MENDETEKSI detak jantung DENGAN sensor heart beat
- Memahami prinsip kerja dari rangkaian sensor heart beat.
- Membuat sebuah rangkaian sensor heart beat.
2. Alat dan Bahan [back]
Berikut komponen yang di gunakan :
1. Baterai 9 Volt atau Power Supply
Baterai atau Power Supply bertujuan untuk memberikan tenaga listrik ke rangkaian agar rangkaian dapat hidup dengan baik.
Spesifikasi :
- Bi-Polar NPN Transistor
- DC Current Gain (hFE) is 800 maximum
- Continuous Collector current (IC) is 500mA
- Emitter Base Voltage (VBE) is 5V
- Base Current(IB) is 5mA maximum
- Available in To-92 Package
Konfigurasi Pin :
Pin 1 : Collector
Pin 2 : Base
Pin 3 : Emitter
4.LED
- Infra merah : 1,6 V
- Merah : 1,8 V – 2,1 V
- Oranye : 2,2 V
- Kuning : 2,4 V
- Hijau : 2,6 V
- Biru : 3,0 V – 3,5 V
- Putih : 3,0 – 3,6 V
- Ultraviolet : 3,5 V
5. Resistor
Spesifikasi :
- Resistance (Ohms) : 220 V
- Power (Watts) : 0,25 W, ¼ W
- Tolerance : ± 5%
- Packaging : Bulk
- Composition : Carbon Film
- Temperature Coefficient : 350ppm/°C
- Lead Free Status : Lead Free
- RoHS Status : RoHs Complient
6. Buzzer
Spesifikasi :
- Rated Voltage : 6V DC
- Operating Voltage : 4 to 8V DC
- Rated Current* : ≤30mA
- Sound Output at 10cm* : ≥85dB
- Resonant Frequency : 2300 ±300Hz
- Tone : Continuous
- Operating Temperature : -25°C to +80°C
- Storage Temperature : -30°C to +85°C
- Weight : 2g
Konfigurasi Pin :
Pin 1 : Positive
Pin 2 : Negative
7. Relay
Spesifikasi :
- Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC
- Trigger Current (Nominal current) : 70mA
- Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC
- Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC
- Compact 5-pin configuration with plastic moulding
- Operating time: 10msec Release time: 5msec
- Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)
Konfigurasi Pin
- Coil End 1 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other end to ground.
- Coil End 2 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other end to ground.
- Common (COM) : Common is connected to one End of the Load that is to be controlled.
- Normally Close (NC) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NC the load remains connected before trigger.
- Normally Open (NO) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NO the load remains disconnected before trigger.
3. Dasar Teori [back]
sensor ini telah diintegrasikan
sejumlah fungsi komponen yaitu sensor infrared, detektor cahaya, rangkaian
filter, rangkaian penguat sinyal dan komponen proteksi rangkaian. Skematik
diagram sederhana ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skematik
diagram modul pulse heart rate sensor
(Sumber: Murphy,
2012)
Pulse heart rate sensor pada
dasarnya menggunakan prinsip kerja photoplethysmography, dimana merupakan
metoda optis yang relatif sederhana dan murah untuk mendeteksi secara
non-invasive perubahan volume darah setiap jantung berdetak pada jaringan
pembuluh darah (Allen, 2007). Sinyal yang dihasilkan oleh sensor menghasilkan
gelombang yang dinamakan photoplethysmogram (PPG) seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 4. PPG dalam dunia medis digunakan untuk pengukuran respiratory rate
(pernafasan) dan heart rate (detak jantung). Saat jantung memompa darah ke
seluruh tubuh, setiap denyut yang terjadi disertai dengan munculnya gelombang
pulsa seperti gelombang kejut yang merambat melalui arteri hingga ke lapisan
kapiler tangan (jemari) tempat pulse heart rate sensor dipasang.
Gambar
4. Contoh bentuk sinyal Photoplethysmogram
(Sumber:
Murphy,dkk, 2018)
Sistem Perekam Detak Jantung
Berbasis Pulse Heart Rate Sensor pada Jari Tangan ELKOMIKA – 349 Photodiode
yang sudah terintegrasi dalam komponen APDS 9008 digunakan sebagai penangkap
gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infra Red (IR). Metoda pengukuran detak
jantung pada pembuluh darah jari tangan pada sistem ini menggunakan metoda
refleksi, dimana IR sebagai sumber cahaya dipasangkan sejajar dengan Photodiode
sebagai sensor cahaya, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Sinyal atau perubahan
yang diterima oleh Photodiode adalah pantulan cahaya dari IR. Photodiode
mengubah besarnya intensitas cahaya yang diterima menjadi arus listrik. Besar
kecilnya cahaya yang diterima berdasarkan pantulan cahaya dari IR yang
dipancarkan ke pembuluh darah pada jari tangan.
