Skripsi Annisa R - 5215152154 [PDF]

Citation preview

SKRIPSI Rancang Bangun Alat Pengukur Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3



Annisa Resti Kurniawan 5215152154



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA 2022



HALAMAN JUDUL Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3



Annisa Resti Kurniawan 5215152154



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA 2022



LEMBAR PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa: 1. Skripsi ini merupakan karya asli dan belum pernah diajukan untuk mendapatkan gelar akademik sarjana, baik di Universitas Negeri Jakarta maupun di Perguruan Tinggi lain. 2. Skripsi ini belum dipublikasikan, kecuali secara tertulis dengan kelas dicantumkan sebagai acuan dalam naskah dengan disebutkan nama pengarang dan dicantumkan dalam daftar pustaka. 3. Pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila di kemudian hari terdapat penyimpangan dan ketidak benaran, maka saya bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar yang telah diperoleh, serta sanksi lainnya sesuai dengan norma yang berlaku di Universitas Negeri Jakarta.



Jakarta, ......Januari 2022 Yang membuat pernyataan



Materai Rp. 6.000,00



Annisa Resti Kurniawan No.Reg 5215152154



KATA PENGANTAR



Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang, puji syukur atas kehadirat-Nya yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan proposal penelitian dengan judul “Rancang Bangun Alat Pengukur Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3”



Dalam pembuatan proposal penelitian skripsi ini, penulisan tidak lepas dari bimbingan, bantuan, dan kerja semua pihak. Dengan kerendahan hati penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada:



1. Dr. Baso Marudani, M.T. selaku Koordinator Program Studi Pendidikan Teknik Elektronika. 2. Dr. Muhammad Yusro, M.Pd., M.T., selaku Dosen Pembimbing I. 3. Dr. Wisnu Djatmiko, M.T, selaku Dosen Pembimbing II. 4. Keluarga di rumah yang selalu memberikan semangat serta do’a yang tiada hentinya. 5. Serta semua orang-orang terdekat penulis yang tidak sempat penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata penulis berharap agar penulisan proposal penelitian ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan dapat digunakan sebagaimana mestinya.



Jakarta, 4 Januari 2022 Penulis,



Annisa Resti Kurniawan



ABSTRAK Annisa Resti Kurniawan (5215152154) “Rancang Bangun Alat Pengukur Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3” Skripsi, Jakarta :Program Studi Pendidikan Teknik Elektronika, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta. Juli 2021. Dosen Pembimbing. Dr. Muhammad Yusro, M.Pd, MT., dan Dr. Wisnu Djatmiko, M.T. Diabetes Melitus adalah salah satu penyakit tidak menular yang paling sering terjadi secara global. Penyakit ini menempati urutan keempat penyebab kematian di sebagian besar negara berkembang. Pemeriksaan rutin terhadap glukosa darah juga penting. Biasanya harus melukai tubuh (invasive), membuat orang sulit untuk memeriksa kadar glukosa darahnya. Sehingga mulai dikembangkanlah pengukur kadar glukosa darah secara non-invasive, tanpa melukai tubuh. Tujuan penelitian ini adalah membuat Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3 untuk digunakan untuk pemeriksaan gula darah bagi pengidap Diabetes Melitus. Penelitian ini dilakukan menggunakan metode penelitian dan pengembangan (research and development) yang dikembangkan oleh Brog & Gall. Prinsip dasar yang merupakan karakteristik metode penelitian dan pengembangan 4 tahap Model Brog & Gall, yaitu: tahap analisis, tahap perancangan, tahap pengembangan, tahap pengujian. Pada tugas akhir ini, penulis menggunaan sensor oxymetri Max30100 untuk mengukur kadar glukosa darah berdasarkan kadar oksigen pada pasien. Proyek akhir ini menggunakan prinsip kerja dari photodioda dan infrared serta Led merah yang akan mengalami absorbsi cahaya oleh sifat fisis dari molekul glukosa darah. Kemudian mencari persamaan Linear Regression dari hubungan nilai Rasio tegangan AC dan DC dari red led dan infrared (R) dengan kadar glukosa darah referensi. Hasil penelitian yang dilakukan , bahwa kadar oksigen pada pasien dapat diukur dengan sensor Max30100 dengan ini, melalui persamaan Linear Regression ditemukan nilai R yang beragam yang akan membedakan nilai gula darah pada setiap pasien dengan rata-rata error yang dihasilkan sebesar 0,81%dan rata-rata gula darah pada pasien sebesar 60 mg/dL hingga 132 mg/dLsehingga didapatkan nilai gula darah referensi melalui Clarke Grid Analysis. dari Analisis ini status pasien juga dapat ditentukan sehingga dapat diterapkan penanganan lanjutan oleh tenaga medis sesuai dengan kondisi pasien



Kata-Kata kunci : Diabetes, Non-Invasive, Kadar Gula Darah, Spectroscopy, Metode Linear Regression, Clarke Error Grid Analysis, Arduino Uno, sensor Max30100



ABSTRACT Annisa Resti Kurniawan (5215152154) “Arduino Uno-Based Design and Development of Blood Glucose Measurement tool by Oximetric Sensor” Thesis. Jakarta: Electronic Engineering Education Study Program, Faculty of Engineering, State University of Jakarta, August 2021. Supervisor Dr. Muhammad Yusro, M.Pd., MT and Dr. Wisnu Djatmiko, M.T. Diabetes Melitus is one of non-communicable disease that oftenly occurs globally. This disease currently being fourth rank of Most Deadful Disease in the world that leading cause of death in most developing countries. Regular blood glucose checks are also important. Usually have to injure the body (invasive), making it difficult for people to check their blood glucose levels. Thus, a non-invasive blood glucose meter has been developed, without injuring the body. The purpose of this research is to make a Blood Sugar Detector Using Oxymeter MAX30100 Based on Arduino R3 Microcontroller to be used for checking blood sugar for people with Diabetes Mellitus. This research was conducted using the research and development method developed by Brog & Gall. The basic principle that is characteristic of the research and development method is the 4-stage Brog & Gall Model, namely: the analysis stage, the design stage, the development stage, and the testing stage. In this final project, the author uses the Max30100 oximetry sensor to measure blood glucose levels based on oxygen levels in patients. This final project uses the working principle of photodiode and infrared as well as red LEDs which will experience light absorption by the physical properties of blood glucose molecules. Then look for the Linear Regression equation from the relationship between the AC and DC voltage ratios of the red led and infrared (R) with reference blood glucose levels. The results of the research , that oxygen levels in patients can be measured with the Max30100 sensor with this, through the Linear Regression equation found various R values ​that will distinguish the blood sugar value in each patient with an average oxygen level out of 0,81 and average Blood Glucose range 60 mg/dL to 132 mg/dL so that the reference blood sugar value obtained through Clarke Grid Analysis. From this analysis, the patient's status can also be determined so that further treatment can be applied by medical personnel according to the patient's condition



Keywords: Diabetes, Non-Invasive, Blood Glucose, Spectroscopy, Linear



Regression,Clarke Error Grid Analysis, Arduino. Max30100 Sensors



DAFTAR ISI



SKRIPSI



1



HALAMAN JUDUL



2



LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI



Error! Bookmark not defined.



LEMBAR PERNYATAAN



3



KATA PENGANTAR



5



ABSTRAK



6



ABSTRACT



7



DAFTAR ISI



7



DAFTAR GAMBAR



12



DAFTAR TABEL



13



DAFTAR LAMPIRAN



14



BAB I PENDAHULUAN



15



1.1



Latar Belakang Masalah



15



1.2



Identifikasi Masalah



18



1.3



Pembatasan Masalah



18



1.4



Perumusan Masalah



19



1.5



Tujuan Penelitian



19



1.6



Manfaat Penelitian



19



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



20



2.1



Landasan Teori



20



2.1.1



Diabetes Melitus



20



2.1.2



Glukosa



24



2.1.3



Pengukuran Glukosa



25



2.1.4



Nilai Kadar Glukosa Darah



27



2.1.5



Metode Pemeriksaan Kadar Glukosa Darah



30



2.1.6



Metode Pengukuran



30



2.1.7



Darah



30



2.1.8



Oksigen



31



2.1.9



Saturasi Oksigen



31



2.1.10



Arduino IDE



32



2.1.11



Spektroskopi



36



2.1.12



Hukum Beel-Lambert



36



2.1.13



Perangkat Masukan



37



2.1.14



Penyerapan Cahaya oleh Hemoglobin pada Sensor Max30100



41



2.2



Penelitian yang Relevan



45



2.3



Kerangka Berpikir



46



2.3.1



Diagram Blok



46



2.3.2



Diagram Alir Sistem



47



BAB III METODOLOGI PENELITIAN



49



3.1



Tempat dan Waktu Penelitian



49



3.2



Alat dan Bahan Penelitian



49



3.3



Diagram Alir Penelitian



50



3.4



Teknik dan Prosedur Pengumpulan Data



54



3.4.1



Perancangan Perangkat Keras



54



3.4.2



Perancangan Perangkat Lunak



54



3.4.3



Pengujian Perangkat Keras dan Perangkat Lunak



54



3.4.4



Implementasi Sistem



57



3.4.5



Perancangan Perangkat Keras



57



3.4.6



Menentukan Sistem Kendali



57



3.4.7



Menentukan Sensor Pendeteksi Gula Darah



60



3.4.8



Pembuatan Maket Alat



63



3.4.9



Perancangan Perangkat Lunak



65



3.4.10



Arduino IDE



66



3.5



Teknik dan Prosedur Pengumpulan Data



48



3.5.1



Teknik Analisis Data



48



3.5.2



Pengujian Liquid Crystal Display ( LCD )



48



3.5.3



Pengujian Sensor Max30100



49



3.5.4



Pengujian Sensor Max30100 Terhadap R



51



3.5.5



Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap Rutinitas Sehari hari



53



3.5.6



Pengujian Sensor MAX30100 Sebagai Pendeteksi Saturasi Oksigen



3.5.7



(SpO2)



