode penelitian yang dilakukan dalam

perancangan alat penghitung tingkat pernafasan manusia.

BAB IV PEMBAHASAN

Di dalam pembahasan yang akan di bahas berupa hasil dari penghitungan tingkat

pernafasan manusia dan ditampilkan pada sebuah perangkat android sebagai media

antar muka.

BAB V PENUTUP

Penutup berisi kesimpulan dan saran.

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka

Spirometri (pengukuran nafas) adalah pemeriksaan yang bertujuan untuk

mengetahui adanya gangguan di paru-paru dan saluran pernapasan. Alat yang

digunakan untuk pengukuran spirometri disebut dengan spirometer. Spirometer adalah

alat untuk mengukur aliran udara yang masuk dan keluar dari paru-paru dan dicatat

dalam grafik volume perwaktu (David M. Shade and Arthur T. Johnson, 2004).

Pemeriksaan spirometri sering dianggap sebagai pemeriksaan sederhana namun

sebenarnya merupakan pemeriksaan yang sangat kompleks. Variabilitas hasil

pemeriksaan spirometri lebih besar daripada pemeriksaan lain karena tidak konsistennya

usaha subyek. Karena itu sangat diperlukan pemahaman, koordinasi dan kerjasama yang

baik antara teknisi dan subyek agar didapatkan hasil yang optimal. Faktor-faktor yang

dapat meningkatkan hasil pemeriksaan spirometri adalah peralatan yang akurat,

prosedur pemeriksaan yang baik, program pengendalian mutu berkelanjutan, nilai acuan

yang tepat, dan algoritma interpretasi hasil yang baik (Anonim, 2013).

Spirometri sendiri pertama ditemukan oleh seorang dokter asal Bergama Turki yang

bernama Galenus atau dalam bahasa Inggris lebih dikenal dengan nama Galen. Galen

melakukan eksperimen ‘volumetric’ terhadap saluran udara manusia. Galen menyuruh

seorang anak menghirup dan mengeluarkan udara dan menemukan volume gas dalam

jangka beberapa waktu dan menhasilkan nilai tetap. Galen menemukan ukuran yang

mutlak dari ukuran paru-paru. Seiring berkembangnya teknologi sekarang banyak

dikembangkan juga alat spirometer yang semakin praktis untuk bisa digunakan disetiap

kalangan masyarakat.

Di Indonesia sendiri spirometer tergolong mahal untuk didapat oleh karena itu

banyak peneliti mencoba mengembangkan spiromter yang terbuat dari komponen-

komponen sederhana yang tergolong murah dan mudah untuk didapatkan. Beberapa

komponen yang sering digunakan adalah arduino dan juga sensor tekanan MPX5100.

Kedua komponen ini memungkinkan untuk mengolah data yang dihasilkan oleh

pernafasan manusia yang dideteksi dari sensor tekanan itu sendiri.

Pada tahun 2015 sebuah penelitian memanfaatkan sensor tekanan sebagai

pendeteksi udara dari pernafasan manusia yang diukur. Keluaran sensor tersebut

5

merupakan tegangan analog yang kemudian diubah oleh mikrokontroler menjadi nilai

tegangan digital. Perancangan alat ukur volume paru-paru ini terdiri dari pipa

venturimeter, sensor MPX5100DP, mikrokontroler ATMega328p, LCD, dan PC

sebagai pengolah data, penyimpan data, serta menampilkan grafik hubungan debit

terhadap fungsi waktu (Zainudin Ahmad, 2015).

Penelitian-penelitian setelahnya itu juga berhasil memanfaatkan arduino dan juga

E-Health PCB yang terintegrasi satu sama lain. Dengan memanfaatkan kedua kompenen

itu dapat menghasilkan penelitian yang menampilkan kecepatan pernafasan beserta

grafik pada LCD yang berasal dari input sensor aliran udara yang sudah diproses

mikrikontroller sebelumnya. Dari pengujiannya didapatkan bahwa alat ukur sistem

pernafasan rata-rata memiliki presentase tingkat kesalahan sebesar 3,662% (I Made N,

2015).

2.2. Pernafasan normal

Fungsi dari sistem pernafasan merupakan hal yang sangat penting dalam fungsi

dasar tubuh manusia, proses ini seperti yang diketahui disebut respirasi. Walaupun

tampaknya sangat sederhana dari definisi dasar, proses tersebut dapat mencerminkan

keadaan tubuh manusia. Tingkat pernafasan adalah salah satu parameter yang dapat

mengungkapkan banyak fakta tentang keseluruhan kerja tubuh. Hal ini dianggap sangat

penting untuk menjaga tingkat pernafasan normal. (Tanri Alim, 2013)

Tingkat pernafasan juga dikenal sebagai frekuensi pernafasan yang didefinisikan

sebagai jumlah nafas (menghirup dan menghembuskan nafas) makhluk hidup

membutuhkan per satuan waktu, biasanya dalam satu menit. Hal ini dihitung dengan

menghitung berapa kali dada seseorang mengembang dan kontrak dalam satu menit.

Unit tingkat pernafasan adalah nafas per menit. Angka ini dapat berkisar dari yang

terendah 12 nafas per menit pada orang dewasa beristirahat sampai yang tertinggi 75

nafas per menit dalam kasus atlet saat melakukan pekerjaan yang sangat berat seperti

berlari dengan kecepatan tinggi contohnya.

Apa itu Tingkat pernafasan normal?

Tingkat pernafasan normal dapat didefinisikan sebagai laju pernafasan seseorang

saat beristirahat. Angka tingkat pernafasan bervariasi yang dipengaruhi faktor seperti

usia, jenis kelamin, atau kondisi medis seperti asma, kejang, bronkitis, kelahiran

6

prematur, penyakit asam refluks, dll. Angka tingkat pernafasan ini memiliki

kecenderungan menurun menurut usia. Jadi bayi yang baru lahir memiliki tingkat

pernafasan biasa tinggi yang secara bertahap menurun saat mereka tumbuh sampai

dewasa.

Berikut tingkat pernafasan menurut rentang usia:

Bayi baru lahir: Rata-rata 44 nafas per menit, dapat bervariasi di mana saja antara 30

sampai 60 nafas per menit

Bayi (sampai 6 bulan): 20-40 nafas per menit

Anak prasekolah: 20-30 nafas per menit

Anak-anak: 16-25 nafas per menit

Dewasa: 12-20 nafas per menit

Alasan utama mengapa rentang usia menentukan jumlah tingkat pernafasan karena

semakin besar jumlah kapasitas yang diperlukan seiring pertumbuhan manusia tersebut.

Meskipun jumlah tingkat pernafasan orang dewasa lebih sedikit dibandingkan anak-

anak, namun jumlah volume udara yang dihirup oleh orang dewasa jauh lebih banyak

dibandingkan anak-anak.

Mengetahui tingkat pernafasan normal sangat penting manfaatnya. Jika mengetahui

kecepatannya terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menjadi indikasi dari berbagai

masalah kesehatan. Kondisi dengan tingkat kecepatan pernafasan tinggi dikenal sebagai

tachypnea dan jika kecepatannya lebih rendah dari normal biasanya ini dikenal sebagai

bradypnea.

Tachypnea adalah Kondisi dimana tingkat pernafasan lebih cepat dari biasanya

dapat dikaitkan dengan penyakit seperti flu atau pilek pada anak-anak. Pada orang

dewasa, penyebab tachypnea biasanya termasuk asma, infeksi paru-paru seperti

pneumonia, Penyakit Paru Obstruktif Kronik (PPOK), atau emboli paru.

Bradypnea adalah penurunan kecepatan pada tingkat pernafasan normal dianggap

sebagai sebab dari gejala gangguan metabolisme atau beberapa jenis tumor. Bradypnea

juga dapat terjadi saat seseorang sedang tidur dan dapat disebabkan dari penggunaan

narkotika, minuman beralkohol, benzodiazepin atau bahkan morfin .

2.3. Arduino Uno

Arduino uno adalah papan sirkuit berbasis mikrokontroler ATmega328. IC

(integrated circuit) yang memiliki 14 input/output digital (6 output untuk PWM), 6

7

analog input, resonator kristal keramik 16 MHz, Koneksi USB, soket adaptor, pin

header ICSP, dan tombol reset. Keunggulan yang dimiliki arduino uno inilah yang

menjadikan arduino uno secara mudah terhubung dengan kabel power USB atau kabel

power supply adaptor AC ke DC atau juga battery. (Hidayatullah Hamid, 2013)

Gambar 2.1 Arduino uno R3 ATmega328

(https://www.caratekno.com/2015/07/pengertian-arduino-uno-mikrokontroler.html)

Untuk keunggulan board Arduino Uno Revision 3 antara lain:

1.0 pinout ditambahkan pin SDA dan SCL di dekat pin AREF dan dua pin lainnya

diletakkan dekat tombol RESET, fungsi IOREF melindungi kelebihan tegangan pada

papan rangkaian. Keunggulan perlindungan ini akan kompatibel juga dengan dua

jenis board yang menggunakan jenis AVR yang beroperasi pada tegangan kerja 5V

dan Arduino due tegangan operasi 3.3V

Rangkaian RESET yang lebih efektif dan sangat mendukung.

Penerapan ATmega 16U2 pengganti 8U2.

Bahasa "uno" berasal dari bahasa Italia yang artinya satu, ditandai dengan

peluncuran pertama arduino 1.0 yang kemudian menjadi referensi untuk arduino versi

terbaru dilengkapi USB.