Gambar
5. Metoda pendeteksian detak jantung dengan metode refleksi
(Sumber:
Udupa & Aroul, 2014)
Arus listrik yang dihasilkan oleh
komponen APDS-9008 kemudian diubah menjadi tegangan listrik di titik TP0 dengan
menggunakan sebuah resistor 12 kΩ. Tegangan listrik ini kemudian disaring untuk
menghilangkan tegangan DC dan diperkecil tegangannya dengan menggunakan
kapasitor C1 dan C2. Sinyal ini kemudian dihubungkan rangkaian differensiator
op-amp dengan frekuensi cut-off 3,38 Hz yang dihasilkan oleh kapasitor C3 dan
R5. Rangkaian differensiator ini akan berfungsi ganda yaitu sebagai
differensiator dan sebagai penguat inverting. Rangkaian akan berfungsi sebagai
differensiator jika frekuensi sinyal input pada TP1 lebih kecil dari frekuensi
cut-off atau rangkaian akan berfungsi sebagai penguat inverting jika frekuensi
sinyal input pada TP1 lebih besar dari frekuensi cut-off. Sinyal pada TP1
kemudian dihubungkan dengan komponen C4 dan resistor R3 untuk difilter kembali
dengan frekuensi cut-off 0,72 Hz. Dengan kata lain, rangkaian ini akan
menfilter sinyal sesuai dengan detak jantung manusia pada umumnya yaitu lebih
kurang 43 sampai dengan 200 beat per minute (bpm). Komponen resistor R3 dan R4,
berfungsi juga sebagai pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan bias untuk
sinyal TP1 sehingga memiliki sinyal dengan tegangan offset sebesar setengah
dari tegangan catu daya (Vcc) yang diberikan. Sinyal tersebut kemudian
dikondisikan dengan rangkaian differensiator op-amp sesuai dengan frekuensi
sinyal input yang mengalir pada rangkaian. Jika rangkaian differensiator ini
berfungsi sebagai penguat, maka akan menghasilkan penguat inverting dengan
penguatan sebesar 330 kali. Tegangan keluaran (Vout) dari modul ini berupa
level tegangan DC yang memenuhi persyaratan untuk diproses lebih lanjut oleh
modul pemroses sinyal Arduino Nano melalui pin input analog (A0).
Rumus menghitung kecepatan detak jantung
Kecepatan Detak Jantung = jumlah detak jantung / 60 detik
Kami membuat rangkaian ini terinspirasi dari gambar diatas, dimana gambar tersebut diambil dari buku kimia halaman 873.
- BATERAI
Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).
Baterai dalam sistem PV mengalami berulang kali siklus pengisian dan pengosongan selama umur pakainya. Siklus hidup (cycle life) baterai adalah banyaknya pengisian dan pengosongan hingga kapasitas baterai turun (melemah) dan tersisa 80% dari kapasitas nominalnya. Pabrik baterai biasanya mencantumkan siklus hidup pada spesifikasi teknis baterai. Mencantumkan satu nilai siklus hidup (cycle life) sebenarnya terlalu menyederhanakan informasi, karena siklus hidup baterai juga tergantung pada suhu baterai.
Dari grafik di atas, terlihat pada suhu operasional baterai yang lebih rendah, siklus hidup baterai lebih lama. Siklus hidup baterai juga tergantung dari DoD, artinya baterai yang dikosongkan hanya 50% dari kapasitasnya, berumur lebih lama jika dikosongkan hingga 80%, namun membuat sistem menjadi lebih mahal, karena membutuhkan kapasitas baterai lebih besar untuk mengakomodasi kebutuhan yang sama.
Jika pada suhu operasional lebih rendah, umur baterai lebih lama, namun ada efek negatif berkaitan dengan kapasitas baterai. Pada suhu yang lebih rendah, kapasitas baterai menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkan karena pada suhu yang lebih tinggi, reaksi kimia yang terjadi pada baterai bergerak lebih aktif/cepat, sehingga kapasitas baterai cenderung lebih tinggi.