54



Pengujian Metode Regresi terhadap data Sample



55



BAB IV HASIL PENELITIAN



57



4.1



Deskripsi Hasil Penelitian



57



4.1.1



Prinsip Kerja



58



4.1.2



Langkah Penggunaan



58



4.1.3



Kekurangan Alat



59



4.2



Analisis Hasil Penelitian



59



4.2.1



Hasil Pengujian LCD



60



4.2.2



Hasil Pengujian Sensor Max30100



64



4.2.3



Pengujian Sensor Max30100 Terhadap R



66



4.2.4



Hasil Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap Kadar Gula Darah



71



4.2.5



Hasil Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap Kadar Oksigen



84



4.2.6



Pengujian Metode Regresi Terhadap Data Sample



89



4.2.7



Metode Clarke Error Grid Analysis



92



4.3



Pembahasan



95



4.3.1



Kinerja Rangkaian Regulator



95



4.3.2



Kinerja Rangkaian Sensor Max30100



96



4.3.3



Pembacaan Nilai Gula Darah Dengan formula Linier Regression



96



4.3.4



Analisis EGA (Error Clark Grid Analysis)



97



4.4



Aplikasi Hasil Penelitian



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1



Kesimpulan



5.2



Saran



98 99 99 100



DAFTAR PUSTAKA



101



LAMPIRAN



103



DAFTAR RIWAYAT HIDUP



119



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2. 1 Grafik Gula Darah



21



Gambar 2. 2 Continuous glucose monitoring



26



Gambar 2. 3 Tampilan Arduino IDE



32



Gambar 2. 4 Pin Analog pada Arduino



33



Gambar 2. 5 Sensor MAX30100 seri GY-Max30100



38



Gambar 2. 6 Grafik perbedaan hemoglobin terhadap cahaya



41



Gambar 2. 7 Diagram Blok Alat



46



Gambar 2. 8 Diagram Alir Sistem



48



Gambar 3. 1 Diagram Alir Educational Research Penelitian Borg & Gall………..50 Gambar 3. 2 Diagram Alir Penelitian yang Akan Dilaksanakan



51



Gambar 3. 3Diagram Alir Penelitian



53



Gambar 3. 4 Arduino UNO R3



59



Gambar 3. 5 Rancangan Probe sensor alat ukur kadar gula darah Error! Bookmark not defined. Gambar 3. 6 Desain Maket Tampak Depan



63



Gambar 3. 7 Desain Maket Tampak Samping



63



Gambar 3. 8 Desain Maket Tampak Atas



65



DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Kadar Gula Darah (refrensi)



28



Tabel 2. 2 Kadar Gula Darah Menurut WHO



29



Tabel 3. 1 Konfigurasi Pin Masukkan……………………..………………………65 Tabel 3. 2 Arduino IDE



67



Tabel 3. 3 Pengujian pada I2C LCD



49



Tabel 3. 4 Pengujian Sensor MAX30100 sebagai Pendeteksi Gula Darah Terhadap Catu Daya Sensor (GDP)



50



Tabel 3. 5 Pengujian Sensor MAX30100 sebagai Pendeteksi Gula Darah Terhadap Catu Daya Sensor (GDPP)



50



Tabel 3. 6 Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap nilai R pada Gula darah puasa (GDP)



51



Tabel 3. 7 pengujian Sensor Max30100 Terhadap (GDP)



53



Tabel 3. 8 pengujian Sensor Max30100 Terhadap



53



Tabel 3. 9 pengujian Sensor Max30100 Terhadap Oksigen GDP



54



Tabel 3. 10 pengujian Sensor Max30100 Terhadap Oksigen GDPP



Error!



Bookmark not defined. Tabel 3. 11 Pengujian Metode Regresi Linier terhadap Data Sampel Gula Darah Puasa (GDP)



55



Tabel 3. 12 Pengujian Metode Regresi Linier terhadap Data Sampel Gula Darah Setelah Makan (GDPP) Tabel 3. 13 Pengujian Metode Regresi



55 Error! Bookmark not defined.



Tabel 4. 1 Hasil Pengukuran Pada I2C LCD



61



Tabel 4. 2 Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap Catu Daya Sensor (GDP)



64



Tabel 4. 4 Pengujian Sensor MAX30100



67



Tabel 4. 5 Tabel 4. 6 Pengujian Sensor MAX30100



69



Tabel 4. 7 Hasil Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap (GDP)



71



Tabel 4. 8 Hasil Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap (GDPP)



77



Tabel 4. 9 Hasil Pengujian Sensor MAX30100 untuk mengukur kadar oksigen Terhadap Oksigen waktu pagi



Error! Bookmark not defined.



Tabel 4. 10 Hasil Pengujian Sensor MAX30100 untuk mengukur kadar oksigen waktu setelah makan siang



Error! Bookmark not defined.



Tabel 4. 11 Metode Regresi Terhadap Data Sample Error! Bookmark not defined.



DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Dokumentasi dan Tampilan Interface



103



Lampiran 2 skematik rangkaian



104



Lampiran 3 Desain Capit Sensor Max30100



105



Lampiran 4. Program Keseluruhan Alat…………………………………...……. 107



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Masalah Diabetes Mellitus (DM) merupakan gangguan penyakit gangguan metabolic



menahun akibat pancreas tidak memproduksi cukup insulin atau tubuh tidak dapat menggunakan insulin yang di produksi secara efektif. Insulin adalah hormon yang mengatur keseimbangan kadar gula darah. Akibatnya terjadi peningkatan konsentrasi glukosa di dalam darah (hiperglikemia) (Kemenkes RI 2014). Diabetes melitus adalah salah satu penyakit tidak menular yang paling sering terjadi secara global. Penyakit ini menempati urutan keempat penyebab kematian di sebagian besar negara berkembang. Hal ini menjadi bukti penting bahwa penyakit diabetes adalah epidemik di beberapa negara berkembang dan negara indutrialisasi baru (International Diabetes Federation, 2006). Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) menyatakan, pada tahun 2013 sebanyak 80% penderita diabetes mellitus di dunia berasal dari negara berkembang salah satunya adalah Indonesia. (Rahayu et al, Alat Pengukur Kadar Gula Darah (Glukometer) adalah



alat yang digunakan untuk mengukur kadar gula darah manusia terutama digunakan oleh penderita Diabetes Mellitus. Kadar gula darah merupakan zat yang berguna untuk dibakar agar mendapatkan energi. Pengukuran nilai kadar gula darah dengan menggunakan alat glukometer sangat penting dilakukan terutama untuk penderita Diabetes Mellitus agar mencegah sedini



mungkin untuk



menghindari komplikasi yang semakin parah. Untuk pengukuran kadar glukosa dalam darah yang saat ini dilakukan rata-rata adalah dengan menggunakan teknik invasive atau dengan cara mengambil sample darah pada pasien kemudian diproses dengan alat. Hal ini yang terkadang membuat penderita malas untuk melakukan pengecekan kadar glukosa dalam darah secara berkala. (Aulia,2018)



Banyak laporan tentang terjadinya infeksi yang diakibatkan oleh penyuntikan. Infeksi terjadi karena penderita DM tidak bisa memproduksi insulin dalam tubuhnya. Insulin sangat penting dalam penyerapan dan pengolahan glukosa dalam sel-sel tubuh untuk menghasilkan energi. Kekurangan energi pada bagian luka atau sel yang rusak akan menyebabkan penyembuhan yang lama bahkan infeksi (John, 2011). Sebagai alternatif, pendekatan untuk mengukur konsentrasi glukosa dalam cairan tubuh termasuk urine, air liur,cairan air mata, bahkan deteksi optik atau metode pemindaian optik untuk diagnosis non- invasive (pendiagnosaan penyakit tanpa melukai tubuh pasien) penyakit diabetes. Sebelumnya pernah dibuat Alat Pengukur Kadar Glukosa Darah Secara Non-Invasive oleh Rista Dwi, dkk. dengan judul Rancang Bangun Alat Pengukur Kadar Glukosa Darah Secara Non-Invasive Menggunakan



Sensor



Oxymetri



(2019) alat ini menggunakan Sensor Oxymetri Max30100 membaca kadar oksigen dalam darah (SPO2) dan menghitung heart rate (bpm) kekurangan penelitian ini pada persamaan yang dipakai yaitu Log Linier Regression yang tidak bisa digeneralisasi untuk kasus serupa dengan data yang berbeda dan pada hasil akhir dari Clarke Error Grid Analysis menunjukkan bahwa kadar gluksoa prediksi belum memiliki keakuratan signifikan untuk dilakukan diagnosa



dan oleh Sangkot Riana yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Berbasis Arduino Uno (2019) Alat ini bekerja dengan memanfaatkan sinar LED dan fotodioda yang dimana menggunakan LED hijau. Kemudian dari masukan LED hijau dan fotodioda akan diteruskan oleh pengkondisi sinyal yang terdiri atas rangkaian low pass filter, high pass flter, buffer dan peak detector yang menggunakan arduino uno. . kekurangan penelitian ini terdapat pada sensor yang dipakai yang harus memerlukan rangkaian pengolah sinyal yang cukup banyak dan kurang terintegrasi.



Lalu penelitian oleh Putra Gunawan dengan judul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Non-Invasive Berbasis Mikrokontroler Atmega 328p Dengan Mengukur Tingkat Kekeruhan Spesimen Urine Menggunakan Paket Sensor Photodiode Dan Light Emiting Diode (2015) Perancangan sistem alat dalam penelitian ini menggunakan urin sebagai spesimen untuk menentukan tingkat gula darah. Perancangan sistem ini bekerja dengan mengukur tingkat warna dan kekeruhan dari spesimen urin dicampur dengan Benedict dan menggunakan paket sensor yang terdiri dari 3 fotodioda (P1, P2, P3) dan tiga LED (merah, hijau, biru) dengan mikrokontroler sebagai unit kontrol. Nilai sensor diterima oleh alat ukur dalam bentuk RGB Sedangkan untuk pengukuran Gula Darah secara non-invasive lainnya adalah penelitian Alat Pengukur Kadar Gula Darah Non-Invasive Berdasarkan Perbedaan Suhu Tragus Dan Antihelix oleh Mochammad Nurudin (2019) menggunakan sensor suhu PT100 untuk pengukuran suhu pada titik tragus dan antihelix di telinga, kemudian diproses oleh mikrokontroler Arduino hingga terdapat hasil nilai glukosa darah yang selanjutnya ditampilkan pada Display LCD dilakukan dengan mengkonversi nilai perbedaan suhu tragus dan antihelix yang kemudian dibandingkan dengan nilai glukosa darah referensi, suhu referensi, dan HbA1c normal. Pada modul ini sensor suhu PT100 digunakan untuk pengukuran suhu pada titik tragus dan antihelix di telinga.



Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka tujuan dari penelitian ini adalah Merancang, membuat, dan Mengukur Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3 menggunakan Perangkat Masukan sensor Max30100 dengan seri terbaru dan mengembangkannya dengan bentuk model Fingertip Sensor agar pembacaan sensor lebih maksimal dan penyebaran cahaya lebih merata.



1.2



Identifikasi Masalah Dari uraian latar belakang tersebut maka dapat diidentifikasikan masalah



sebagai berikut: 1. Kalibrasi Sensor pengukur gula darah belum terlalu matang sehingga belum bisa mendapatkan hasil gula darah yang akurat 2. Bagaimana proses sinkronisasi dan kalibrasi data hasil pengukuran kadar gula darah secara Non-Invasive 3. Pengukuran kadar gula darah umumnya dilakukan secara invasive (melukai bagian tubuh) sehingga menyebabkan iritasi pada pasien



1.3 Pembatasan Masalah Adapun batasan masala pada penelitian sebagai berikut: 1. Sistem Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler sebagai pemrosesnya 2. Alat ini hanya mengukur kadar gula darah (Mg/dL) pada manusia 3. Sensor yang dirancang dalam penelitian ini menggunakan Finger Sensor SpO2 seri MAX30100 yang telah dimodifikasi 4. Nilai Glukosa merupakan Nilai Glukosa Prediksi (GDP) yang didapatkan dari rumus Regresi Linier 5. Nilai keluaran yang dihasilkan ditampilkan di LCD saja



1.4



Perumusan Masalah Berdasarkan



latar



belakang



masalah,



identifikasi masalah,



serta



pembatasan masalah, maka dapat dirumuskan masalah dalam penelitian yaitu “Bagaimana merancang, membuat, dan menguji Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3?”



1.5



Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah :



1.



Merancang bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3untuk membantu pasien dalam melakukan tes gula darah secara non-invasive yaitu pemeriksaan gula darah yg dilakukan secara tidak langsung sehingga tidak terifeksi



2.



Membuat Alat Pendeteksi Gula Darah sesuai dengan metode Pengukuran non Invasive



3.



Menguji Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3



1.6



Manfaat Penelitian



Diharapkan penelitian ini dapat Memudahkan Pasien dalam pengontrolan gula darah secara otomatis dan non-Invasive dan Mengurangi resiko terjadinya infeksi atau luka yang disebabkan alat ukur gula darah konvensional



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1



Landasan Teori Pada bagian bab ini akan dipaparkan teori-teori dalam melakukan



perancangan dan pembuatan Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter MAX30100 yang akan dirancang. Bab ini bertujuan untuk mempermudah penyusun dalam melakukan perancangan sistem yang akan dilakukan. 2.1.1



Diabetes Melitus Diabetes Melitus (DM) atau disebut diabetes saja merupakan penyakit



gangguan metabolik menahun akibat pankreas tidak memproduksi cukup insulin atau tubuh tidak dapat menggunakan insulin yang diproduksi secara efektif. Insulin adalah hormon yang mengatur keseimbangan kadar gula darah. Akibatnya terjadi peningkatan konsentrasi glukosa di dalam darah (hiperglikemia). Toleransi Glukosa Tergantung (TGT) atau Impaired Glucose Tolerance (IGT) dan Glukosa Darah Puasa (GDP) terganggu atau Impaired Fasting Glycaemia (IFG) merupakan kondisi transisi antara normal dan diabetes. Orang dengan IGT atau IFG berisiko tinggi berkembang menjadi diabetes tipe 2. Dengan penurunan berat badan dan perubahan gaya hidup, perkembangan menjadi diabetes dapat dicegah atau ditunda. (Kementrian Kesehatan RI, 2014)



2.1.1.1 Klasifikasi Diabetes Mellitus Secara umum Diabetes Mellitus dibagi menjadi 3 tipe, yaitu :



a.



Diabetes Tipe 1 (IDDM-Insulin Dependent Diabetes Mellitus) Pada beberapa penelitian disebutkan bahwa antara Diabetes Mellitus tipe 1



dengan HLA- DR3 dan HLA-DR4. Diabetes Mellitus tipe 2 dapat menjadi Diabetes Mellitus tipe1 apabila penderita Diabetes Mellitus tipe 2 tersebut tidak dapat lagi memberi respon pada pemberian obat- obatan oral, tidak dapat lagi dirangsang peningkatan produksi insulin oleh sel β pankreas (Dalimunthe, 2004).



Tipe 1 ini adalah jenis diabetes yang tidak begitu umum hanya kira-kira 10-20% dari semua penderita diabetes yang mengidap IDDM. Tipe diabetes seperti ini bermula pada masa kanak-kanak atau remaja.



b. Diabetes Mellitus Tipe 2 (NIDDM-Non Insulin Dependent Diabetes Mellitus). Diabetes Tipe 2 sangat sering terjadi pada orang dewasa yang kelebihan berat badan yang telah berumur lebih dari 40 tahun. Pada diabetes tipe 2, kelenjar masih memproduksi sejumlah insulin.Pada beberapa kasus, tubuh tidak memproduksi cukup insulin. Pada kasus lain, mungkin tubuh memproduksi cukup insulin, tetapi insulin itu menjadi tidak efektif oleh karena penerima insulin sel- sel tubuh macet. (Johnson,1998). Pada Gambar 2.1 menunjukan naik turunnya gula darah pada penderita diabetes yang di beri insulin dan pada orang normal. Grafik naik turunnya warna hitam menunjukan naik turunnya orang yang menderita diabetes, sedangkan garis warna ungu menunjukan naik turunnya gula darah pada orang normal. kedunya memang naik turun seiring dengan waktu, akan tetapi pada orang normal lonjakan gula darahnya tidak drastis seperti orang yang menderita diabetes.



Kotak putih adalah waktu pada kedunya makan, sedangkan bulatan warna hitam adalah saat penderita diabetes di suntik dengan insulin.Grafik naik turunnya warna hitam menunjukan naik turunnya orang yang menderita diabetes, sedangkan garis warna ungu menunjukan naik turunnya gula darah pada orang normal. kedunya memang naik turun seiring dengan waktu, akan tetapi pada orang normal lonjakan gula darahnya tidak drastis seperti orang yang menderita diabetes.



c. Diabetes Gestasional (kehamilan)



Diabetes ini hanya terjadi pada saat kehamilan dan menjadi normal kembali setelah persalinan, artinya kondisi diabetes atau intoleransi glukosa yang didapat selama kehamilan biasanya pada trismester dua atau tiga.



2.1.1.2 Determinan Diabetes Mellitus Banyak orang mempunyai gaya hidup seperti jarang melakukan aktifitas fisik atau latihan jasmani, makan terlalu banyak makanan yang mengandung lemak dan



gula, serta terlalu sedikit makanan yang



mengandung serat



dan



tepung-tepungan. Gaya hidup seperti tadi dapat menjadi penyebab utama tercetusnya diabetes (Soegondo, 2008). Menurut dr. Marianti Resiko yang lebih besar mendapatkan diabetes adalah apabila : 1. Faktor keturunan jika mempunyai saudara, orangtua atau kakek dan nenek dengan diabetes 2. Berumur 45 tahun atau lebih



3. Berat badan lebih atau obesitas



4. Glukosa darah puasa atau sesudah makan melebihi batas-batas normal (prediabetes atau toleransi glukosa terganggu)



5. Tekanan darah tinggi yaitu lebih besar dari 130/85



6. Kolestrol tinggi jika LDL kolestrol >130 mg/dL atau kolestrol total 200 mg/dL 7. Kadar Hemoglobin yang Rendah 8. Melahirkan bayi dengan berat badan lebih dari 4 kilogram 9. Pernah Mengalami Diabetes Gestasional 10. Gagal Ginjal Kadar gula darah yang tinggi dan terus menerus dapat menyebabkan suatu keadaan gangguan pada berbagai organ tubuh. Akibat keracunan yang menetap ini, timbul perubahanperubahan pada organ-organ tubuh sehingga timbul berbagai komplikasi. Jadi komplikasi umumnya timbul pada semua penderita baik dalam derajat ringan atau berat setelah penyakit berjalan 10-15 tahun (Darmono, 2007) Salah satu dari sekian banyak faktor resiko penyakit yang dapat ditimbulkan oleh Diabetes Melitus adalah gagal ginjal hal ini dikarenakan kadar gula dalam darah yang tinggi membuat ginjal bekerja lebih keras untuk menyaring darah, sehingga mengakibatkan kebocoran pada ginjal. Pada awalnya, kebocoran protein albumin yang dikeluarkan melalui urin dialami oleh penderita, selanjutnya berkembang dan menyebabkan fungsi penyaringan ginjal menurun (Cahyaningsih, 2011). Pada saat itu, tubuh akan mendapatkan banyak limbah karena menurunnya fungsi, ketika terjadi penurunan fungsi pada ginjal maka akan berpengaruh pada pembentukan



eritropoietin



sebagai



pembentuk



Hemoglobin



dan



bisa



menyebabkan penurunan kadar hemoglobin didalam tubuh (Darmono, 2007). Anemia hampir selalu di temukan pada penderita gangguan ginjal, yaitu kurangnya sel darah merah dan kurangnya zat besi. Sel darah merah mengandung protein yang bernama hemoglobin, dan setiap hemoglobin memiliki 4 atom zat besi. Hemoglobin dalam keadaan normal mengandung kira ± kira dua gram zat besi (Jansen,2010).



Hemoglobin merupakan parameter anemia yang umum tetapi kurang sensitif untuk penetapan status besi pada penderita gangguan ginjal. Kadar hemoglobin menurun pada penderita gangguan ginjal di sebabkan oleh menurunnya kadar eritropoietin/EPO, hormon yang di hasilkan oleh ginjal sehat untuk memproduksi sel darah merah. Apabila tubuh kekurangan kadar oksigen maka ginjal yang sehat akan melepas hormon eritropoietin yang akan merangsang sumsum tulang belakang untuk memproduksi lebih bnyak sel darah merah (Jansen,2010).