Arduino uno dapat disuplai langsung ke USB atau power supply tambahan dengan

pilihan power secara otomatis berfungsi tanpa saklar. Kabel external (non-USB)

menggunakan adaptor AC ke DC atau baterai dengan konektor plug ukuran 2,1mm

polaritas positif di tengah jack power pada board. Jika menggunakan baterai dapat

disematkan pada pin GND dan Vin pada bagian Power konektor.

8

Tabel 2.1 Spesifikasi arduino uno

Chip mikrokontroller ATmega328P

Tegangan operasi 5V

Tegangan input (yang direkomendasikan,

via jack DC)

7V - 12V

Tegangan input (limit, via jack DC) 6V - 20V

Digital I/O pin 14 buah, 6 diantaranya

menyediakan PWM

Analog Input pin 6 buah

Arus DC per pin I/O 20 Ma

Arus DC pin 3.3V 50 Ma

Memory Flash 32 KB, 0.5 KB telah digunakan

untuk bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Clock speed 16 Mhz

Dimensi 68.6 mm x 53.4 mm

Berat 25 g

(http://ecadio.com/mengenal-dan-belajar-arduino-uno-r3)

Gambar 2.2 Power supply arduino port

(https://www.caratekno.com/2015/07/pengertian-arduino-uno-mikrokontroler.html)

9

Papan arduino ini dapat disupplai tegangan kerja antara 6 sampai 20 volt, jika catu

daya dibawah tegangan standar 5V arduino akan tidak stabil, jika dipaksakan ke

tegangan regulator 12 Volt menyebabkan arduino cepat panas (overheat) dan merusak

papan arduino. Sangat direkomendasikan tegangannya yaitu antara 7-12 volt sehingga

memungkinkan arduino untuk bekerja lebih baik.

Penjelasan Power PIN:

VIN adalah Input voltage board yang digunakan sebagai sumber catu daya luar

(adaptor USB 5 volt atau adaptor yang lainnya 7-12 volt). VIN dapat digunakan

langsung jika dihubungkan jack power 5 volt.

3.3V adalah Pin tegangan 3.3 volt untuk catu daya umum langsung untuk arduino

dengan maksimal arus yang diperbolehkan adalah 50 mA.

GND adalah Pin Ground.

IOREF adalah Pin penyedia referensi tengangan agar mikrokontroler beroperasi

dengan baik. Pin ini berfungsi memilih sumber daya yang tepat atau mengaktifkan

penerjemah tegangan pada output untuk bekerja dengan 5V atau 3.3V.

Memory

ATmega328 memiliki memori 32kb yang dimana 0.5kb digunakan sebagai

bootloader. Memori 2kb SRAM dan 1kb EEPROM (yang dapat baca tulis dengan

library EEPROM).

Input and Output

Masing-masing dari 14 pin arduino uno dapat digunakan sebagai input atau output

menggunakan perintah fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead() yang

menggunakan tegangan operasi 5 volt. Tiap pin dapat menerima arus maksimal hingga

40 mA dan resistor internal pull-up antara 20-50 kohm. Beberapa pin memiliki fungsi

khusus antara lain:

Serial terdiri dari pin 0 (RX) dan 1 (TX) yang berfungsi sebagai penerima (RX) dan

pemancar (TX) TTL serial data. Pin ini terkoneksi untuk pin korespondensi chip

ATmega8U2 USB-toTTL Serial.

10

External Interrupts terdiri dari pin 2 dan 3. Pin ini berfungsi sebagai konfigurasi

trigger saat interupsi nilai turun, naik, dan tepi, atau nilai yang berubah-ubah.

PWM terdiri dari pin 3, 5, 6, 9, 10, dan 11 berfungsi melayani output 8-bit PWM

dengan fungsi analogWrite().

SPI yang terdiri dari pin 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) berfungsi untuk

komunikasi SPI menggunakan SPI library.

LED terdiri dari 1 pin saja yaitu pin 13. Pada arduino terdapat LED indikator bawaan

(built-in) dihubungkan ke digital pin 13, ketika value high led akan on, saat value

low led akan off.

Uno memiliki 6 analog input tertulis di label A0 hingga A5, masing-masing

memberikan 10 bit resolusi (1024). Secara asal input analog tersebut terukuru dari 0

(ground) sampai 5 volt, itupun memungkinkan perubahan teratas dari jarak yang

digunakan oleh pin AREF dengan fungsi analogReference(). Pin analog sendiri

berfungsi untuk membaca nilai analog dari sensor yang nantinya dikonversi menjadi

nilai digital. Pada arduino tidak dibutuhkan ADC eksternal, karena sudah memiliki

ADC internal. Konversi sinyal analog ke digital melalui proses perhitungan sebagai

berikut,

𝐴𝐷𝐶 =𝑉𝑖𝑛

𝑉𝑟𝑒𝑓 x 1024 (2-1)

Vin adalah tegangan keluaran dari sensor yang nilainya dipengaruhi oleh besar

kecilnya tekanan yang diterima oleh sensor. Vref adalah tegangan referensi nilainya

5 volt. Nilai 1024 didapatkan dari besarnya bit ADC yang digunakan pada penelitian

ini menggunakan 10 bit.

TWI terdapat pada pin A4 atau pin SDA dan A5 atau pin SCL. Support TWI

communication menggunakan Wire library.

AREF adalah tegangan referensi untuk input analog, fungsi yang digunakan yaitu

analogReference().

RESET berfungsi untuk menekan jalur LOW untuk mereset mikrokontroler, terdapat

tambahan tombol reset untuk melindungi salah satu blok. Reset sendiri pada

dasarnya berfungsi mengembalikan perintah yang telah terprogram pada arduino

menjadi seperti semula atau tidak ada program lagi.

11

Communication

Arduino uno memiliki fasilitas untuk bisa berkomunikasi dengan komputer atau

hardware arduino lainnya atau dengan mikrokontroler. Pada ATmega328

menerjemahkan serial komunikasi UART TTL (5V) pada pin 0 (RX) dan 1 (TX). Pada

ATmega16U2 serial komunikasinya dengan USB dan port virtual pada software di

komputer. Perangkat lunak (firmware) 16U2 menggunakan driver standart USB COM

dan tidak membutuhkan driver luar lainnya. Bagaimanapun pada OS Windows file

ekstensi .inf sangat diperlukan. Software Arduino bawaan telah menyertakan serial

monitor yang sangat mudah membaca dan mengirim data dari dan ke Arduino. LED

indikator TX dan RX akan kedip ketika data telah terkirim via koneksi USB-to-serial

dengan USB pada komputer (tetapi tidak pada serial com di pin 0 dan pin 1).

Software serial library mengizinkan banyak pin serial communication pada uno.

ATmega328 juga support I2C (TWI) dan SPI communication. Software arduino

terbenam di dalamnya Wire library untuk memudahkan penggunaan bus I2C.

Programming

Microcontroller ATmega328 pada arduino uno dapat preburned dengan bootloader

yang dapat mengupload kode baru tanpa menggunakan programmer perangkat lainnya.

Komunikasi menggunakan protokol original STK500 dapat pula langsung bootloader

dan program pada microcontroller melalui ICSP (In-Circuit Serial Programming)

menggunakan arduino ISP atau sejenisnya.

Pada ATmega16U2 (atau 8U2 di rev1 dan rev2 board) dapat melihat firmware

source code. Pada ATmega16U2/8U2 load-nya dengan DFU bootloader, yang dapat

diaktifkan di antaranya:

On Rev1 boards berfungsi untuk menyambung jumper solder dibalik board dan

kemudian mereset 8U2.

On Rev2 or later boards adalah Resistor suntikan pada 8U2/16U2 HWB ke jalur

ground, hal ini dapat membuat mudah masuk ke mode DFU.

Automatic (Software) Reset

Tombol reset digunakan sesaat sebelum source code diunduh ke arduino, sebab

arduino uno dirancang untuk direset terlebih dahulu oleh software ketika terhubung

dengan komputer. Satu komponen jalur kontrol aliran (DTR) dari ATmega8U2/ 16U2

yang terhubung direset seperti halnya ATmega328 dengan 100 nanofarad kapasitor.

12

Software upload kode ini dapat mengunggah secara mudah tanpa kehilangan waktu

lama saat di tekan start.

USB Overcurrent Protection

Arduino uno memiliki fungsi resettable polyfuse untuk memproteksi dari port USB

komputer akibat hubung singkat atau kelebihan arus. Jika arus yang melebihi 500mA

dari port USB maka fuse secara otomatis putus koneksi hingga short atau overload

dilepaskan dari board ini.

2.4. Kapasitor By-pass

Kapasitor atau kondensator adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan

energi listrik atau muatan listrik secara sementara dengan satuan kapasitansinya adalah

Farad . (Kurnia Uji, 2013)

2.4.1. Jenis-jenis kapasitor

Kapasitor dibagi menjadi tiga berdasarkan kegunaannya:

1. kapasitor tetap (nilai kapasitasnya tetap tidak dapat diubah)

2. kapasitor kapasitor elektrolit (Elektrolit condensor = Elco)

3. kapasitor variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah)

Berdasarkan bahan isolator dan nilainya, kapasitor dapat dibagi menjadi 2 jenis

yaitu kapasitor nilai tetap dan kapasitor variabel. Berikut ini adalah penjelasan

singkatnya untuk masing-masing jenis kapasitor :

Kapasitor keramik

Kapasitor keramik adalah kapasitor yang isolatornya dibuat dari keramik dan

mempunyai bentuk bulat tipis atau persegi. Kapasitor jenis ini tidak mempunyai arah

atau polaritas, dapat dipasang bolak-balik dalam rangkaian elektronika. Memiliki

nilai kapasitor sekitar 1pF sampai dengan 0,01 μF.