Terkadang, pada suhu yang lebih tinggi, kapasitas baterai justru dapat lebih besar dari angka nominalnya, meskipun pada suhu tinggi, elemen baterai terlalu aktif, juga berakibat buruk pada kesehatan baterai.
- TRANSISTOR
Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh dikatakan bahwa hampir semua perangkat elektronik menggunakan Transistor untuk berbagai kebutuhan dalam rangkaiannya.
Terminal transistor memerlukan tegangan DC tetap untuk beroperasi di daerah yang diinginkan dari kurva karakteristiknya. Ini dikenal sebagai biasing. Untuk aplikasi amplifikasi, transistor bias sehingga sebagian untuk semua kondisi input. Sinyal input pada basis diamplifikasi dan diambil pada emitor. BC548 digunakan dalam konfigurasi emitor umum untuk amplifier. Pembagi tegangan adalah mode bias yang umum digunakan. Untuk aplikasi switching, transistor bias sehingga tetap penuh jika ada sinyal di dasarnya. Dengan tidak adanya sinyal dasar, itu benar-benar mati.
Dengan sebuah transistor tipikal, grafik arus kolektor versus arus basis akan terlihat sebagaimana berikut ini
Terdapat sebuah hubungan linear (garis lurus) antara arus baris dengan arus kolektor. Dengan kata lain : Arus kolektor secara langsung berbanding lurus dengan arus basis.
- SENSOR HEARTBEAT SENSOR
Sensor ini telah diintegrasikan sejumlah fungsi komponen yaitu sensor infrared, detektor cahaya, rangkaian filter, rangkaian penguat sinyal dan komponen proteksi rangkaian. Skematik diagram sederhana ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Skematik diagram modul pulse heart rate sensor
(Sumber: Murphy, 2012)
Pulse heart rate sensor pada dasarnya menggunakan prinsip kerja photoplethysmography, dimana merupakan metoda optis yang relatif sederhana dan murah untuk mendeteksi secara non-invasive perubahan volume darah setiap jantung berdetak pada jaringan pembuluh darah (Allen, 2007). Sinyal yang dihasilkan oleh sensor menghasilkan gelombang yang dinamakan photoplethysmogram (PPG) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. PPG dalam dunia medis digunakan untuk pengukuran respiratory rate (pernafasan) dan heart rate (detak jantung). Saat jantung memompa darah ke seluruh tubuh, setiap denyut yang terjadi disertai dengan munculnya gelombang pulsa seperti gelombang kejut yang merambat melalui arteri hingga ke lapisan kapiler tangan (jemari) tempat pulse heart rate sensor dipasang.
Gambar 4. Contoh bentuk sinyal Photoplethysmogram
(Sumber: Murphy,dkk, 2018)
Sistem Perekam Detak Jantung Berbasis Pulse Heart Rate Sensor pada Jari Tangan ELKOMIKA – 349 Photodiode yang sudah terintegrasi dalam komponen APDS 9008 digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infra Red (IR). Metoda pengukuran detak jantung pada pembuluh darah jari tangan pada sistem ini menggunakan metoda refleksi, dimana IR sebagai sumber cahaya dipasangkan sejajar dengan Photodiode sebagai sensor cahaya, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Sinyal atau perubahan yang diterima oleh Photodiode adalah pantulan cahaya dari IR. Photodiode mengubah besarnya intensitas cahaya yang diterima menjadi arus listrik. Besar kecilnya cahaya yang diterima berdasarkan pantulan cahaya dari IR yang dipancarkan ke pembuluh darah pada jari tangan.