Akibat dari penurunan kadar Hb yang berfungsi sebagai media transportasi nutrisi dan oksigen ke seluruh tubuh mengakibatkan penderita DM tipe 2.



2.1.2



Glukosa Di dalam darah terdapat zat glukosa, glukosa ini berguna untuk



dibakar agar mendapatkan energi. Sebagian glukosa yang ada dalam darah adalah hasil penyerapan dari usus dan sebagian lagi dari hasil pemecahan simpanan energi dalam jaringan (Sugiyarti, 2016). Glukosa, fruktosa dan galaktosa masuk melalui dinding usus halus ke dalam aliran darah. Fruktosa dan galaktosa akan diubah dalam tubuh menjadi glukosa. Glukosa



merupakan hasil akhir dari pencernaan dan



diabsorbsi secara keseluruhan sebagai karbohidrat. Kadar glukosa dalam darah bervariasi dengann daya penyerapan, akan menjadi lebih tinggi setelah makan dan akan menjadi turun bila tidak ada makanan yang masuk selama beberapa jam. Glikogen dapat lewat dengan bebas keluar dan masuk ke dalam sel



dimana glukosa dapat digunakan semata-mata sebagai sumber energi.



Glukosa disimpan sebagai glikogen di dalam sel hati oleh insulin (suatu hormon yang disekresi oleh pankreas). Glikogen akan diubah kembali menjadi glukosa oleh aksi dari glukogen (hormon lain yang disekresi oleh pankreas) dan adrenalin



yaitu



(Sugiyarti, 2016).



suatu



hormon



yang



disekresi



oleh kelenjar adrenalin



2.1.3 Pengukuran Glukosa Untuk memastikan bahwa tingkat glukosa selalu dalam kisaran normal, pemantauan terus menerus dari kadar glukosa diperlukan. Pengukuran glukosa darah dikategorikan menjadi tiga teknik; invasif, minimal invasif, dan non-invasive



2.1.3.1 Teknik Invasif Teknik invasif di perangkat pengukuran glukosa banyak digunakan karena memiliki akurasi pengukuran yang tinggi. Teknik invasif yang paling umum digunakan adalah tusukan jari di mana darah diambil dari jari dengan menggunakan lancet (kecil, jarum yang tajam) untuk menarik sampel darah. Sampel darah dijatuhkan pada strip tes dan ditempatkan dalam glucometer akan menampilkan



tingkat



glukosa



darah.



Beberapa



praktek



yang



umum



memungkinkan ekstraksi darah diperoleh dari situs lain dari tubuh seperti lengan atas, lengan bawah, pangkal ibu jari dan paha. Namun pembacaan kadar glukosa darah mungkin berbeda-beda dibandingkan dengan pembacaan yang diperoleh dari ujung jari (Tuchin, 2008). Untuk pemantauan glukosa darah terus menerus, beberapa menusuk jari yang tidak diinginkan seperti yang menyakitkan dan memiliki risiko yang lebih tinggi dari infeksi. Untuk mengurangi rasa sakit dan risiko infeksi, teknik alternatif diperkenalkan, dikenal sebagai pengukuran glukosa darah minimal invasif. 2.1.3.2 Teknik Minimal Invasif Teknik Minimal Invasif pertama kali diperkenalkan oleh Schichiri (1985) dengan perkembangan subkutan implan jarum-jenis elektroda. Yang digunakan teknik implantasi subkutan mampu menghindari masalah infeksi seperti septikemia, fouling dengan pembekuan darah, dan emboli (Shichiri, 1982) Mereka telah merancang sebuah sensor glukosa dengan jarum halus, atau kawat fleksibel dan elemen penginderaan aktif diimplementasikan di ujung dan ditanamkan dalam jaringan subkutan. Saat ini, ada berbagai jenis sistem pemantauan glukosa kontinyu yang telah dikomersialkan. Contoh sistem tersebut mungkin menggunakan deteksi elektrokimia atau dan deteksi optik oksidase



glukosa untuk mengukur glukosa dalam darah (Kurniawan, 2018) Medtronic Inc MiniMed telah memperkenalkan sistem pemantauan glukosa terus menerus terbaru, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 yang menggunakan deteksi elektrokimia glukosa dalam darah. Untuk mengukur kadar glukosa dalam cairan jaringan, sensor glukosa dalam bentuk elektroda kecil dimasukkan di bawah kulit dan terhubung ke pemancar (Medtronic, 2018)



Meskipun teknik minimal invasif membantu mengurangi rasa sakit dan risiko infeksi, masih tidak diinginkan untuk beberapa pasien diabetes karena masih melibatkan kontak langsung dengan jaringan. Selain itu, pengukuran yang kadang-kadang tidak akurat karena kebisingan dan artefak dihasilkan dari gerakan pasien dan reaksi antara elektroda dan reaktan lainnya dalam darah (Vashist, 2012)



2.1.3.3 Teknik Non-Invasif Alasan utama untuk upaya mengembangkan penelitian di bidang pengukuran glukosa darah non-invasive adalah karena pada bidang inilah satu-satunya cara untuk mengembangkan sistem pemantauan kadar glukosa tanpa merasasakan sakit akan jarum sedikitpun. Alih- alih penggalian darah, cairan lain seperti air liur, keringat, urin, atau air mata dapat digunakan sebagai alternatif untuk mengukur konsentrasi glukosa. Selain itu, kadar glukosa juga dapat diukur melalui pengukuran langsung dari jaringan tubuh seperti, kulit, lidah, humor berair mata dan mukosa mulut. (Amaral et al, 2008)



2.1.4



Nilai Kadar Glukosa Darah Kadar glukosa terendah biasanya pada pagi hari, sebelum makan



pertama dan akan meningkat beberapa mmol setelah makan dalam waktu satu atau dua jam.Kadar gula darah di luar rentang normal dapat dijadikan indikator kondisi medis. Keadaan dimana kadar gula darah yang tinggi atau melebihi batas kadar gula darah normal disebut hiperglikemia, sebaliknya apabila kadar gula darah rendah disebut hipoglikemia. Penyakit yang dapat disebabkan akibat kadar gula darah (Rosemary, 2006).



yang tinggi disebut diabetes mellitus



Tabel 2. 1 Kadar Gula Darah (refrensi) mmol/L



mg/dL



Interpertasi



2,0



35



Sangat rendah



3,0



55



Rendah



4,0



75



Agak rendah



4,4



80



Normal



5,5



100



Normal



5,6



90-100



Normal sebelum makan untuk non-diabetic



8,0



150



Normal setelah makan untuk non-diabetic



10,0



180



Maksimal setelah makan untuk non-diabetic



15,0



270



Sedikit tinggi ke agak tinggi tergantung pada Pasien



20,0



360



Sangat tinggi



22,0



400



Maksimal (maksimal untuk beberapa test meter)



33,0



600



Bahaya tinggi



Tingkat gula darah normal (diuji pada saat puasa) untuk non penderita diabetes antara 75-100 mg/dL. Kadar gula darah normal pada manusia rata-rata yaitu sekitar 5,5 mmol/L atau 100 mg/dL, tetapi kadar gula darah ini berfluktuasi setiap hari. Kadar gula darah non penderita diabetes dan diuji pada saat tidak berpuasa yaitu harus di bawah 125 mg/dL (Glucose blood, National Institute of Health).



Tabel 2. 2 Kadar Gula Darah Menurut WHO



(Sumber : World Health Organization WHO 2005)



IGT oleh WHO didefinisikan sebagai kondisi dimana seseorang mempunyai resiko tinggi untuk terjangkit diabetes walaupun ada kasus yang menunjukkan kadar gula darah dapat kembali ke keadaan normal. Seseorang yang kadar gula darahnya termasuk dalam kategori IGT juga mempunyai resiko terkena penyakit jantung dan pembuluh darah yang sering mengiringi penderita diabetes. Kondisi IGT ini menurut para ahli terjadi karena adanya kerusakan dari produksi hormon insulin dan terjadinya kekebalan jaringan otot terhadap insulin yang diproduksi (Randhika, 2012). Batas bawah untuk IFG tidak berubah untuk pengukuran gula darah puasa yaitu 6,1 mmol/L atau 110 mg/dL. IFG sendiri mempunyai kedudukan hampir sama dengan IGT. Bukan entitas penyakit akan tetapi sebuah kondisi



dimana tubuh tidak dapat terdapatnya gangguan



memproduksi



insulin



secara



optimal



dan



mekanisme penekanan pengeluaran gula dari hati ke



dalam darah (Randhika, 2012).



2.1.5



Metode Pemeriksaan Kadar Glukosa Darah Macam-macam pemeriksaan glukosa darah adalah sebagai berikut :



1.) Glukosa darah sewaktu



Pemeriksaan glukosa darah yang dilakukan setiap waktu sepanjang hari tanpa memperhatikan makanan terakhir yang dimakan dan kondisi tubuh orang tersebut (Depkes RI, 1999). 2.) Glukosa darah puasa dan 2 jam setelah makan



Pemeriksaan glukosa darah puasa adalah pemeriksaan glukosa yang dilakukan setelah pasien berpuasa selama 8-10 jam, sedangkan pemeriksaan glukosa



2



jam setelah makan adalah pemeriksaan yang ilakukan 2 jam



dihitung setelah pasien menyelesaikan makan (DepkesRI, 1999). 2.1.6



Metode Pengukuran Metode pengukuran yang di gunakan adalah mengukur nilai perbandingan



tegangan AC dan DC milik Infrared Led dan Red Led. Untuk mendapatkan nilai R adalah dengan mengolah data SPO2 yang telah terbaca oleh mikrokontroler Adapun pengolah nilai R dengan rumus seperti pada persamaan 1. 𝑅=



110−𝑆𝑝𝑜 25



............................................... (1)



Persamaan tersebut menggambarkan hubungan linier antara nilai R dan kadar glukosa darah. Dimana dengan adanya persamaan Linier Regression maka akan didapatkan kadar glukosa darah prediksi. 2.1.7 Darah Darah merupakan salah satu jaringan tubuh dalam sistem pembuluh darah



yang sebenarnya tertutup. Darah dibagi dalam dua fungsi yaitu fungsi respirasi dan fungsi gizi. Fungsi respirasi yaitu sebagai pengangkut oksigen (O2) dan karbon dioksida (CO2). Dalam satu sel darah terdiri dari hemoglobin, eritrosit, hematrosit, retikulosit, laju endap darah, trombosit, dan leukosit (Biokimia, Endah, & Hendarmin, n.d.)