Kapasitor polyester

Kapasitor polyester adalah kapasitor yang isolatornya dibuat dari bahan polyester

yang memiliki bentuk persegi berwarna merah, coklat, hijau dan lainya. Kapasitor

polyester juga dapat dipasang terbalik di dalam rangkaian elektronika karena tidak

mempunyai polaritas arah.

13

Kapasitor mika

Kapasitor mika yaitu kapasitor yang terbuat dari bahan mika. Jenis kapasitor ini

dapat dipasang terbalik di dalam rangkaian elektronika karena tidak memiliki

polaritas arah. Nilai kapasitasnya sekitar 50 pF sampai dengan 0,02 μF.

Kapasitor elektrolit

Kapasitor elektrolit atau bisa disebut dengan Elco yaitu kapasitor yang terbuat

dari bahan elektrolit (semacam minyak kimia dengan beberapa zat pada lainnya),

memiliki bentuk seperti tabung atau silinder. Kapasitor elektrolik adalah kapasitor

dengan nilai kapasitas tinggi yaitu antara 2 μF sampai dengan 20.000 μF bahkan bisa

melebihi. Pemasangan kapasitor ini tidak boleh terbalik, karena bisa meledak dan

memiliki polaritas arah. Penggunaan kapasitor elektrolit banyak pada semua

rangkaian elektronik seperti pada amplifier, power supply dan sebagainya.

Kapasitor Tantalum

Kapasitor tantalum adalah kapasitor yang terbuat dari bahan logam tantalum,

dapat bekerja pada suhu tinggi dan mempunyai nilai kapasitansi tinggi. Berbentuk

lebih kecil dan mungil. Kapasitor jenis ini mempunyai polaritas arah dan bahan

isolator yang berasal dari elektrolit. Harga dari kapasitor ini juga terbilang mahal,

biasanya digunakan pada Handphone dan laptop.

Valco

Valco atau kepanjangan dari variable condensator adalah kapasitor yang dibuat

dari logam yang berukuran besar. Biasanya digunakan pada rangkaian radio untuk

memilih gelombang frekuensi. Memiliki nilai kapasitansi sekitar 100 pF sampai

dengan 500 pF.

2.4.2. Kapasitor sebagai by-pass

Cara kerja kapasitor by-pass mirip dengan kapasitor kopling, yaitu meneruskan arus

bolak-balik dan menahan arus searah. Tetapi kapasitor ini tidak digunakan untuk

menyambung dua titik, kapasitor by-pass digunakan untuk membuat ground sinyal.

Agar kapasitor bekerja dengan baik, reaktansinya harus lebih kecil dari frekuensi

terendah pada sumber. (DR. Jusak)

Pada penelitian digunakan kapasitor elco sebagai by-pass yang berfungsi untuk

menstabilkan keluaran dari sensor tekanan (MPX5100DP). Pemilihan kapasitor Elco

14

dikarenakan kapasitor ini memiliki polaritas (memiliki kutub positif dan juga negatif)

dan biasa disebutkan tegangan kerjanya sehingga memudahkan dalam perancangan.

2.5. Sensor Tekanan

Sensor tekanan merupakan sensor yang memiliki transduser mengukur tegangan

kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar

penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat

perubahan panjang dan luas penampangnya. Strain gauge adalah sebuah contoh

transduser pasif yang mengubah pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan.

Sensitivitas sebuah strain gauge dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut

faktor gauge (factor gauge) atau K yang didefinisikan sebagai perubahan satuan

tahanan dibagi dengan perubahan satuan panjang. (Setiawan, 2009)

𝐾 =∆𝑅

𝑅⁄

∆𝑙𝑙⁄

(2-2)

Dengan K = faktor gauge

R = tahanan nominal gauge

ΔR = perubahan panjang gauge

Perubahan tahanan R pada sebuah konduktor yang panjangnya dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang

penampangnya serba sama, yaitu:

𝑅 =𝜌𝑙

(𝜋4⁄ )𝑑2 (2-3)

Dimana 𝝆 = Tahanan spesifik bahan konduktor

l = Panjang konduktor

d = Diameter

Strain gauge adalah sejenis bahan yang nilai tahanannya dapat naik ketika dia

meregang (membesar) atau turun ketika menyempit. Perubahan tahanan ini bisa

dikonversi menjadi perubahan tegangan listrik dengan menggunakan rangkaian

15

Jembatan Wheatstone. Untuk mengukur tekanan, Strain gauge ini kemudian dipasang

pada permukaan diapragma, ketika tekanan bekerja pada diapragma dan diapragma

melengkung maka strain gauge juga ikut melengkung, nilai tahanan strain gauge

berubah dan berarti tegangan keluaran juga akan ikut berubah.

2.5.1. Sensor Tekanan MPX5100

Sensor tekanan MPX5100 merupakan seri Manifold Absolute Pressure (MAP)

yaitu sensor tekanan yang dapat membaca tekanan udara dalam suatu manifold

(Achmad Rifa’i dkk, 2013). Pada dasarnya sensor tekanan MPX5100 adalah sebuah

sensor tekanan yang sudah dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal dan

temperatur kalibrator yang membuat sensor ini stabil terhadap perubahan suhu. Untuk

akurasi pengukuran sensor ini menggunakan teknik micro machine, thin film

metalization dan proses bipolar semiconductor. MPX5100 adalah Strain gauge jenis

piezoresistif tranducer berbahan silicon yang terintegrasi dalam sebuah chip, bekerja

pada tekanan 0 kPa sampai 100 kPa (0 psi sampai 14,5 psi) atau 15 kPa sampai 115 kPa

(2,18 psi sampai 16,68 psi) dengan tegangan output 0,2 volt sampai 4,7 volt. Bentuk

fisik sensor tekanan MPX5100 cukup kecil seperti terlihat pada gambar 2.3 dibawah.

Gambar 2.3 Sensor tekanan MPX5100

(http://www.indo-ware.com/produk-2318-mpx5100-mpx5100.html)

Gambar 2.4 Dimensi sensor tekanan MPX5100

(www.FreescaleSemiconductor.com)

16

Sensor tekanan ini didesain untuk aplikasi range yang lebar, terutama bekerja pada

microcontroller atau microprocessor dengan sinyal analog maupun sinyal digital,

sensor ini terbuat dari elemen tranducer tunggal yang dikombinasikan menggunakan

teknik micromachining dengan logam film tipis dan diproses secara bipolar untuk

menghasilkan output sinyal analog level tinggi yang akurat dan proporsional untuk

aplikasi tekanan. Adapun konfigurasi pin-pin pada kaki komponen ini adalah sebagai

berikut.

Tabel 2.2 Pin Number dari MPX5100

PIN NUMBER

1 Vout

2 Gnd

3 Vs

4 N/C

5 N/C

6 N/C

(www.FreescaleSemiconductor.com)

Gambar 2.5 Grafik tegangan keluaran dan tekanan

(https://apriliaerlita.wordpress.com/2017/05/01/sensor-tekanan-tugas-

pendahuluan-praktikum/)

Gambar 2.5 menunjukkan perubahan tekanan terhadap tegangan output dari sensor

di mana perubahan bergerak linear setelah 20 kPa. Tampak 3 buah garis pada grafik

tersebut yang menunjukkan batas maksimum dan minimum error dari hasil pengukuran

sensor. Sensor tekanan pada aplikasi robotik seringkali digunakan sebagai feedback

17

mechanic di mana sistem mikrokontroler dapat mendeteksi kondisi mekanik pada saat

itu. Contohnya untuk mendeteksi kuat lemah cengkeraman robot atau menghitung

beban yang diletakkan pada robot. Selain itu pengukuran tekanan kompresi pada

manifold mesin (otomotif) sering menggunakan sensor tekanan MPX5100 ini karena

tetap stabil dalam perubahan suhu yang tinggi.

2.5.1.1. Prinsip kerja

Prinsip kerja sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik

menjadi listrik. Kurang ketegangan sendiri didasarkan pada prinsip bahwa tahanan

pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada

kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga meuyebabkan

ukuran kawat berubah dan mengubah ketahanannya. (David Satria, 2014)

2.6. Android sebagai User Interface (UI)

Diantara keunikan yang dimiliki android adalah sistem operasi tersebut memiliki

banyak User Interface (UI). UI atau dalam bahasa Indonesia “desain antarmuka”

merupakan tampilan awal yang menghubungkan user (pengguna) android dengan

software yang terpasang diperangkat android. Dengan kata lain, UI adalah tampilan

grafis yang ditawarkan kepada setiap pengguna android. (Kartika Dwintaputri, 2015)

2.6.1. App inventor

MIT App Inventor adalah aplikasi inovatif yang dikembangan Google dan MIT

untuk mengenalkan dan mengembangkan pemrograman android dengan

mentrasformasikan bahasa pemrograman yang kompleks berbasis teks menjadi berbasis

visual (drag and drop) berbentuk blok-blok.

Framework visual programming ini terkait dengan bahasa pemrograman scratch

dari MIT, yang secara spesifik merupakan implementasi dari open block yang

didistribusikan oleh MIT Scheller Teacher Education Program yg diambil dari riset

yang dilakukan oleh Ricarose Roque. App Inventor menggunakan Kawa Language

Framework dan Kawa’s dialect yang didevelop oleh Per Bothner dan didistribusikan

sebagai bagian dari GNU Operating System oleh Free Software Foundation sebagai

compiler yang mentranslate visual block programming untuk diimplementasikan pada

platform android.