Gambar 5. Metoda pendeteksian detak jantung dengan metode refleksi
(Sumber: Udupa & Aroul, 2014)
Arus listrik yang dihasilkan oleh komponen APDS-9008 kemudian diubah menjadi tegangan listrik di titik TP0 dengan menggunakan sebuah resistor 12 kΩ. Tegangan listrik ini kemudian disaring untuk menghilangkan tegangan DC dan diperkecil tegangannya dengan menggunakan kapasitor C1 dan C2. Sinyal ini kemudian dihubungkan rangkaian differensiator op-amp dengan frekuensi cut-off 3,38 Hz yang dihasilkan oleh kapasitor C3 dan R5. Rangkaian differensiator ini akan berfungsi ganda yaitu sebagai differensiator dan sebagai penguat inverting. Rangkaian akan berfungsi sebagai differensiator jika frekuensi sinyal input pada TP1 lebih kecil dari frekuensi cut-off atau rangkaian akan berfungsi sebagai penguat inverting jika frekuensi sinyal input pada TP1 lebih besar dari frekuensi cut-off. Sinyal pada TP1 kemudian dihubungkan dengan komponen C4 dan resistor R3 untuk difilter kembali dengan frekuensi cut-off 0,72 Hz. Dengan kata lain, rangkaian ini akan menfilter sinyal sesuai dengan detak jantung manusia pada umumnya yaitu lebih kurang 43 sampai dengan 200 beat per minute (bpm). Komponen resistor R3 dan R4, berfungsi juga sebagai pembagi tegangan untuk menghasilkan tegangan bias untuk sinyal TP1 sehingga memiliki sinyal dengan tegangan offset sebesar setengah dari tegangan catu daya (Vcc) yang diberikan. Sinyal tersebut kemudian dikondisikan dengan rangkaian differensiator op-amp sesuai dengan frekuensi sinyal input yang mengalir pada rangkaian. Jika rangkaian differensiator ini berfungsi sebagai penguat, maka akan menghasilkan penguat inverting dengan penguatan sebesar 330 kali. Tegangan keluaran (Vout) dari modul ini berupa level tegangan DC yang memenuhi persyaratan untuk diproses lebih lanjut oleh modul pemroses sinyal Arduino Nano melalui pin input analog (A0).
Rumus menghitung kecepatan detak jantung
Kecepatan Detak Jantung = jumlah detak jantung / 60 detik
- LED
Warna | Panjanggelombang [nm] | Material semikonduktor | |
Gallium arsenide (GaAs)Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) | |||
610 < λ < 760 | Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP) | ||
590 < λ < 610 | Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP) | ||
570 < λ < 590 | Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP) | ||
500 < λ < 570 | Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN)Gallium(III) phosphide (GaP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Aluminium gallium phosphide (AlGaP) | ||
450 < λ < 500 | Zinc selenide (ZnSe)Indium gallium nitride (InGaN) | ||
400 < λ < 450 | Indium gallium nitride (InGaN) | ||
multiple types | Dual blue/red LEDs, blue with red phosphor, or white with purple plastic | ||
λ < 400 | Diamond (235 nm) Boron nitride (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN)Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) – (down to 210 nm) | ||
multiple types | Blue with one or two phosphor layers: yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards, or white with pink pigment or dye. | ||
White | Broad spectrum | Blue/UV diode with yellow phosphor |
Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :
Dimana V adalah tegangan, I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.
Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :
Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.
a. Prosedur Percobaan
1. Susunlah semua komponen yang telah disiapkan seperti gambar berikut
2. Sambungkan setiap rangkaian seperti gambar berikut.
3. Jalankan simulasi rangkaian di proteus, pastikan rangkaian dapat berjalan
c.Prinsip Kerja Rangkaian [back]
- Ketika sensor heart beat berlogika 0
Saat logicstate menunjukan angka nol artinya sensor tidak mendeteksi denyut atauu detak jantung, dengan begitu output dikeluarkan akan berlogikakan nol (low) sehingga base transistor yang terhubung dengan sensor heart beat tidak mengalami bias positif, dengan demikian tidak ada arus yang mengalir dari power supply ke relay terus ke kaki kolektor Q1 terus ke kaki emitor Q1 terus ke ground. Akibatnya relay off dan switch tidak berpindah sehingga led dan buzzer tidak menyala.
- Ketika sensor heart beat berlogika 1
Saat logicstate menunjukan angka satu artinya sensor mendeteksi denyut atau detak jantung, dengan begitu output yang dikeluarkan akan berlogikakan satu sehingga base transistor yang terhubung dengan sensor heart beat mengalami bias positif, dengan deemikian ada arus yang mengalir dari power supply ke relay terus ke kaki kolektor Q1 lalu ke kaki emitor Q1 terus ke ground. Akibatnya relay on dan switch berpindah ke kiri sehingga led dan buzzer menyala.
- Ketika sensor heart beat berlogika 0
- Ketika sensor heart beat berlogika 1
d. Video Simulasi [back]
e. Link download [back]
2. Download File Rangkaian Di Sini
3. Download Video Simulasi Di Sini
4. Download File HTML Di Sini
5. Download Library Sensor Heart Beat Di Sini
No comments:
Post a Comment