2.1.8



Oksigen Respirasi eksternal meliputi pertukaran udara antara atmosfir dan



paru-paru. Pertukaran oksigen dan carbon dioksida antara paru-paru dan darah,pengangkutan oksigen dan karbondioksida oleh darah dan pertukaran gas antara darah dan sel-sel jaringan. 1,2 Oksigen diangkut oleh darah sebagian besar (sekitar 97%) dalam bentuk terikat dengan hemoglobin,dan sisanya dalam bentuk terlarut dalam plasma (Fikri & Ganda, 2005) 2.1.9



Saturasi Oksigen Oksigen terikat pada sisi heme dari hemoglobin.Persentasi sisi heme



hemoglobin yang mengikatoksigen disebut saturasi oksigen (SaO2).Bagian hemedari molekul hemoglobin mampu mengikat empatmolekul oksigen. Saturasi oksigen tidak menunjukkanjumlah total oksigen dalam darah, karena tidak semuaoksigen terikat dengan hemoglobin.7,9,10.Saturasi oksigen dipengaruhi terutama oleh tekanan oksigen (PaO2) (Fikri & Ganda, 2005)



kadar O2 atau kekurangan oksigen adalah salah satu komplikasi terbesar dari diabetes dan Covid-19. Diabetes menekan fungsi kekebalan dan membuat pasien lebih rentan menderita gejala kekurangan oksigen seperti sesak napas, sesak napas, nyeri dada, dan atau atau masalah paru.



2.1.10 Arduino IDE Platform Arduino telah menyediakan sebuah perangkat lunak sendiri untuk menulis kode-kode program dan mengunggah program tersebut kedalam papan Arduino. Perangkat lunak tersebut bernama Arduino IDE dengan bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa C++ dan sudah disederhanakan lagi. Dengan penggunaan bahasa pemrograman C++ yang sudah disederhanakan, menjadikan papan sirkuit Arduino ini semakin disenangi oleh masyarakat. (Cvjetkovic & Matijevic, 2016) Tampilan Arduino IDE seperti yang ada pada Gambar 2.7



Gambar 2. 3 Tampilan Arduino IDE



Arduino IDE dapat membuat suatu proyek dengan kerangka kode, titik awal dalam pengembangan proyeknya pengguna menyusun dan menyimpan kode dalam file yang disebut sketch. Sketch ini akan melakukan sintaks pemeriksaan dari kode program yang dibuat disebut juga kompilasi (compile) setelah selesai kemudian mengunggah (Upload) kode yang dikompilasi ke papan Arduino yang dipilih mnggunakan koneksi USB (Cvjetkovic & Matijevic, 2016)



Arduino



memiliki kemampuan



untuk menerima, mengolah, dan



memberikan output signal digital. Contohnya, bila microcontroller dengan catu daya 5 volt, microcontroller tersebut dapat mengenali tegangan sebesar 0 volt sebagai signal digital low, atau tegangan 5



volt sebagai signal digital high.



Sedangkan untuk mengenali nilai tegangan antara 0 volt hingga 5 volt, diperlukan feature khusus, yakni Analog-to-Digital Converter. Analog-to-Digital Converter atau biasa disebut ADC, memungkinkan microcontroller untuk mengenali suatu nilai analog melalui suatu pendekatan digital. Arduino telah dilengkapi dengan feature ADC yang terintegrasi di dalamnya. (Cvjetkovic & Matijevic, 2016))



berikut pin-pin ADC yang dijelaskan pada gambar 2.4



(Sumber : https://store.arduino.cc/usa/arduino-mega-2560-rev3-with-1sheeld)



Pada board Arduino Uno terdapat enam pin analog, yaitu mulai dari A0 hingga A5. Huruf A pada awal nama pin Arduino menandakan pin tersebut dapat digunakan untuk mengolah signal analog. Seberapa tepat nilai signal analog yang dipetakan secara digital, ditentukan oleh seberapa besar resolusi ADC. Semakin besar resolusi ADC, maka semakin mendekati nilai analog dari signal tersebut. Untuk resolusi ADC pada board Arduino Uno ialah 10 bit, yang berarti mampu memetakan hingga 1024 discrete analog level. Beberapa jenis microcontroller lain memiliki resolusi 8 bit, 256 discrete analog level, bahkan ada yang memiliki resolusi 16 bit, 65536 discrete analog level. (Yusro, 2018) Adapun bagian – bagian arduino uno adalah:



a.



Digital I/O Arduino Uno memiliki 14 pin yang bisa digunakan untuk input dan output (input berupa sensor-sensor, dan output seperti LED, Speaker, Servo, dan sebagainya). Pin tersebut mulai dari 0 sampai 13, tapi khusus untuk pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11 dapat digunakan sebagai pin analog output.



Tabel 2. 3 Konfigurasi Pin I/O Arduino Uno No Pin 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13



Fungsi Digital I/O 0 Digital I/O 1 Digital I/O 2 Digital I/O 3 Digital I/O 4 Digital I/O 5 Digital I/O 6 Digital I/O 7 Digital I/O 8 Digital I/O 9 Digital I/O 10 Digital I/O 11 Digital I/O 12 Digital I/O 13



Fungsi alternatif RX (serial – receiver) TX (serial – transmiter) Interupsi external Interupsi external & PWM – PWM PWM – – PWM SPI – SS & PWM SPI – MOSI & PWM SPI – MISO SPI – SCK & LED



b.



Analog Input Arduino Uno memiliki 6 pin yang bisa digunakan untuk input sensor



analog, seperti sensor benda, sensor cahaya, sensor suhu dan sebagainya. Pin tersebut mulai dari 0 sampai 5. Nilai sensor dapat dibaca oleh program dengan nilai antara 0-1023, itu mewakili tegangan 0-5V. Kemudian pin 5,6,9,10 dan 11 dapat dipakai untuk PWM (Pulse Width Modulation) yang sering dipakai untuk kendali motor DC maupun motor servo namun pada penelitian ini pin-pin tersebut tidak terpakai .pada tabel disajikan konfigurasi pin analog input sebagai berikut Tabel 2. 4 Konfigurasi Pin Analog Input No pin A0 A1 A2 A3 A4 A5



c.



Fungsi Analog Input 1 Analog Input 2 Analog Input 3 Analog Input 4 Analog Input 5 Analog Input 6



Fungsi Alternatif – – – – TWI – SDA TWI – SCL



USB Arduino UNO adalah jenis Arduino yang dapat diprogram menggunakan USB type A to type B. Untuk socket yang type A sambungkan ke komputer, yang type B dipasangkan ke Arduino Uno.



d.



Power Pada Arduino board, ada 2 (dua) pilihan sumber tegangan yang dapat digunakan, yakni dari port USB maupun dari power supply eksternal. Dengan menghubungkan port USB di komputer/laptop dengan Arduino maka secara otomatis power supply Arduino bersumber dari port USB. Untuk sumber tegangan eksternal (non-USB) yakni dengan menghubungkan Arduino board dengan sumber tegangan DC. Tegangan yang direkomendasikan adalah 7 sampai



12 V,



jika



kurang



dari



7V akan menyebabkan



ketidakstabilan tegangan, sedangkan jika lebih dari 12V akan menyebabkan panas dan akibat fatal berupa kerusakan pada board Arduino. (Yusro, 2018) 2.1.11 Spektroskopi Spektrokopi merupakan cabang ilmu yang mempelajari pengukuran berdasarkan



pada



interaksi



cahaya



dengan



materi.



Apabila



materi



dipancarkan cahaya kemungkinan cahaya akan diserap atau dipancarkan kembali dengan nilai panjang gelombang yang sama atau berbeda. Metode spektroskopi yang digunakan pada alat ukur gula darah memanfaatkan panjang gelombang pada infrared dengan panjang gelombang antara 750 nm sampai 10000 nm.( Nurudin ,2019)



2.1.12 Hukum Beel-Lambert Hukum beel-lambert adalah kombinasi



dari



dua



hukum



yang



digabungkan untuk membentuk model matematika untuk mengekspresikan bagaimana cahaya diserap oleh materi.



A= Ɛcl................................................................................(1)



Keterangan: A=Absorbansi Ɛ= Koefisien Absorptivitas molar C=Konsentrasi Molar



Dari persaman diatas terdapat korelasi antara penyerapan dengan konsentrasi larutan. Karena konsentrasi gula darah atau tingkat glukosa serum



dalam tubuh, mempengaruhi tingkat



konsentarasi darah yang



merupakan salah satu faktor penyebab terjadinya penyerapan cahaya dapat mengalir. 2.1.13 Pengujian In Vivo dan In Vitro Penelitian yang berkaitan dengan makhluk hidup khususnya manusia dapat dilakukan dengan dua jalan yaitu melalui pengujian in vivo dan in vitro. Kata in vitro dan in vivo berasal dari bahasa Latin yang masing-masing berarti'dalam gelas' dan 'dalam kehidupan'. (Trifena, 2012.) Pada pengujian in vitro prosedur medis, tes, dan eksperimen yang dilakukan para peneliti di luar organisme hidup. Artinya, pengujan ini akan dilakukan di luar tubuh. Sedangkan in vivo adalah pengujian yang mengacu pada eksperimen menggunakan keseluruhan organisme hidup.. Artinya, pengujian akan dilakukan berdasarkan keadaan dari dalam organisme tersebut. Berdasarkan Prinsip Penyerapan cahaya dari hukum beel-lambert pengujian dilakukan secara in terhadap hasil keluaran dari arduino secara in-vitro terlebih dahulu, yaitu jari pasien diletakkan di atas sensor Max30100 untuk didapatkan nilai R sensor tersebut. lalu pengujian secara in-vivo yaitu mengetahui kadar gula referensi secara manual. Pengujian in-vitro berfungsi untuk mendapatkan rumus linear melalui metode linear regression dari keterkaitan antara tegangan output terhadap konsentrasi glukosa. 2.1.14 Perangkat Masukan Perangkat masukan atau perangkat Input merupakan perangkat yang dapat memberikan sinyal ke sistem mikrokontroler untuk diproses. Perangkat masukan ini dapat berupa sensor