18

2.6.1.1. Design View

Palette

Palette terdiri dari objek apa saja yang bisa digunakan ke dalam aplikasi. Palette

terdiri dari beberapa grup yang semuanya dikelompokkan ke dalam satu grup jika

memiliki tema dan fungsi yang sama.

Viewer

Terdiri dari tampilan telepon selular dan komponen–komponen yang bisa diklik.

Component

Terdiri dari daftar komponen apa saja yang telah ditambahkan ke dalam projek.

Tampilannya berupa susunan atau daftar yang memudahkan untuk mengatur

komponen atau melihat apa saja yang berbentuk seperti direktori.

Media

Terletak dibawah dari kolom component yang berfungsi untuk mengatur semua

media komponen untuk mendukung aplikasi. Gambar, clip art, musik dan video yang

digunakan tidak boleh melebihi 5 MB.

Property

Mengatur komponen sehingga bisa berinteraksi dengan pengguna maupun dengan

komponen lain, atau bagaimana tampilannya. Setiap komponen memiliki kolom

properties yang berbeda-beda.

2.6.1.2. Code Block

Code block pada app inventor digunakan untuk melakukan atau mengatur jalannya

program. Code block terdiri dari beberapa grup yang memilki fungsi berbeda-beda.

Grup yang ada pada Code block antara lain:

Control Blocks

Code blocks pada grup ini digunakan untuk mengatur bagaimana alur aplikasi

yang dibuat itu berjalan.

Logic Blocks

Biasanya digunakan untuk menentukan kondisi dengan memanipulasi nilai

boolean. Jadi logic block biasanya berhubungan dengan if else dan while yang

berada dalam Control Blocks.

19

Math Blocks

Blok ini digunakan untuk memanipulasi angka dan memasukkan angka.

Text Blocks

Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi, mengolah, dan

menyeleksi argumen dalam bentuk text.

List Blocks

Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi, mengolah, dan

menyeleksi list atau kumpulan dari nilai (variabel).

Colors Blocks

Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi dan mengolah

warna.

Variable Blocks

Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk memanipulasi dan mengolah

variabel.

Procedure Blocks

Blok yang berada dalam grup ini digunakan untuk membuat dan memanggil

procedure yang memungkinkan untuk tidak menulis ulang kode yang sama.

2.7. Bluetooth HC-05

Bluetooth adalah protokol komunikasi wireless yang bekerja pada frekuensi radio

2.4 GHz untuk pertukaran data pada perangkat bergerak seperti PDA, laptop, HP, dan

lain-lain (Setiawan, Vendik 2014). Salah satu hasil contoh modul bluetooth yang paling

banyak digunakan adalah tipe HC-05. Modul bluetooth HC-05 merupakan salah satu

modul bluetooth yang dapat ditemukan dipasaran dengan harga yang relatif murah.

Modul bluetooth HC-05 terdiri dari 6 pin konektor yang setiap pin konektor memiliki

fungsi yang berbeda - beda. Untuk gambar module bluetooth dapat dilihat pada gambar

dibawah ini:

Gambar 2.6 Module Bluetooth HC-05

( https://mbed.org/users/edodm85/notebook/HC-05-bluetooth)

20

Modul bluetooth HC-05 dengan supply tegangan sebesar 3,3 V ke pin 12 modul

bluetooth sebagai VCC. Pin 1 pada modul bluetooth sebagai transmitter. kemudian pin

2 pada bluetooth sebagai receiver. Penggunaan utama dari modul BT ini adalah

menggantikan komunikasi serial via kabel, sebagai contoh:

1. Jika akan menghubungkan dua sistem mikrokontroler agar bisa berkomunikasi via

serial port maka dipasang sebuah modul BT Master pada satu sistem dan modul BT

Slave pada sistem lainnya. Komunikasi dapat langsung dilakukan setelah kedua

modul melakukan pairing. Koneksi via bluetooth ini menyerupai komunikasi serial

biasa, yaitu adanya pin TXD dan RXD.

2. Jika sistem mikrokontroler dipasangi modul BT Slave memungkinkan

mikrokontroler berkomunikasi dengan perangkat lain semisal PC yang dilengkapi

adapter BT ataupun dengan perangkat ponsel, smartphone dan lain-lain

3. Saat ini banyak perangkat seperti printer, GPS modul dan lain-lain yang bekerja

menggunakan media bluetooth, tentunya sistem mikrokontroler yang dilengkapi

dengan BT Master dapat bekerja mengakses devices tersebut

Berikut merupakan konfigurasi pin bluetoooth HC-05 ditunjukkan pada gambar

dibawah ini:

Gambar 2.7 Konfigurasi Pin HC-05

Keterangan:

State :

untuk memberikan informasi jika sudah terhubung/tidak

dengan perangkat lain

RX : jalur penerimaan data

21

TX : jalur pengiriman data

GND : Ground

Vcc : sumber tegangan 3.6 – 6 volt

EN : untuk mengaktifkan AT Command setup

Berdasarkan dari keterangan diatas dalam perancangan alat ini hanya digunakan 4

pin saja dari 6 pin yang tersedia pada bluetooth HC-05 yaitu Vcc, Gnd, Tx dan Rx.

Untuk pin state dan EN tidak digunakan dalam penelitian ini karena langsung

menggunakan pengaturan yang sudah ada maka AT Comand setup pada bluetooth tidak

perlu diatur ulang kembali. Konfigurasi pin pada module bluetooth HC-05 dapat dilihat

pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3 Konfigurasi pin Module Bluetooth HC-05

No Nomor pin Nama Fungsi

1 Pin 1 Key -

2 Pin 2 VCC Sumber tegangan

3 Pin 3 GND Ground tegangan

4 Pin 4 TXD Mengirim data

5 Pin 5 RXD Menerima data

6 Pin 6 STATE -

(http://diytech.net/2012/03/07/dalam-beberapa-aplikasi-atau-disain-kadangkala-kita-

memerlukan)

2.8. Hukum Poiseuille

Untuk konversi dari tekanan menjadi volume menggunakan hukum Poiseuille

dengan persamaan yang dimulai dari persamaan (2-4) sampai dengan persamaan (2-7).

∆𝑃 =8ƞ𝐿

𝜋𝑟4 𝐼𝑣 (2-4)

∆𝑃 =8ƞ𝐿

𝜋𝑟4 𝜋𝑟2𝑣 (2-5)

∆𝑃 =8ƞ𝐿𝑣

𝑟2 (2-6) 𝑣 =

∆𝑃𝑟𝑟2

8ƞ𝐿 (2-7)

22

Keterangan :

ΔP = Pressure Drop (kPa)

𝑣 = Kecepatan (m/s)

ƞ = Viskositas gas (koefisien viskositas udara=1,8 x 10-5 Pa.s)

L = Length of tube (cm)

𝑟 = radius of tube (cm)

𝐼𝑣 = Kelajuan (Volume/detik)

Berdasarkan persamaan 2-4 sampai dengan persamaan 2-7 maka untuk mencari

kelajuan dari alat ditulis dengan persamaan dibawah:

𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑙𝑣 =𝑉

𝑡=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒

𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 (2-8)

𝐴𝑣 =𝑉

𝑡 (2-9)

𝑉 = 𝜋𝑟2𝑣𝑡 (2-10)

2.9. Mean Absolute Percentage Error (MAPE)

MAPE merupakan rata-rata dari keseluruhan persentase kesalahan (selisih) antara

data aktual dengan data hasil peramalan. Ukuran akurasi dicocokkan dengan data time

series dan ditunjukkan dalam persentase. Adapun persamaan yang digunakan untuk

menghitung galat dari suatu data yaitu sebagai berikut.

𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1

𝑁∑

|𝑥𝑖−𝑓𝑖|

𝑥𝑖

𝑁𝑖=1 100% (2-11)

Keterangan :

N = Banyak data

Xi = Data terhitung

fi = Data terukur

2.10. Volume Bola

Bola merupakan sebuah bangun ruang di mana permukaannya memiliki jarak yang

sama terhadap titik pusatnya. Pada penelitian ini bola digunakan sebagai wadah untuk

menampung volume udara dari balon pada saat kalibrasi.

23

𝑉 = 4

3𝜋𝑟3 (2-12)

Keterangan : V = Volume bola

𝜋 = 22/7 atau 3,14

r = jari-jari bola

24

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Objek penelitian

Objek pengujian dalam penelitian ini adalah tingkat pernafasan (frekuensi nafas)

pada manusia. Adapun penelitian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar

keberhasilan hasil kalibrasi alat penghitung tingkat pernafasan manusia menggunakan

arduino board dengan perangkat android sebagai user interface dibandingkan dengan

alat ukur atau metode manual biasa. Alat ini diujikan pada manusia normal, dalam hal

ini untuk manusia dewasa dan umum untuk segala kalangan.

3.2. Desain penelitian

Desain penelitian adalah pedoman atau prosedur serta teknik dalam perencanaan penelitian

yang berguna sebagai panduan untuk membangun strategi yang menghasilkan model atau blue

print penelitian. Model ini mengambil proses dasar seperti analisis kebutuhan, desain

sistem, pengujian alat serta operasi dan pemeliharaan alat.

