Aplikasi Pendeteksi Detak Jantung (Sensor heart)

 


 sumber : terinspirasi dari pada sub bab 19.3 pada halaman 873


1. Tujuan [Kembali]
  • Memahami tentang sensor Heart pada penggunaan keamanan di ruangan.
  • Mampu memahami rangkaian.
  • Mampu menggunakan proteus dan mengaplikasikannya.
  • Mengetahui komponen-komponen apa saja yang di perlukan.
    1. Sensor Heart

Spesifikasi heart sensor :
  • Power: 3V to 5V
  • Module Diameter: 16mm
  • Magnification: 330
  • LED Wavelength: 609nm
  • Tokoduino dot com
  • Output: analog pulse level

    2. Operational Amplifier (Op-Amp)

  
    3. Buzzer
    Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara.

    4. Ground
    5. Voltmeter
    6. Resistor
    Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( 1 M: (mega ohm) = 1000 K: (kilo ohm) = 106 :  (ohm)). Kebanyakan rangkaian listrik menggunakan penghantar berupa kawat tembaga, karena tembaga adalah bahan penghantar yang baik. Akan tetapi , sejumlah sambungan pada rangkaian listrik memerlukan tahanan listrik yang lebih besar oleh sebab itu perlu menggunakan tahan atau resistor.
Pada rangkaian proteus, saya menggunakan resistor 3 buah.
    7. Oscilloscope
 

Osiloskop merupakan alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal baik sinyal analog maupun sinyal digital sehingga sinyal-sinyal tersebut dapat dilihat, diukur, dihitung dan dianalisa sesuai dengan bentuk sinyal keluaran yang diharapkan
Spesifikasi : 

Bandwidth (Lebar Pita) – Bandwith menentukan rentang frekuensi yang dapat diukur oleh Osiloskop. Contohnya 100MHz, 20MHz atau 10MHz

Digital atau Analog – Osiloskop dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Osiloskop Analog dan Osiloskop Digital. Osiloskop Analog menggunakan Tegangan yang diukur untuk menggerak berkas elektron dalam tabung gambar untuk menampilkan bentuk gelombang yang diukurnya. Sedangkan Osiloskop Digital menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) untuk mengubah besaran tegangan menjadi besaran digital. Pada umumnya, Osiloskop Analog memiliki lebar pita atau bandwidth yang lebih rendah, fitur lebih sedikit dibandingkan dengan Osiloskop Digital, namun osiloskop Analog memiliki respon yang lebih cepat.

Jumlah Channel (Kanal) – Osiloskop yang dapat membaca lebih dari satu sinyal dalam waktu yang sama dan menampilkannya di layar secara simultan. Kemampuan tersebut tergantung pada jumlah kanal yang dimilikinya. Pada umumnya, Osiloskop yang ditemukan di pasaran memiliki 2 atau 4 kanal.

Sampling Rate – Sampling Rate hanya untuk Osiloskop Digital yaitu berapa kali sinyal itu dibaca dalam satu detik.

Rise Time – Spesifikasi Rise Time pada Osiloskop menunjukan seberapa cepat Osiloskop tersebut mengukur perubahan sinyal naik dari yang terendah ke yang tertinggi.

Maximum Input Voltage –  Setiap peralatan elektronik memiliki batas tegangan Inputnya, tak terkecuali Osiloskop. Jika sinyal melebihi batas tegangan yang ditentukan, Osiloskop tersebut akan menjadi rusak karenanya.

Vertical Sensitivity (Sensitivitas Vertikal) – Nilai Vertical Sensitivity menunjukan kemampuan penguatan vertikal untuk memperkuat sinyal lemah pada Osiloskop. Vertical Sensitivity ini diukur dengan satuan Volt per div.

Time Base – Time Base menunjukan kisaran Sensitivitas pada Horisontal atau Sumbu Waktu. Nilai Time base diukur dengan satuan second  per div.

Input Impedance – Impedansi Input digunakan pada saat pengukuran Frekuensi tinggi. Kita juga dapat menggunakan Probe Osiloskop untuk kompensasi Impedansi yang kurang.