. 2.1.14.1



Sensor Oximetri MAX30100



MAX30100 merupakan intregasi dari Pulse oximetry, Sensor Oxymetri Max30100 merupakan sensor pulse oxymetri yang dapat membaca kadar oksigen dalam darah (SPO2) dan menghitung heart rate (bpm). sensor ini dapat melakukan pemantauan sinyal detak jantung dan tingkat oksigen dalam darah. sensor ini terdiri dari 2 buah led dan sebuah potodetektor. Alat ini bekerja menggunakan sifat hemoglobin yang mampu menyerap cahaya dan denyut alami aliran darah di dalam arteri untuk mengukur kadar oksigen pada tubuh. Sebuah alat yang dinamakan probe memiliki sumber cahaya, pendeteksi cahaya, dan mikroprosesor yang dapat membandingkan dan menghitung perbedaan hemoglobin yang kaya akan oksigen dengan yang kekurangan oksigen. Hemoglobin yang lebih kaya akan oksigen menyerap lebih banyak cahaya inframerah, sedangkan yang tidak memiliki oksigen akan menyerap cahaya merah. Mikroprosesor pada probe menghitung perbedaan kadar oksigen dan mengubah informasi tersebut ke dalam nilai digital. Nilai tersebut kemudian ditaksir untuk mementukan jumlah oksigen yang dibawa oleh darah. Pengukuran penyerapan cahaya relatif dibuat beberapa kali setiap detiknya. Pengukuran tersebut kemudian diproses oleh mesin untuk memberikan gambaran baru setiap 0,5-1 detik (Baiq, 2020)



Gambar 2. 5 Sensor MAX30100 seri GY-Max30100



(sumber : https://www.electroniclinic.com/max30100-pulse-oximeter-arduino-code-circuit-and-pr ogramming/)



Karena pada penelitian ini hanya membutuhkan nilai saturasi oksigen (%SpO2) Subsistem SpO2 di MAX30100 terdiri dari ambient light cancelling (ALC), ADC sigma delta16-bit, dan filter time discrete. ADC sigma delta adalah sebuah konverter dengan resolusi hingga 16-bit. Kecepatan data keluaran ADC dapat diprogram dari 50Hz hingga 1kHz. Pada sensor MAX30100 terdapat filter time discrete untuk menolak interferensi pada frekuensi sebesar 50Hz/60Hz dan kebisingan ambien residual frekuensi rendah.( Fahad, 2020). Sensor ini terdapat dua buah LED , sebuah fotodetector dan sebuah pemroses sinyal rendah noise agar dapat mendeteksi denyut nadi dan saturasi oksigen dengan baik Pada gambar ditunjukan skema sensor Max30100 beserta pinout nya



Gambar 2. 6 sensor Max30100 Nama Pin



Deskripsi



Vin



Input Tegangan. Disambungkan ke pin 3v3 Arduino



GND



Ground Pin. Disambungkan ke pin GND Arduino



SCL



I2C Serial Clock. Ke pin A5 Arduino



SDA



I2C Serial data, ke Pin A4 Arduino



INT



Active Low interrupt. Untuk menjaga keseimbangan secara teknis maka diambangkan atau di solder pada area PCB yang kosong



Menurut Qahar (2018) Prinsip kerja sensor Max30100 mengacu kepada sistem yang disebut Photoplethysmography. Photoplethysmography atau disingkat PPG adalah teknik pengukuran yang berbasis optik yang dapat digunakan untuk mendeteksi perubahan volume darah serta dapat mendeteksi perubahan cahaya yang diserap dalam darah dengan memanfaatkan dua buah LED berwarna merah dan inframerah serta fotodiode. Fotodiode berguna untuk mengukur intensitas cahaya yang berhubungan dengan perubahan volume darah dan cahaya yang terserap oleh darah. Pengukuran ini mempunyai 2 metode yaitu transmittance mode dan reflectance mode. Pada transmittance mode LED dan fotodiode diletakkan diantara jari serta reflectance mode LED dan fotodiode diletakkan sejajar seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6



Gambar 2. 7 Cara menggunakan sensor pada jari Pada sensor Max30100 sendiri terdapat dua mode, yaitu Transmittance mode dan Reflectance mode. Transmittance mode yaitu pada saat sumber cahaya melalui pembuluh arteri untuk mengukur oksigen saturasi, lalu cahaya diterima oleh fotodiode, tetapi pada mode ini terbatas pada jari tangan, jari kaki, serta pada telinga. Sedangkan reflectance mode sumber cahaya melalui pembuluh arteri dan dipantulkan lalu diterima oleh fotodiode. Metode ini dapat diaplikasikan hampir dimana saja pada daerah kulit. Pada sel darah yang memiliki banyak oksigen akan menyerap lebih banyak cahaya inframerah daripada LED warna merah. LED warna merah mempunyai panjang gelombang 660nm dan cahaya inframerah memiliki panjang gelombang 960nm



2.1.15 Penyerapan Cahaya oleh Hemoglobin pada Sensor Max30100 Terdapat dua jenis Hb berdasarkan kandungan oksigen didalamnya, diantaranya oxyhemoglobin yaitu hemoglobin yang mengikat okigen dan deoxyhemoglobin adalah hemoglobin yang tidak mengandung okigen.



Gambar 2. 8 Grafik perbedaan hemoglobin terhadap cahaya



Dari Gambar dapat dianalisis bahwa cahaya LED merah lebih banyak diserap oleh deoxyhemoglobin dan cahaya LED Inframerah lebih banyak diserap oxyhemoglobin.. Rasio perbedaan penyerapan cahaya tersebut menjadi acuan untuk menentukan saturasi oksigen. Rasio (R) adalah jumlah perbandingan penyerapan cahaya infrared dan cahaya merah. Nilai rasio dapat dihitung dengan rumus: 𝑆𝑝𝑂2 =



[𝐻𝑏𝑂2] [𝐻𝑏]+ [𝐻𝑏𝑂2 ]



…………………………………….. (2)



Pulse Oksimeter memiliki probe jenis klip jari yang memiliki LED di satu sisi dan Photodetector di sisi lain. Cahaya yang dipancarkan dari satu sisi jari berjalan melalui jaringan, darah vena dan darah arteri dan dikumpulkan didalam detektor. Sebagian besar cahaya diserap atau dihamburkan sebelum mencapai Photodetector di sisi lain pada jari. Aliran darah diinduksi oleh detak jantung, atau berdenyut secara natural sehingga cahaya yang ditransmisikan berubah seiring waktu.



Red



LED dan inframerah



digunakan



untuk



memperkirakan saturasi oksigen hemoglobin sebenarnya dari darah arteri. Oxyhemoglobin (HbO2) menyerap cahaya yang dapat terlihat dan Ketika cahaya inframerah (IR) menyala namun berbeda dari deoxyhemoglobin (Hb), Inframerah tampak merah terang sedangkan Hb berwarna coklat tua. Penyerapan dalam darah arteri diwakili oleh sinyal AC yang ditumpangkan pada sinyal DC yang mewakili penyerapan zat lain seperti pigmentasi di jaringan, vena, kapiler, tulang, dan lain sebagainya. Sinyal AC yang disinkronkan dengan jantung kira-kira 1% dari level DC. Ini dirujuk sebagai indeks perfusi aliran darah (%). Rasio 'R' dapat dihitung pada Persamaan 2 sebagai berikut :



𝐴𝐶𝑟𝑒𝑑



𝑅=



𝐷𝐶𝑟𝑒𝑑 𝐴𝐶𝐼𝑅



……………………………………………….. (3)



𝐷𝐶𝐼𝑅



Keterangan :



ACred



= Data Sinyal AC pada Led Merah



DCred



= Data Sinyal DC pada Led Merah



ACIR



= Data Sinyal AC pada Infrared



DCIR



= Data Sinyal DC pada Infrared



Cara menghitung nilai SpO2 (%) pada umumnya terdapat pada Persamaan 4 namun hasil nilai % SpO2 akurat tergantung pada kalibrasi rasio pada sensor tertentu . berikut cara mencari nilai % SpO2 pada Persamaan 4 % 𝑆𝑝𝑂2 = 110 − 25 𝑥 𝑅 ………………………………………….. (4) Maka untuk mencari nilai R dapat ditentukan sebagai berikut :



𝑅=



110−% 𝑆𝑃𝑂2 25



………………………………………… (5)



Keterangan : %SpO2



= nilai Saturasi Oksigen dalam persen



R



= nilai Rasio antara Led merah dan Infrared



2.1.16 Metode Linear Regression Sederhana Berdasarkan Penjelasan subbab 2.1.15 Nilai SPO2 sendiri akan menghasilkan nilai R yang merupakan rasio dari tegangan AC dan DC dari



masing- masing Led. Terhadap Hemoglobin pada darah manusia. Pada Penelitian membuat alat ukur gula darah menggunakan sensor Max30100 berbasis Arduino Uno menggunakan metode Linear Regression sederhana untuk mendapatkan rumus linear melalui metode linear regression dari keterkaitan antara tegangan output terhadap konsentrasi glukosa. Linear Regression merupakan Analisa mengenai ketergantungan variabel dependen (terikat) dengan variabel independent untuk memprediksi rata-rata populasi berdasarkan nilai variabel yang diketahui. Pada regresi linier sendiri terdapat variabel X yang menjadi variabel bebas dan variabel Y sebagai variabel terikat.. (Kho, 2017) Tujuan peneliti menggunakan metode ini adalah untuk mengetahui adakah hubungan rasio tegangan sensor (R) dengan Konsentrasi Gula darah yang didapatkan dari sample darah pasien secara in vivo, kemudian dari metode Linear Regression akan didapatkan model persamaan regresi melalui rumus. Adapun rumusnya sebagai berikut :



Dimana : Y = Variabel Response atau Variabel Akibat (Dependent) X = Variabel Predictor atau Variabel Faktor Penyebab (Independent) a = konstanta b = koefisien regresi (kemiringan); besaran Response yang ditimbulkan oleh Predictor.