3.2.1. Analisis kebutuhan

Untuk merancang alat penghitung tingkat pernafasan manusia dibutuhkan

mikrokontroler arduino uno, sensor tekanan MPX5100DP yang digunakan sebagai

sensor nafas, dan handphone dengan sistem operasi android. Sedangkan untuk

perangkat lunak dibutuhkan software arduino IDE dan APP inventor.

3.2.2. Desain sistem

Desain sistem adalah tahapan dimana dilakukan penuangan pikiran dan

perancangan sistem terhadap solusi dari permasalahan yang ada dengan menggunakan

perangkat pemodelan sistem seperti desain sistem dan prinsip kerja alat.

3.2.2.1. Diagram Blok

Blok diagram adalah diagram dari sebuah sistem , dimana bagian utama atau fungsi

yang diwakili oleh blok dihubungkan dengan garis yang menunjukkan hubungan dari

blok. Diagram blok banyak digunakan dalam dunia rekayasa dalam desain

hardware, desain elektronik, desain software, dan proses aliran diagram. Dalam

25

penelitian ini dibuat blok untuk menunjukkan sistem kerja pada alat ini, seperti pada

gambar 3.1.

Gambar 3.1 Desain sistem alat penghitung tingkat pernafasan manusia

Dari blog diagram diatas dapat dijelaskan proses kerja dari alat penghitung tingkat

pernafasan yang dibuat yaitu sebagai berikut:

1. Sensor tekanan MPX5100DP diberikan supply tegangan dari sumber sebesar 5 volt.

Sensor tekanan ini sendiri berfungsi sebagai pendeteksi hembusan atau tiupan nafas

dari pasien atau sampel data.

2. Keluaran dari sensor tekanan yang telah ditiup diproses oleh arduino (Atmega328)

sebagai masukan yang juga telah diberikan supply tegangan sebesar 5 volt.

3. Setelah data dari sensor diproses oleh arduino maka data akan langsung dikirim ke

handphone melalui bluetooth (HC-05).

4. Setelah data dikirim dari arduino maka handphone akan menampilkan data yang

telah diterima menggunakan perangkat dengan OS (sistem operasi) android.

5. Data yang ditampilkan antara lain : volume nafas dalam satu kali hembusan/tiupan,

jumlah nafas, diagnosa, waktu yang telah ditempuh dalam pengambilan nafas

maksimal 1 menit.

3.2.2.2. Diagram alir penelitian

Flowchart atau diagram alir adalah sebuah jenis diagram yang mewakili algoritme,

alir kerja atau proses, yang menampilkan langkah-langkah dalam bentuk simbol-simbol

grafis, dan urutannya dihubungkan dengan panah. Diagram ini mewakili ilustrasi atau

penggambaran penyelesaian masalah. Diagram alir digunakan untuk menganalisa,

26

mendesain, mendokumentasi atau memanajemen sebuah proses atau program di

berbagai bidang. Dalam penelitian ini diagram penelitian dapat dilihat pada gambar 3.2

dibawah.

Gambar 3.2 Diagram alir peneletian

Diagram diatas mewakili ilustrasi atau penggambaran penyelesaian masalah yang

akan dilakukan dalam penelitian. Berikut adalah penjelasan sederhana dari diagram

diatas.

1. Mulai merupakan awal dari proses perancangan.

2. Pembuatan hardaware dan software merupakan persiapan atau inisialisasi dari alat

yang akan dibuat.

3. Kalibrasi merupakan proses untuk menentukan langkah ketika alat yang telah dibuat

sesuai atau tidak sesuai dengan alat yang telah dibuat sebelumnya. Jika belum sesuai

perlu dilakukan revisi ulang terhadap pembuatan alat.

27

4. Pengambilan data adalah proses memasukkan data yang telah diterima dari alat yang

telah dibuat.

5. Hasil dan pembahasan adalah proses mengkalkulasikan data yang telah dimasukkan.

Dalam proses ini kita mengkategorikan data-data berdasarkan jumlahnya.

6. Selesai adalah akhir dari proses perancangan.

3.2.2.3. Diagram alir pemrograman Arduino

Gambar 3.3 Diagram alir program arduino

Program akan menginialisasi sensor, pin dan variabel-variabel yang digunakan

pada arduino. Setelah menginisialisasi pin dan variabel kemudian jumlah data yang

masuk dari sensor akan dihitung dan dikalkulasikan menjadi satu dimana hasil

28

penjumlahan data diberi nilai “n” dalam 1 menit. Selanjutnya jumlah data yang telah

dihitung akan dikelompokkan dalam tiga kategori. Jika jumlah “n” diantara rentang 14

sampai dengan 20 maka data yang akan dicetak adalah normal. Jika jumlah “n” kurang

dari atau sama dengan 13 maka data yang akan dicetak adalah bradypnea. Jika jumlah

“n” lebih dari atau sama dengan 21 maka data yang akan dicetak adalah Tachypnea.

Sebagai hasil akhir program akan menunjukkan jumlah keseluruhan dari seluruh data

beserta nilai volume yang didapat. Program juga akan menunjukkan hasil diagnosa yang

didapat dari seleksi kategori yang telah dilakukan.

3.2.2.4. Perancangan desain sistem perangkat android

Gambar 3.4 Desain sistem perangkat android

Title adalah nama dari aplikasi yang telah dibuat, dalam penilitian ini diberikan nama

“Remote Alat Tingkat Pernafasan”.

Pilih bluetooth berfungsi untuk memberikan perintah pada aplikasi yang dijalankan

pada saat pengguna memilih perangkat bluetooth yang terditeksi oleh perangkat. Jika

perangkat bluetooth tersedia maka label 1 akan menampilkan teks “connected” , jika

tidak label 1 akan tetap menampilkan teks “not connected”. Pada saat perangkat

device telah terhubung maka button dapat berfungsi dan mengirimkan data pada

mikrokontroller untuk di proses. Berikut bentuk tampilan flowchart (diagram alir)

button pilih bluetooth yang akan dibuat.

29

Gambar 3.5 Flowchart pilih Bluetooth

Keterangan disini adalah untuk memberikan informasi terkait masalah diagnosa

kondisi pasien. Jika keterangan menampilkan hasil 1 berarti bradypnea(tingkat

pernafasan lebih lambat), Jika keterangan menampilkan hasil 2 berarti eupnea

(tingkat pernafasan normal), Jika keterangan menampilkan hasil 3 berarti Tachypnea

(tingkat pernafasan lebih cepat).

Hasil penghitungan berfungsi untuk menampilkan seluruh data yang telah diolah

oleh Arduino. Disini data yang ditampilkan berdasarkan dari serial.print pada

Arduino. Hasil penghitungan berbentuk nilai volume, frekuensi tiap menit, dan hasil

diagnosa kondisi pasien.

3.3. Alat dan bahan penelitian

Pada pembuatan atau perancangan alat penghitung tingkat pernafasan ini

memmbutuhkan beberapa komponen bahan dan alat-alat untuk mendukung berjalannya

perancangan, antara lain:

30

Tabel 3.1 Alat dan bahan

Komponen Jumlah Komponen Jumlah

Arduino Uno 1 Bluetooth HC-05 1

Sensor MPX5100DP 1 Laptop 1

Kapasitor Bypass 1 HP OS Android 1

Jumper 1 pcs Pipa Venturi 1

Project board 1

3.4. Kalibrasi instrumen

Kalibrasi merupakan serangkaian kegiatan yang membentuk hubungan antara nilai

yang ditunjukkan oleh instrumen ukur atau sistem pengukuran, atau nilai yang diwakili

oleh bahan ukur, dengan nilai-nilai yang sudah diketahui yang berkaitan dari besaran

yang diukur dalam kondisi tertentu. Dalam penelitian ini peneliti menggunakan alat

ukur spirometer untuk pengkalibarasian volume pernafasan dan pengkalibarasian secara

manual tanpa alat ukur untuk menghitung jumlah (tingkat pernafasan).

3.5 Perancangan alat dan perangkat

3.5.1 Perancangan alat

Gambar 3.6 Rangkaian alat keseluruhan

Keterangan:

1. Alat penghitung tingkat pernafasan manusia ini hanya menggunakan satu sensor saja

yaitu sensor tekanan MPX5100DP yang berfungsi untuk mendeteksi tiupan atau

31

hembusan nafas. Sensor ini terlebih dahulu disambungkan dengan venturimeter

sebagai alat untuk meniupkan nafas.

2. Agar keluaran dari sensor teratur maka antara ground dan juga Vout pada sensor

disambung menggunakan kapasitor elco dengan besar sekitar 0.47 nF.

3. Keluaran dari sensor tersebut akan dikirim dan diolah oleh mikrokontroller

ATMEGA328 (Arduino Uno). Dimana setiap pin pada sensor dan mikrokontroller

dihubungkan menurut tabel dibawah ini.

Tabel 3.2 Konfigurasi pin MPX5100DP dan Arduino

Pin Sensor MPX5100DP Pin ATMEGA 328 (Arduino)

Vout A0

GND GND

Vin 5V

Didalam mikrokontroller data akan diolah dan diproses kemudian hasilnya akan

ditampilkan pada perangkat android yang sebelumnya telah dibuat menggunakan

APP Inventor.

4. Untuk menghubungkan android dengan arduino pada alat ini menggunakan bluetooth

HC-05 sebagai pengirim data dari arduino ke android. Dimana setiap pin pada

mikrokontroller dan bluetooth dihubungkan menurut tabel dibawah ini.