    1. Sensor Heart
     Pulse sensor adalah sensor yang dapat menghitung denyut jantung manusia yang diproduksi oleh fungky corporation. Sensor ini menggunakan infrared dan photodiode. Infrared akan memancarkan sinyal yang menembus kulit pada tangan yang kemudian akan ditangkap oleh photodiode. Konsepnya adalah infrared dan photodiode akan menangkap perubahan volume darah pada jari tangan pada saat jantung memompa darah keseluruh tubuh.dari sinilah data denyut jantung akan didapatkan untuk kemudian diproses.
    Sensor pulse bekerja dengan cara memanfaatkan cahaya. Saat sensor ini diletakkan dipermukaan kulit, sebagian besar cahaya diserap atau dipantulkan oleh organ dan jaringan (kulit, tulang, otot, darah), namun sebagian cahaya akan melewati jaringan tubuh yang cukup tipis. Ketika jantung memompa darah melalui tubuh, dari setiap denyut yang terjadi, timbul gelombang pulsa (jenis seperti gelombang kejut) yang bergerak di sepanjang arteri dan menjalar ke jaringan kapiler di mana sensor pulsa terpasang. Sensor pulsa dirancang untuk mengukur inter beat interval (IBI). IBI adalah selang waktu pada denyut jantung dalam mili detik dengan waktu momen sesaat dari jantung berdetak. BPM berasal setiap detak dari rata-rata setiap 10 kali IBI. Jadi, ketika mikrokontroler Arduino dinyalakan dan berjalan dengan sensor pulsa yang disambungkan ke pin analog 0, terus-menerus (setiap 2ms) membaca nilai sensor berdasarkan denyut jantung yang terukur. Pengukuran denyut nadi bisa menjadi hal yang sangat berguna, Sejak lama dokter telah menggunakan metode pengukuran denyut nadi untuk menentukan stres, relaksasi, tingkat kebugaran fisik, dan kondisi medis . Pada sensor pulse terdapat fitur yaitu sensor bisa bekerja dengan baik pada tegangan 5V dan 3.3V di mikrokontroler. Sensor memiliki ukuran yang kecil sehingga memudahkan dalam penggunaan. Terdapat kode warna kabel dengan terminal male 3 kawat (ground, power, data) konektor standar . 

    2. Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).
Simbol Resistor :






Cara menghitung nilai resistor :
  • Membaca Kode Warna Resistor
  • Membaca Resistor SMD
  • Menggunakan Multimeter Analog/Digital
Rumus :

    
    1. Jika rangkaian seri, maka :
    2. Jika rangkaian paralel, maka :


   
    3. Operational Amplifier (Op-Amp)
Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Simbol :
Karakteristik Op-Amp :
    Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Bentuk Gelombang I/O :
    4. Voltmeter

Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik. Susunannya paralel sesuai dengan lokasi komponen yang diukur. Ada tiga lempengan tembaga yang ada di dalamnya. Semua lempengan itu terpasang pada Bakelit yang sudah terangkai dalam sebuah tabung plastik maupun kaca. Lempengan luarnya dinamakan anode, sedangkan lempengan tengahnya dinamakan katode. Ukuran tabung yang dimaksud biasanya sekitar 15 x 10 cm (tinggi x diameter).

        Tidak jauh berbeda dengan Amperemeter, desain voltmeter juga dibagi menjadi hambatan seri atau multiplier dan juga galvanometer. Kinerja alat ukur ini akan lebih baik dan bisa meningkat jika ditambah dengan multiplier. Dengan penambahan ini, diharapkan kemampuannya bisa bertambah berkali lipat besar daripada sebelumnya. Jika kuat arus dan medan magnet Saling berinteraksi maka akan timbul gaya magnet. Gaya itulah nanti yang akan menggerakkan jarum. Besar kecil penyimpangan jarum akan dipengaruhi oleh arus listrik yang mengalir.

Fungsi Voltmeter.

        Apa itu fungsi dari voltmeter? Voltmeter merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada di suatu rangkaian listrik. Biasanya, ketika Anda akan menggunakan alat ini, Anda akan menemukan tulisan milivolt (mV), voltmeter (V), mikrovolt, dan juga kilovolt (kV). Tahukah Anda? Alat ini memiliki batasan ukuran yaitu nilai maksimum tegangan yang bisa diukur oleh alat itu. Jika pengukuran melebihi batas yang ditentukan, otomatis alat itu akan rusak.

    5. Oscilloscope

Osiloskop adalah alat ukur Elektronik yang dapat memetakan atau memproyeksikan sinyal listrik dan frekuensi menjadi gambar grafik agar dapat dibaca dan mudah dipelajari. Dengan menggunakan Osiloskop, kita dapat mengamati dan menganalisa bentuk gelombang dari sinyal listrik atau frekuensi dalam suatu rangkaian Elektronika. Pada umumnya osiloskop dapat menampilkan grafik Dua Dimensi (2D) dengan waktu pada sumbu X dan tegangan pada sumbu Y. 