Nilai-nilai a dan b dapat dihitung dengan menggunakan Rumus dibawah ini :



2.1.17 Error Clarke Grid Analysis Error Clarke Grid Analysis dikembangkan pada 1970-an untuk mengukur



akurasi klinis perkiraan kadar glukosa pasien pada saat ini lalu dibandingkan dengan nilai glukosa darah yang diperoleh dari glucometer yang kemudian digunakan untuk mengukur akurasi perkiraan glukosa darah yang dihasilkan oleh alat ukur dibandingkan dengan nilai gula darah referensi secara klinis (Clarke, 2005). Mengacu pada Perhitungan Beckman, analisis grid dibagi menjadi lima zona yaitu zona A, B, C,D, dan E yang diperlihatkan pada gambar



Gambar 2. 9 Error Clarke Grid Analysis Untuk dapat memahami nilai per zona pembacaannya yaitu nilai di zona A dan B merupakan hasil glukosa yang akurat atau dapat diterima. Nilai di zona C dapat menyebabkan banyak perbaikan yang tidak perlu dilakukan dalam menghitung kadar gula darah sehingga dapat menyebabkan hasil yang buruk. Nilai di Zona D mewakili nilai kesalahan yang fatal bahkan untuk mendeteksi dan menentukan penanganan selanjutnya menyebabkan kesalahan pembacaan hasil semakin besar. Nilai di Zona E artinya kesalahan pada penanganan yang sudah fatal. Singkatnya, semakin banyak nilai yang muncul di Zona A dan B, semakin akurat perangkat yang dipakai untuk kepentingan klinis. (Clarke, 2005)



2.2



Penelitian yang Relevan Penelitian relevan yang pertama ialah Alat Pengukur Kadar Glukosa



Darah Secara Non-Invasive oleh Rista Dwi, dkk. dengan judul Rancang Bangun Alat Pengukur Kadar Glukosa Darah Secara Non-Invasive Menggunakan Sensor Oxymetri (2019) alat ini menggunakan Sensor Oxymetri Max30100 membaca kadar oksigen dalam darah (SPO2) dan menghitung heart rate (bpm) dan oleh Sangkot Riana yang berjudul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Berbasis Arduino Uno (2019) Alat ini bekerja dengan memanfaatkan sinar LED dan fotodioda yang dimana menggunakan LED hijau. Kemudian dari masukan LED hijau dan fotodioda akan diteruskan oleh pengkondisi sinyal yang terdiri atas rangkaian low pass filter, high pass flter, buffer dan peak detector yang menggunakan arduino uno. Lalu penelitian oleh Putra Gunawan dengan judul Rancang Bangun Alat Ukur Kadar Gula Darah Non-Invasive Berbasis Mikrokontroler Atmega 328p Dengan Mengukur Tingkat Kekeruhan Spesimen Urine Menggunakan Paket Sensor Photodiode Dan Light Emiting Diode (2015) Perancangan sistem alat dalam penelitian ini menggunakan urin sebagai spesimen untuk menentukan tingkat gula darah. Perancangan sistem ini bekerja dengan mengukur tingkat warna dan kekeruhan dari spesimen urin dicampur dengan Benedict dan menggunakan paket sensor yang terdiri dari 3 fotodioda (P1, P2, P3) dan tiga LED (merah, hijau, biru) dengan mikrokontroler sebagai unit kontrol. Nilai sensor diterima oleh alat ukur dalam bentuk RGB Sedangkan untuk pengukuran Gula Darah secara non-invasive lainnya adalah penelitian Alat Pengukur Kadar Gula Darah Non-Invasive Berdasarkan Perbedaan Suhu Tragus Dan Antihelix oleh Mochammad Nurudin (2019) menggunakan sensor suhu PT100 untuk pengukuran suhu pada titik tragus dan antihelix di telinga, kemudian diproses oleh mikrokontroler Arduino hingga terdapat hasil nilai glukosa darah yang selanjutnya ditampilkan pada Display LCD dilakukan dengan mengkonversi nilai perbedaan suhu tragus dan antihelix yang kemudian dibandingkan dengan nilai glukosa darah referensi, suhu referensi, dan HbA1c normal. Pada modul ini sensor suhu PT100 digunakan untuk pengukuran suhu pada titik tragus dan antihelix di telinga.



Kesimpulan dari keempat penelitian di atas adalah beberapa metode pengambilan data dan menganalisa hasil data penelitian. Dengan berbagai jenis mikrokontroler, metode dan sensor yang digunakan, tetapi peneliti merancang alat yang berbeda dengan tiga penelitian sebelumnya, yaitu terdapat pada sensor yang terbaru yaitu sensor Max30100 seri GY-Max30100 , peneliti juga menambah sistem charge pada catu daya yangmana jika pada saat menggunakan alat dan daya nya habis, maka pasien dapat mengisi Kembali catu daya seperti perangkat elektronik pada umumnya dan desain alat yang lebih praktis sehingga alat dapat dibawa kemanapun



2.3



Kerangka Berpikir Berdasarkan teori-teori yang telah dibahas pada sub bab sebelumnya,



maka dapat dirancang sebuah Alat Pendeteksi Gula Darah Berdasarkan Kadar Oksigen



dalam



Darah



menggunakan



Sensor



Max30100



dengan



mikrokontrolernya adalah Arduino Uno R3



2.3.1



Diagram Blok Diagram Blok adalah langkah awal dalam pembuatan alat pendeteksi



gula darah berbasis Arduino UNO R3 . Hal terpenting pada saat merancang adalah membedakan sistem menjadi 3 bagian utama, yaitu masukan (input), proses, dan keluaran (output) lihat pada Gambar



Gambar 2. 10 Diagram Blok Alat



2.3.2 Diagram Alir Sistem Diagram alir sistem yang dirancang pada penelitian ini dimulai dari inisialisasi program untuk membaca nilai %SpO2 dan Gula Darah. Ketika pasien memasukkan jari ke capit sensor. Jari diletakkan di atas sensor maka Cahaya dari Led Merah dan Infrared akan memancar. Dengan ini posisi jari pasien akan mempengaruhi keberhasilan inisialisasi program pada alat Jika inisialiasi telah berhasil, maka alat akan memulai kalkulasi pada nilai %SpO2 dan Gula Darah Referensi. Jika inisialisasi tidak berhasil maka pasien cukup menekan tombol reset merah yang ada di belakang alat., selama 10 detik %SpO2 didapatkan maka nilai Gula Darah referensi juga ikut muncul pada Layar LCD I2C. jika sudah selesai menggunakan alat maka cukup tekan tombol Off di belakang Alat



Gambar 2. 11 Diagram Alir Sistem



BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1



Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di Ruang Laboratorium Teknik Elektro Universitas



Negeri Jakarta. Namun karena masa pandemi penelitian di lakukan di Rumah Peneliti juga Pada Waktu tersebut cukup efektif untuk melakukan penelitian.



3.2



Alat dan Bahan Penelitian Alat yang digunakan pada penelitian ini dibagi menjadi 2 bagian yaitu



perangkat lunak dan perangkat keras, diantaranya adalah: A. Perangkat Lunak 1) Eagle 7.6.0 untuk membuat rangkaian skematik dan layout pada PCB 2) Arduino IDE 1.8.5. untuk memrogram Arduino Uno R3 ATMega 328 3) SketchUp 2018 untuk mendesain rancangan alat secara 3D 4) Fritzing Versi 0.9.2b.64. 5) Sharpr3D for iPad Versi ios 15 untuk mendesain model Fingertip Sensor



B.



Perangkat Keras



1) Laptop dengan processor intel® core™ i5-3340M CPU @2.70Ghz 2) Digital Multimeter 3) Tool Kit Sensor 4) Kotak PVC 5) Modul Max30100



6) Modul Penguat Step Down 7) Arduino Uno R3 8) Modul Baterai Chargable 9V 9) Kabel Usb tipe C 10) All-in one mini tool set 11) Modul Lcd I2C 12) Avometer



3.3



Diagram Alir Penelitian Sistematika penulisan yang digunakan dalam penelitian ini adalah



sistematika penelitian rekayasa teknik (FT UNJ, 2019) dengan menggunakan metode



penelitian



Research



&



Development



(R&D)



dengan



model



pengembangan Borg & Gall. Metode R&D Borg & Gall terdiri dari sepuluh langkah (Gambar 3.1), Pada penelitian ini hanya menggunakan empat langkah yaitu langkah pengumpulan data dan informasi, langkah perencanaan, langkah pengembangan awal produk, dan langkah pengujian (Gambar 3.2).



Gambar 3. 1 Diagram Alir Educational Research Penelitian Borg & Gall (Sumber: (Gall et al., 1971))



Langkah-langkah ini disebut sebagai “R&D Cycle”, yang terdiri dari mempelajari temuan penelitian yang berkaitan dengan produk yang akan dikembangkan,



mengengembangkan produk berdasarkan temuan-temuan,



menguji di lapangan yang nantinya akan digunakan, dan merevisinya untuk memperbaiki kekurangan yang ditemukan pada tahap pengujian lapangan, diulang sampai data uji lapangan menunjukan bahwa produk memenuhi tujuan yang ditetapkan (Gall et al., 1971). Metode yang digunakan pada penelitian ini hanya digunakan empat langkah saja yaitu langkah pengumpulan data dan informasi, langkah perencanaan, langkah pengembangan awal produk, dan langkah



pengujian.



Empat langkah tersebut tergambar pada Gambar 3.2.



Gambar 3. 2 Diagram Alir Penelitian yang Akan Dilaksanakan



Penjelasan tahapan penelitian Gambar 3.2 dijelaskan pada poin berikut ini:



1.



Langkah Pengumpulan Data dan Informasi Langkah pertama melibatkan penelitian dan pengumpulan data informasi



yang dibutuhkan. Dalam langkah pertama yakni termasuk studi literatur dan studi lapangan (observasi) sehingga peneliti dapat menganalisa kebutuhan untuk merancang alat Pendeteksi Gula Darah menggunakan sensor Max30100 berbasis Arduino Uno.Peneliti mencari kajian teori tentang Diabetes, Oksigen, hubungan antara Kandungan Gula darah dan Oksigen, Sensor Max30100,dan Formula Linear regression untuk mendapatkan nilai gula darah prediksi pada analisis akhir dari penelitian ini.