Tabel 3.3 Konfigurasi pin Arduino dan Bluetooth

Pin ATMEGA 328 (Arduino) Pin Bluetooth (HC-05)

GND GND

5V Vin

Pin 0 (RX) TX

Pin 1 (TX) RX

3.5.2 Perancangan perangkat Android

Untuk perancangan perangkat Handphone dengan OS (sistem operasi) Android

pada penilitian ini digunakan aplikasi App Inventor dengan langkah-langkah pembuatan

sebagai berikut:

1. Yang pertama dilakukan dalam pembuatan perangkat ini adalah mendesain tampilan

awal dari perangkat.

32

Gambar 3.7 Tampilan Design View App Inventor

Untuk mendesain tampilan awal dari perangkat, masuk pada menu Design yang

terdapat pada pojok kanan atas aplikasi. Pada screen1 dibuat tiga buah kotak vertical

dan horizontal arrangement yang terdiri dari label Bluetooth, label keterangan dan

label hasil. Setiap kotak dan label diatur berdasarkan fungsi masing-masing dan

tampilan yang telah ditentukan pada penelitian.

2. Setelah membuat tampilan awal dari perangkat maka langkah selanjutnya adalah

memasukkan kode pada setiap label yang telah dibuat.

Gambar 3.8 Tampilan block code App inventor

Setiap blok memiliki fungsi yang berbeda-beda yang dimana setiap blok mewakili

satu perintah. Button-button yang telah dibuat pada saat mendesain tampilan

perangkat juga deberi nama dan kemudian diberikan perintah pada block code.

Fungsi dari setiap blok dapat dilihat pada tabel 3.4 dibawah ini:

33

Tabel 3.4 Fungsi dari setiap blok kode

Blok Fungsi

Apabila apilkasi pada

screen1 terbuka atau

aplikasi sedang berjalan

dan tombol back (keluar)

pada Handphone ditekan

maka pengguna akan

keluar dari aplikasi

Apabila ListPicker belum

dipilih maka jadikan

elemen-elemen yang ada

dengan nama modul

Bluetooth. Jadi ketika

ada Bluetooth lain yang

terditeksi maka akan

ditampilkan juga

Jika Listpicker1 sudah

memilih dan yang dipilih

adalah Addres Bluetooth

yang terkoneksi dengan

Arduino maka

selanjutnya perangkat

akan mendeteksi apakah

elemen yang sudah

dibuat terhubung dengan

Bluetooth, jika terhubung

maka label

hasil_Bluetooth akan

berubah menjadi

Connected dan berubah

warna menjadi hijau. Jika

belum terhubung maka

34

Blok Fungsi

label hasil_Bluetooth

akan tetap bertuliskan

Not Connected dan

berwarna merah.

Bagian clock1 adalah

bagian untuk pergantian

data yang dikirim dari

Arduino ke Handphone.

Disini diperintahkan

apabila waktu berjalan

ketika Bluetooth sudah

terhubung dan data yang

dikirim lebih dari nol

maka kita jadikan label

hasil menjadi data yang

dikirm oleh arduino

menggunakan

serial.print. data disini

akan bergantian sesuai

delay yang telah diatur

pada sketch Arduino.

35

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Perancangan alat

Pada penelitian ini menghasilkan suatu alat penghitung tingkat pernafasan

manusia menggunakan Arduino board dengan perangkat Android sebagai user

interface seperti terlihat pada gambar dibawah.

Gambar 4.1 Alat penghitung tingkat pernafasan manusia

Keterangan gambar:

1. Arduino Uno

2. Project Board

3. Elco

4. Bluetooth HC-05

5. Pipa Venturi (alat nafas)

6. Sensor MPX5100 DP

Spesifikasi alat:

1. Tegangan masukan : 5 volt

2. Arus masukan : 1 Ampere

36

3. Waktu pengukuran : 1 menit (tingkat pernafasan), ± 10

detik (volume pernafasan)

4. Display : HP OS Android

5. Dimensi alat : t = 5cm, l = 6.5 cm, p = 13.5 cm

6. Panjang pipa pernafasan : 10 cm, radius = 2 cm.

7. Massa alat : 214 gram

8. Ketelitian alat : 98.75 %

9. Nama alat : Spiro10

4.2 Pengujian ADC

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran

yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Dalam

penelitian ini dilakukan pengujian ADC untuk memastikan keakuratan data yang

diperoleh dari mikrokontroller.

4.2.1 Cara pengujian ADC

Pada penelitian ini sebelum mikrokontroller dihubungkan dengan komponen yang

digunakan dalam perancangan alat penghitung tingkat pernafasan terlebih dahulu ADC

dari mikrokontroller diuji menggunakan bahan atau sensor yang keluarannya sama

dengan sensor tekanan MPX5100DP sebagai acuan dalam pengambilan data.

Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam pengambilan data ini dapat dilihat

pada tabel 4.1 dibawah.

Tabel 4.1 Aalat dan bahan pengujian ADC

No Alat dan bahan Jumlah

1 Arduino Uno 1 buah

2 Kabel jumper 1 pcs

3 Potensiometer (10k) 1 buah

4 Project board 1 buah

5 Software Arduino IDE -

Kemudian alat dan bahan yang telah ada dihubungkan menjadi satu seperti

rangkaian yang ditunjukkan pada gambar 4.2.

37

Gambar 4.2 Rangkaian pengujian ADC

Board arduino uno memiliki resolusi 10 bit dengan nilai terbesar 1023. Arduino

uno memiliki tegangan masukan atau sumber sebesar 5 volt. Pada rangkaian diatas

board arduino dihubungkan dengan sebuah Potensiometer 10k dengan kabel jumper.

Potensiometer berfungsi sebagai pengatur tegangan pada rangkaian yang dimana

memiliki 3 buah pin yang terhubung dengan arduino. Keluaran tegangan yang diatur

pada potensiometer diukur menggunakan voltmeter dengan titik ukur yang terletak pada

A0 dan ground atau pada gambar diatas pada kabel hijau dan hitam. Konfigurasi pin

pada arduino dan potensiometer dapat dilihat pada tabel 4.2 dibawah ini.

Tabel 4.2 Konfigurasi pin Arduino dan Potensiometer

Arduino Potensiometer

Gnd Pin 1 (Gnd)

5V Vin

A0 Vout

Rangkaian diatas kemudian diberikan masukan kode atau source code sebagai perintah

untuk pembacaan adc sensor. Berikut adalah source code dari rangkaian diatas:

int analogPin = A0;

int ujiadc = 0;

void setup()

{

38

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

ujiadc = analogRead(analogPin);

delay(100);

Serial.println(lang);

}

Berikut ini adalah penjelasan untuk source code (sketch) program tersebut.

Untuk pin analog yang digunakan ialah A0, yang terhubung dengan data analog dari

potensiometer.

Untuk variabel uji ADC dengan (jenis data integer) digunakan untuk menyimpan

nilai pembacaan ADC sebelum ditampilkan, dan diberikan nilai awal 0.

Proses inisialisasi setup dengan menentukan baud rate yang digunakan untuk jalur

serial, yakni 9600.

Untuk program utama berisi function analogRead() yang digunakan untuk membaca

nilai ADC pada analogPin, yakni pin Arduino A0.

Pemberian delay() ditujukan agar pembacaan nilai ADC stabil.

Baris program selanjutnya untuk menampilkan data nilai ADC pada serial monitor.

4.2.2 Hasil pengujian ADC

Pengujian ADC internal mikrokontroler ATmega 328 atau arduino uno dilakukan

dengan cara membandingkan tegangan masukan ADC dengan data ADC pada uji coba

dengan rangkaian dan juga dengan data ADC terhitung menggunakan persamaan pada

bab II yaitu persamaan 2-1.

Berdasarkan tabel 4.3 tegangan masukan didapatkan dari keluaran potensiometer

yang diatur semakin meningkat. Nilai didapatkan dari hasil ukur menggunakan

voltmeter dengan menempatkan titik ukur pada A0 dan ground. Setelah mengatur

keluaran potensiometer yang berbeda-beda kemudian dihasilkan nilai data ADC yang

berbeda-beda dan semakin meningkat juga. Hal ini membuktikan bahwa data antara

tegangan masukan dan data ADC itu fluktuatif atau berbanding lurus. Untuk data

39

terhitung didapat dari proses menghitung dengan menggunakan persamaan konversi

ADC pada baba II yaitu persamaan 2-1.

Tabel 4.3 Tabel hubungan antara tegangan masukan ADC dengan data keluaran ADC.

No Tegangan masukan

(mV)

Data terhitung

(dec)

Data ADC

(dec)

Galat

(%)

1 0 0 0 0

2 300 61 60 1.6

3 568 116 116 0

4 789 161 161 0

5 1025 209 205 1.9

6 1395 285 285 0

7 1476 302 300 0.6

8 1912 391 390 0.2

9 2021 413 405 1.9

10 2444 500 490 2.0

11 2789 571 571 0

12 3034 621 608 2.1

13 3309 677 670 1.0

14 3658 749 746 0.4

15 3994 817 817 0

16 4071 833 833 0

17 4285 877 877 0

18 4578 937 937 0

19 4789 980 978 0.2

20 4807 984 980 0.4

21 4899 1003 1002 0.09

Setelah menghitung galat antara data ADC dan data terhitung selanjutnya selisih

antara kedua data tersebut dimasukkan kedalam persamaan Mean Absolute Percentage

Error (MAPE) untuk mencari error secara kesuluruhan. Hal ini dilakukan untuk

mengetahui berapa akurasi ADC arduino dalam membaca keluaran sensor.