        Osiloskop banyak digunakan pada industri-industri seperti penelitian, sains, engineering, medikal dan telekomunikasi. Saat ini, terdapat 2 jenis Osiloskop yaitu Osiloskop Analog yang menggunakan Teknologi CRT (Cathode Ray Tube) untuk menampilkan sinyal listriknya dan Osiloskop Digital yang menggunakan LCD untuk menampilkan sinyal listrik atau gelombang.

Karakteristik Pengukuran Osiloskop

Selain fitur-fitur dasarnya, kebanyakan Osiloskop juga dilengkapi dengan alat pengukuran yang dapat mengukur Frekuensi,   Amplitudo dan karakteristik gelombang sinyal listrik. Secara umum, Osiloskop dapat mengukur karakteristik yang berbasis Waktu (Time) dan juga karakteristik yang berbasis tegangan (Voltage).

Time vs Voltage Osiloskop

Karakteristik Berbasis Waktu (Time)

Frekuensi dan Periode – Frekuensi merupakan jumlah getaran yang dihasilkan selama 1 detik yang dinyatakan dengan Hertz. Sedangkan periode adalah kebalikan dari Frekuensi, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk menempuh 1 kali getaran yang biasanya dilambangkan dengan t dengan satuan detik. Kemampuan Osiloskop dalam mengukur maksimum Frekuensi berbeda-beda tergantung pada tipe osiloskop yang digunakan. Ada yang dapat mengukur 100MHz, ada yang dapat mengukur 20MHz, ada yang hanya dapat mengukur 5MHz.

Duty Cycle (Siklus Kerja) –  Duty Cycle adalah perbandingan waktu ketika sinyal mencapai kondisi ON dan ketika mencapai kondisi OFF dalam satu periode sinyal. Dengan kata lain, Siklus Kerja atau Duty Cycle adalah perbandingan lama kondisi ON dan kondisi OFF suatu sinyal pada setiap periode.

Rise dan Fall Time – Rise Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal rendah ke sinyal tinggi, contoh dari 0V ke 5V. Sedangkan Fall Time adalah waktu perubahan sinyal (durasi) dari sinyal tinggi ke sinyal rendah, contohnya perubahan dari 5V ke 0V. Karakteristik ini sangat penting dalam mengukur respon suatu rangkaian terhadap sinyalnya.

Karakteristik Berbasis Tegangan (Voltage)

Amplitudo –  Amplitudo adalah ukuran besarnya suatu sinyal atau biasanya disebut dengan tingginya puncak gelombang. Terdapat beberapa cara dalam pengukuran Amplitudo yang diantaranya adalah pengukuran dari Puncak tertinggi ke Puncak terendah (Vpp), ada juga yang mengukur salah satu puncaknya saja baik yang tertinggi maupun yang terendah dengan sumbu X atau 0V.

Tegangan Maksimum dan Minimum –  Osiloskop dapat dengan mudah menampilkan Tegangan Maksimum dan Minumum suatu rangkaian Elektronika.

Tegangan Rata-rata –  Osiloskop dapat melakukan perhitungan terhadap tegangan sinyal yang diterimanya dan menampilkan hasil tegangan rata-rata sinyal tersebut.


    a. Prosedur Percobaan

  • Siapkan seluruh alat dan bahan ke library proteus
  • Disini saya akan membuat 2 buah rangkaian heart sensor, yang menggunakan DC-Voltmeter dan Osciloscope
  • Rangkaian pertama kita meggunakan dc voltmeter, ground, dan pwoer
  • Rangkaian kedua kita menggunakan osciloscope, resistor,ground dan power
  • Pada rangkaian pertama kita akan melihat voltmeter berubah ubah dari 0 menjadi 5 setiap detiknya akibat aktifnya sensor
    b. Rangkaian

  • Voltmeter


  • Oscilloscope

    Prinsip Kerja :
    Dalam pengerjaan 2 Rangkaian diatas memiliki 2 prinsip. Untuk gambar pertama, apabila sensornya aktif, maka arus akan berjalan keseluruh rangkaian, dan pada DC Voltmeter akan mendeteksi ddetak jantung tersebut, dia akan berubah menjadi 0 atau akan berubah menjadi 5. Sedangkan rangkaian kedua kita menggunakan osciloscope, dimana disini kita dapat melihat detak jantung seperti alat.




File HTML : Klik Disini...
File Rangkaian Proteus : Klik disini..
File Video Rangkaian : Klik Disini...
Data sheets :
File Library : 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)