40

𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1

𝑁∑

|𝐷𝑇 − 𝐷𝐴𝐷𝐶|

𝐷𝑇

𝑁

𝑖=1

=1

21

× (0 + 0.016 + 0 + 0 + 0.019 + 0 + 0.006 + 0.002 + 0.019 + 0.020

+ 0 + 0.021 + 0.010 + 0.004 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.002 + 0.004

+ 0.0009 ) ×= 1

21× 0,4839 = 0.0230

𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.021

𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0

Hasil perhitungan MAPE menunjukkan bahwa ADC pada arduino memiliki akurasi

97.7%, sehingga ADC pada arduino yang digunakan dalam penelitian ini masih dalam

keadaan baik.

4.3 Kalibarasi alat

Tujuan kalibrasi adalah menjaga kendali mutu dengan memastikan kinerja dan

akurasi berbagai instrument yang digunakan melalui penentuan penyimpangan nilai

standar dengan nilai yang ditunjukkan alat ukur. Perlunya kalibrasi pada alat Spiro10

bertujuan untuk menjadikan alat ini sesuai standar untuk bisa digunakan seperti alat

penghitung tingkat pernafasan dan volume pernafasan lainnya.

4.3.1 Cara kalibrasi alat

Adapun hal-hal yang perlu disiapkan dan dilakukan pada saat kalibrasi alat antara

lain adalah :

1. Menyiapkan alat dan bahan

Adapun beberapa syarat yang harus dipenuhi oleh alat dan bahan yang digunakan.

Hal-hal yang dibutuhkan dalam proses kalibrasi antara lain yaitu adanya obyek ukur

dan adanya calibrator. Alat dan bahan yang digunakan pada kalibrasi alat spiro10

antara lain adalah 1 buah balon dan 1 buah bola dan inflator gun yaitu sebagai obyek

yang diukur.

41

Gambar 4.3 Alat dan bahan kalibrasi

Inflator gun berfungsi untuk meniupkan udara dari kompresor kedalam balon dan

bola. Balon dan bola sendiri berfungsi sebagai wadah untuk menampung udara.

Alasan digunakannya balon dan bola karena ketika udara ditiupkan terhadap balon

volumenya akan sulit diketahui karena jari-jari balon berubah-ubah karena bentuknya

yang lonjong, karena itu digunakan bola yang lebih presisi jari-jarinya agar

penghitungan volume lebih tepat.

2. Memberikan masukan pada balon dan bola

Dengan menggunakan kompresor yang terhubung dengan inflator gun udara

dimasukkan kedalam balon yang terlebih dahulu ditempatkan didalam bola sebagai

wadah luar seperti gambar dibawah.

Gambar 4.4 memberi masukan terhadap balon

Balon yang telah dimasukkan kedalam bola diberikan masukan udara sampai balon

sebesar bola. Hal ini bertujuan agar volume udara pada balon sama dengan volume

yang ada pada bola. Volume bola didapatkan berdasarkan persamaan volume bola

dibawah.

Diketahui bola yang dipakai pada saat kalibrasi memiliki nilai jari-jari yaitu sebesar

15cm. Jika dimasukkan kedalam persamaan maka menghsailkan nilai volume yaitu

42

sebesar 14130 cm3. Kemudian dikonvesi kembali menjadi satuan liter yang dimana 1

cm3 setara dengan 0,001 Liter sehingga 14130 cm3 = 14,130 Liter.

3. Menyocokkan nilai kalibrasi

Udara yang telah dimasukkan kedalam balon kemudian ditiupkan langsung kedalam

alat dengan cara menyambungkan ujung balon dengan pipa venturi pada spiro10.

Gambar 4.5 memberikan masukan pada spiro10

Hasil yang ditunjukkan pada alat spiro10 kemudian dicocokkan dengan volume

balon yang telah dihitung diatas. Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada alat yaitu

sabesar 14 Liter dan hasil yang ditunjukkan pada hasil perhitungan volume balon

atau bola yaitu sebesar 14,130 Liter maka dengan persentase error kurang dari 1%

maka kalibrasi dinyatakan berhasil.

4.3.2 Perbandingan hasil kalibrasi

Perbandingan hasil kalibrasi selanjutnya dilakukan dengan membandingkan hasil

pengukuran alat Spiro10 yang telah dibuat dengan spirometer. Pada saat pengujian

kedua alat tersebut diberikan masukan (tekanan udara) yang sama melalui sebuah

kompresor angin melalui inflator gun (maksimal 220 mmHg). Tekanan udara yang

diberikan semakin meningkat yang hasilnya kemudian dihitung galat yang didapat.

Berdasarkan hasil konversi satuan tekanan dimana mengubah mmHg (milimeter

mercury (0oC)) ke pascal yaitu berkisar antara 1 mmHg = 0.133322 kilopascal (kPa),

hasil perhitungan ini didapat dari perhitungan yang sudah ditentukan dalam satuan

tekanan. Sedangkan untuk mengkonversi satuan pascal ke liter digunakan persamaan

Poiseuille pada bab II.

43

Pertama kita gunakan persamaan 2-4 samapai 2-7 untuk mencari kecepatan (v)

yang dimana diketahui panjang pipa = 10cm, radian = 2 cm, ΔP = 1 kPa, sehingga

menghasilkan v = 2,777.77 m/s. Untuk mecari volumenya kita gunakan persamaan 2-8

sampai 2-10 dengan diketahui t = 1 detik, sehingga menghasilkan Volume = 34.879

mm3. Jika di konversi menjadi liter menjadi 0.34879 karena 1 mm3 = 10-6 liter.

Tabel 4.4 Hasil kalibrasi spirometer dengan alat yang dibuat.

No Tekanan Spirometer

(Liter)

Alat

(Liter)

Galat

(%) Kompresor Sensor

1 10(mmHg) 1.33322(kPa) 0.05 0.046 8.0

2 15(mmHg) 1.99983(kPa) 0.075 0.069 8.0

3 20(mmHg) 2.66644(kPa) 0.1 0.093 7.0

4 25(mmHg) 3.33305(kPa 0.125 0.116 7.2

5 30(mmHg) 3.99966(kPa) 0.125 0.139 11.2

6 35(mmHg) 4.66627(kPa) 0.15 0.162 8.0

7 40(mmHg) 5.3328(kPa) 0.2 0.186 7.0

8 45(mmHg) 5.9949(kPa) 0.2 0.209 4.5

9 50(mmHg) 6.6661(kPa) 0.25 0.232 7.2

10 55(mmHg) 7.33271(kPa) 0.25 0.255 2.0

11 60(mmHg) 7.99932(kPa) 0.3 0.279 7.0

12 70(mmHg) 9.33254(kPa) 0.3 0.325 8.3

13 80(mmHg) 10.66576(kPa) 0.4 0.372 7.0

14 100(mmHg) 13.3322(kPa) 0.45 0.465 3.0

15 120(mmHg) 15.99864(kPa) 0.60 0.558 7.0

16 140(mmHg) 18.66508(kPa) 0.675 0.651 3.5

17 160(mmHg) 21.33152(kPa) 0.7 0.744 6.2

18 200mmHg) 26.6644(kPa) 1 0.930 7.0

19 220(mmHg) 29.33084(kPa) 1 1.023 2.3

20 240(mmHg)/ 31.99728(kPa) 1.115 1.116 0.08

Berdasarkan pada gambar grafik diatas dan perhitungan MAPE didapat kesimpulan

bahwa data spirometer dan data alat memiliki selisih rata-rata kurang dari 10%. Grafik

44

diatas didapat galat yang cukup besar diawal disebabkan karena sensor akan lebih

akurat saat membaca tekanan disaat tekanan lebih dari 20kPa. Sehingga disaat diberi

masukan diatas 20kPa galat yang dihasilkan lebih sedikit. Berdasarkan perhitungan

MAPE disimpulkan bahwa alat memiliki akurasi sebesar 93.908%.

Gambar 4.6 Grafik perbandingan tekanan sensor dan galat

Untuk mencari galat antara spiro10 yang telah dibuat dengan spirometer sebagai

pembanding digunakan persamaan Mean Absolute Percentage Error (MAPE).

𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1

𝑁∑

|𝐷𝑎𝑡𝑎𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 − 𝐷𝑎𝑡𝑎𝐴𝑙𝑎𝑡|

𝐷𝑎𝑡𝑎𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

𝑁

𝑖=1

=1

20

× (0.08 + 0.08 + 0.07 + 0.072 + 0.112 + 0.08 + 0.07 + 0.045

+ 0.072 + 0.02 + 0.07 + 0.083 + 0.07 + 0.03 + 0.07 + 0.035

+ 0.062 + 0.07 + 0.023 + 0.0008 ) = 1

20× 1.2184 = 0.06092

𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.112

𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0.0008

Berdasarkan penghitungan MAPE diatas dapat dilihat bahwa galat atau error

secara keseluruhan mencapai 6.092%.

4.4 Pengujian alat

Setelah dilakukannya pengujian ADC dan juga kalibrasi pada alat yang telah dibuat

(spiro10) maka langkah selanjutnya adalah mencoba atau menguji alat tersebut terhadap

0

2

4

6

8

10

12

0 10 20 30 40

Gal

at

Tekanan sensor

45

pasien (manusia). Pengujian alat ini bertujuan sebagai bentuk pengaplikasian terhadap

masyarakat yang diharapkan dapat berguna dalam kehidupan sehari-hari.

4.4.1 Teknik pengambilan data

Adapun langkah-langkah dalam menggunakan alat spiro10, antara lain adalah

sebagai berikut.

1. Menyiapkan spiro10 dan Handphone

Pastikan spiro10 telah terhubung power supply dengan tegangan masukan sebesar 5

volt dan juga arus 1A. Hal ini sangat penting karena jika alat belum ada tegangan

maka tentu komponen seperti bluetooth dan arduino pada alat tidak akan berfungsi.

Handphone dengan OS android terlebih dahulu dipastikan terpasang perangkat

khusus yang telah dibuat untuk menampilkan data yang dikirim melalui spiro10

seperti yang terlihat pada gambar dibawah.

Gambar 4.7 Handphone yang telah terpasang perangkat Android

Gambar diatas merupakan gambar dari icon aplikasi (perangkat Android) yang

berfungsi sebagai display alat spiro10 yang diberi nama tingkat_pernafasan.

2. Koneksi spiro10 dan Handphone dengan Bluetooth

Setelah dipastikan terpasangnya perangkat maka langkah selanjutnya adalah

menyambungkan spiro10 dengan Handphone melalui koneksi Bluetooth. Cara

menyambungkan koneksi alat ini sama dengan saat menyambungkan handphone

dengan perangkat lainnya.

Gambar 4.8 Memilih Bluetooth

Dengan menekan icon bluetooth diatas maka akan langsung muncul beberapa nama

bluetooh yang juga ikut terpindai oleh handphone. Namun disini tidak langsung

46

dipilih nama bluetooth Spiro10 karena hal itu akan dilakukan setelah membuka

aplikasi tingkat_pernafasan. Setelah membuka aplikasi tersebut maka tampilannya

seperti berikut.

Gambar 4.9 Tampilan awal aplikasi dan koneksi Bluetooth

Sebelum aplikasi terhubung maka akan ada pemberitahuan dengan tanda tulisan

merah Not Connected. Selanjutnya pilih tombol bluetooth dan akan tampil beberapa

nama yang juga telah terpindai oleh Handphone. Bluetooth yang terpasang pada

Spiro10 diberi nama JDY-30 maka bluetooth yang terpilih atas nama tersebut.

Aplikasi dan spiro10 yang telah terhubung akan ditampilkan seperti gambar dibawah.

Gambar 4.10 Aplikasi yang telah terhubung

Tulisan Not Connected sebelum terhubung akan berubah menjadi Connected yang

menandakan bahwa spiro10 telah terhubung. Pada kolom hasil penghitungan akan

ditampilkan data dari serial.print dari mikrokontroller. Sebelum ada masukan atau

diberi masukan maka nilai dari volume nafas, jumlah nafas, diagnosa, dan waktu

akan bernilai 0 semua.

3. Pengambilan data

Pada saat memberikan masukan atau pengambilan data spiro10 menggunakan prinsip

kerja pengambilan data pada alat spirometer dengan metode FEV1 (forced expiratory

volume in one second) volume udara paksa maksimum dalam satu detik yaitu

meniupkan nafas semampu pasien pada alat. Pasien akan diminta untuk mengambil

47

napas dalam dan kemudian meniup sekeras dan selama mungkin melalui pipa

venturi. Alat akan mengukur berapa banyak udara yang dapat keluar dari paru-paru

dan seberapa banyak bisa meniupnya (dr. Agus Juanda). Untuk mengurangi

kesalahan dan kekurangan pada saat pengambilan data hidung pasien terlebih dahulu

ditutup seperti gambar 4.10 dibawah.

Gambar 4.11 Cara meniup alat

Langkah ini dilakukan berulang kali selama waktu 1 menit tanpa harus tergesgesa.

Lama waktu 1 menit pengambilan data bertujuan untuk menetukan berapa jumlah

nafas yang dapat diambil sebagai acuan penentuan diagnosa dalam tingkat

pernafasan manusia.

4.5 Data hasil alat

Pengambilan data dilakukan terhadap orang dewasa dengan rentang usia antara 18-

45 tahun dan berat badan antara 40-80 kg. Penelitian melibatkan responden laki-laki dan

perempuan dengan usia dan berat badan yang berbeda-beda. Hasil pengukuran dapat

dilihat pada Tabel 4.5, dari data yang dihasilkan dapat ditunjukkan perbedaan tingkat

pernafasan yang dinyatakan forced expiratory volume in one second (FEV1) yaitu

volume udara paksa maksimum dalam satu detik dan volume pernafasan seseorang yang

berkaitan dengan usia dan berat badan seseorang. Pada dasarnya tingkat dan volume

pernafasan dipengaruhi oleh usia dan jenis kelamin seseorang, namun pekerjaan,

aktifitas, penyakit dan berat badan seseorang juga dapat mempengaruhi. Seseorang yang

tubuhnya besar akan memiliki kapasitas volume pernafasan yang besar pula.

48

Tabel 4.5 Hasil uji alat

No Jenis

Kelamin

Umur

(Thn)

Massa

(Kg)

Volume

Nafas

(Liter)

FEV1

Waktu

(Detik)

Diagnosa

Bradypnea Eupnea Tachypnea

≤ 11 12 s/d

20 ≥21 Min Max Manual

(kali)

Spiro10

(kali)

Galat

(%)

1 P 21 45 0.78 2.94 17 17 0 55 √

2 P 27 40 0.70 2.56 15 15 0 53 √

3 L 25 75 0.98 3.82 17 17 0 53 √

4 L 27 65 0.88 3.28 16 16 0 57 √

5 L 31 65 0.79 3.21 15 15 0 56 √

6 L 31 59 0.77 3.16 15 16 6.25 58 √

7 L 38 65 0.81 3.19 14 14 0 58 √

8 L 45 76 0.63 2.89 15 15 0 55 √

9 P 32 70 0.70 2.63 16 16 0 55 √

10 P 40 45 0.77 2.23 14 14 0 58 √

11 P 44 70 0.83 3.04 14 15 6.25 53 √

12 L 41 76 0.80 3.12 15 15 0 57 √

49

No Jenis

Kelamin

Umur

(Thn)

Massa

(Kg)

Volume

Nafas

(Liter)

FEV1

Waktu

(Detik)

Diagnosa

Bradypnea Eupnea Tachypnea

≤ 11 12 s/d

20 ≥21 Min Max Manual

(kali)

Spiro10

(kali)

Galat

(%)

13 L 37 65 0.88 3.28 16 16 0 57 √

14 L 36 54 0.73 3.17 15 16 6.25 58 √

15 L 38 61 0.83 3.19 14 14 0 58 √

16 L 45 76 0.63 2.99 15 15 0 55 √

17 P 34 57 0.63 2.53 16 16 0 55 √

18 P 40 48 0.70 2.19 14 14 0 58 √

19 P 43 55 0.83 3.04 14 15 6.25 53 √

20 L 41 80 0.80 3.12 15 15 0 57 √

50

Keterangan kolom diagnosa:

Bradypnea = jumlah FEV1 kurang dari rata-rata

Eupnea = jumlah FEV1 normal

Tachypnea = jumlah FEV1 lebih dari rata-rata

𝑀𝐴𝑃𝐸 = 1

𝑁∑

|𝐹𝐸𝑉1𝑀𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 − 𝐹𝐸𝑉1𝑆𝑝𝑖𝑟𝑜10|

𝐹𝐸𝑉1𝑀𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙

𝑁

𝑖=1

=1

20× (0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0

+ 0 + 0.0625 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0.0625 + 0) = 1

20× 0.25

= 0.0125

𝑀𝐴𝑋𝐴𝐸 = 0.0625

𝑀𝐼𝑁𝐴𝐸 = 0

Berdasarkan MAPE diatas menunjukkan alat memiliki akurasi dalam

menghitung tingkat pernafasan manusia sebesar 98.75%. Perbandingan antara

FEV1 dari penghitungan manual dan FEV1 dari penghitungan manual tidak

terlihat jauh berbeda. Sampel yang diambil berjumlah sepuluh, dua diantaranya

memiliki nilai yang berbeda. Faktor yang mempengaruhi alat tidak bekerja dalam

keadaan seratus persen karena dalam pengambilan data secara manual sering

sekali lalai dalam memantau jumlah nafas. Oleh karena itu sering terjadi

kekeliruan dalam pengambilan data secara manual.

51

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisis data dan pembahasan yang dilakukan dalam penelitian

ini dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Alat penghitung tingkat pernafasan manusia telah dapat digunakan untuk

mengukur volume pernafasan manusia dengan tingkat akurasi sebesar

93.908%.

2. Penghitung tingkat pernafasan dapat langsung menghitung secara keseluruhan

jumlah nafas manusia tanpa metode manual lagi dengan akurasi alat sebesar

98.75%.

3. Hasil tingkat pernafasan, volume pernafasan, waktu dan diagnosa pasien

ditampilkan dalam satu penampil yaitu android sebagai media antar muka.

Sehingga alat dapat memudahkan dalam memonitoring seluruh parameter

pengukuran pada tingkat pernafasan manusia.

5.2 Saran

1. Dalam pengembangan berikutnya diharapkan menggunakan pipa spirometer

yang telah terkalibrasi dengan baik sehingga meminimalkan selisih nilai yang

lebih kecil.

2. Penelitian lebih lanjut diharapkan menggunakan ADC dengan bit yang lebih

tinggi, agar hasil konversinya lebih halus,dan

3. Dalam penelitiannya berikutnya diharapkan pada display (android) dapat

menampilkan keseluruhan histori pengmbilan data sehingga dapat menjadi

pembanding dari data yang diambil tiap detiknya.