Selain itu peneliti juga mencari informasi untuk menentukan rumus turunan untuk mencari nilai %SpO2 yang akan menjadi output pada sensor dan mencari nilai R yang akan menentukan hasil akhir dari sensor Max30100 sserta mencari catu daya yang sesuai agar alat dapat berfungsi dengan maksimal . Dengan demikian alat yang dibuat dapat berguna digunakan dalam jangka panjang dimana saja dan kapan saja.



2.



Langkah Perencanaan Langkah kedua terdiri dari perancangan sistem dan sub sistem. Peneliti



mengintegrasikan semua komponen yang digunakan untuk membuatalat pendeteksi gula darah berbasis Arduino, Pada perancangan Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter Max30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3 Peneliti menggunakna sensor Max30100 untuk mencari nilai kadar oksigen terlebih dahulu. Saat memeriksa pasien membutuhkan sensor model capit sebagai sensor pembaca gula darah yang diprogram melalui Arduino IDE



3.



Langkah Pengembangan Alat Produk Pada tahap pengembangan awal produk yaitu dengan melakukan



perancangan alat lalu menambahkan Metode analisis yang akan menentukan hasil gula darah akhir yang diharapkan akan sesuai dengan hasil yang diinginkan dan



melakukan pengembangan



dalam program pengkalibrasian sensor



Max30100 dimana kalibrasi ini akan menentukan hasil kadar oksigen yang maksimal serta penambahan rangkaian penguat Step Down agar alat bekerja secara maksimal



4.



Langkah Pengujian Langkah terakhir adalah tahap pengujian. Tahap ini menguji kadar oksigen



dari sensor Max30100 dan gula darah referensi yang telah di kalibrasi pada



inisialisasi program Arduino. Penguji melakukan 40 kali pengujian pada dua waktu untuk mendapatkan gula darah puasa (GDP) dan gula darah setelah makan siang (GDPP) terhadap 20 orang dan 40 kali pengujian untuk kadar oksigen pada 2 waktu tersebut. pengukuran yang dihasilkan oleh sensor agar menghasilkan data yang dibutuhkan



Gambar 3. 3Diagram Alir Penelitian



3.4



Teknik dan Prosedur Pengumpulan Data Perancangan penelitian ini merupakan rencana atau gagasan yang



komprehensif dan mempunyai tujuan yang terarah agar penelitian dapat berjalan dengan baik serta menggambarkan rencana proses penelitian secara keseluruhan. Perancangan penelitian Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Sensor Max30100 berbasis Arduino adalah sebagai berikut:



3.4.1 Perancangan Perangkat Keras Dalam tahap perancangan Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter Max30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3 dibutuhkan perancangan perangkat keras yang dibutuhkan sesuai dengan rancangan yang telah dibuat. Perancangan perangkat keras yang dilakukan merupakan perangkat keras berupa perngkat pendukung dalam sistem ini sehingga berjalan sesuai dengan yang direncanakan.



3.4.2



Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak dalam Alat Pendeteksi Gula Darah



Menggunakan Oxymeter Max30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3 merupakan tahap yang dilakukan untuk membuat dan merancang sekumpulan printah dan tampilan yang berbentuk dari sebuah program sehingga menjalankan sistem yang dibuat 3.4.3 Pengujian Perangkat Keras dan Perangkat Lunak Tahap pengujian perangkat keras dan perangkat lunak ini merupakan tahap yang dilakukan untuk mengetahui keadaan sebuah perangkat dalam keadaan baik atau terdapat kesalahan. Tujuan pada tahap ini adalah apabila terdapat error baik itu pada perangkat keras maupun perangkat lunak, dapat segera diketahui sehingga dapat langsung diperbaiki atau diganti. Pentingnya pengujian ini dilakukan agar sistem berjalan dengan baik sesuai dengan rancangan yang telah dibuat.



Pada langkah pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja dari tiap subsistem yang telah dibuat. Pengujian terdiri dari 3 tahap, tahap pertama yaitu pengujian terhadap perangkat keras. Pada pengujian tahap kedua dilakukan untuk menguji perangkat lunak antarmuka antara Alat Pendeteksi dengan LCD I2C. lalu pada pengujian perangkat lunak, yaitu Program pada Arduino IDE apakah sudah berjalan dengan baik



Pada langkah pengujian ini dilakukan dalam tahap menguji apakah sudah layak dengan secara bertahap dan perlahan, adapun pengujian sebagai berikut :



1. Pengujian sensor SpO2 untuk membaca gula darah pasien yang akan ditampilkan di LCD 2. Pengujian Linier Regresion terhadap Hasil Gula Darah Prediksi 3. Dihasilkan nilai Gula Darah prediksi



Pengujian tahap ketiga yaitu dilakukan uji coba lapangan yang digunakan untuk mengukur Gula Darah dan hasilnya Proses pengujian pada tahap ketiga ini dilakukan dengan pengambilan



data melalui 5 sampel yang berbeda-beda



termasuk orang yang sehat karena untuk menguji keakuratan Alat. Klien yang diuji adalah orang dengan kisaran umur 17-45 keatas atau lebih dan 60-70 tahun dengan catatan sedang Rawat jalan dan sering berkonsultasi dengan dokter dalam kurun 2 Minggu. Uji coba lapangan dilakukan untuk mengetahui perbandingan antara pengukuran manual dan melalui alat.



perancangan dan pengujian Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter Max30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3 terdiri dari beberapa tahap, tahapan sebagai berikut : 1. Pemilihan komponen 2. Perakitan modul dimulai dari pemasangan, penyolderan, dan pengkabelan 3. Pengecekan manual sensor-sensor dengan properti sehingga mengetahui bisa digunakan atau tidak. 4. Memprogram SPO2 Finger Sensor sebagai Pendeteksi Gula Darah 5. Melakukan pengujian terhadap seluruh subsistem yang telah 6. terintegrasi, dan melakukan perbaikan 7. Setelah melakukan pengujian dan perbaikan agar sesuai dengan rancangan, selanjutnya adalah pengambilan dokumentasi uji coba berupa foto dan video. 8. Menyimpulkan hasil penelitian dalam pengujian



3.4.4



Implementasi Sistem Setelah dilakukan pengujian, langkah selajutnya adalah melakukan



pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak prototipe.Pembuatan perangkat keras terdiri dari pembuatan maket, box komponen, tiang penyangga sensor, dan pembuatan catu daya. Teknik dan Prosedur Pengumpulan Data



Untuk mencapai tujuan pada penelitian ini diperlukan adanya rancangan dan prosedur pengumpulan data dalam pengujian prototipe yang dibuat. Hal ini merupakan hal yang mempengaruhi dalam keberhasilan mencapai tujuan penelitian.



3.4.5



Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras dilakukan untuk menentukan tipe



perangkat atau modul yang digunakan dalam pembuatan prototipe. Dengan adanya perancangan perangkat keras peneliti dapat membuat tiap subsistem secara terarah dan memastikan perangkat berjalan dengan baik. 3.4.6



Menentukan Sistem Catu Daya



Rangkaian Catu Daya yang digunakan menggunakan module Step Down LM2596 yang terintegrasi dengan Batere Rechargable 9V. berikut skematik rangkaian catu daya alat pengukur gula darah menggunakan sensor Max30100 berbasis Arduino ditunjukan pada gambar 3.4 dan 3.5



Gambar 3. 4 Modul LM2596 (sumber : https://rangkaianelektronika.info/fungsi-lm2596-serta-contohnya-sebagai-ic-vari



able-power-supply/)



Gambar 3. 5 Skema Modul Step Down LM2596



Regulator DC power supply ini menggunakan IC LM2596 sebagai



komponen utama yang didukung sebuah potensiometer untuk mengatur besar output tegangan dari regulator LM2596 ini. IC LM2596 adalah IC monolitik. Komponen ini menyediakan semua fungsi aktif untuk regulator switching step-down (buck). Beban arus maksimal yang dilewatkan pada komponen ini sebesar 3A. LM2596 idealnya dapat bekerja maksimum pada frekuensi switching 150 kHz yang menyebabkan komponen filter dengan ukuran lebih kecil dibutuhkan serta spesifikasi switching yang lebih rendah.



Regulator tegangan step-down dapat mengubah tegangan input antara 3.2 V dan 40 V menjadi tegangan yang lebih kecil antara 1.25 V dan 35 V dengan pengaturan saluran beban yang sangat baik. Umunya dalam beberapa project memerlukan tegangan yang berbeda (3-35V) tanpa regulator semacam ini, rangkaian



utama



akan



jebol



dan



akan



menghabiskan waktu untuk



memperbaikinya. Regulator step-down LM2596 memiliki spesifikasi dan beberapa ketentuan sebagai berikut :



1. Input harus diatas 1.5V lebih tinggi dari output 2. Rentang tegangan masukan hingga 40V 3. Arus beban keluaran sebesar 3A 4. Mode siaga daya rendah sebesar 80 uA 5. Tegangan input 3.2 V – 40 VDC 6. Maksimal efisiensi 92% 7. Riak keluaran : ≤100mV 8. Frekuensi Pengalihan : 65KHz 9. Suhu Pengoperasian : -45oC hingga +85oC 10. Regulasi arus dan beban yang sangat baik



3.4.7



Menentukan Sistem Kendali perancangan dan pengujian perancangan Alat Pendeteksi Gula Darah



Menggunakan Sensor Oxymeter MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino UNO R3 maka perlu untuk menentukan sistem kendali pada sistem ini. Sistem kendali yang digunakan adalah Arduino UNO R3 yang digunakan seperti pada Gambar 3.4.



Gambar 3. 6 Arduino UNO R3 (Sumber : store.arduino.cc)



3.4.8



Menentukan Sensor Pendeteksi Gula Darah Pada perancangan dan pengujian Pada perancangan Alat Pendeteksi Gula



Darah Menggunakan Sensor MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino UNO R3 dibutuhkan sensor untuk mendeteksi gula darah yang akurat. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi gula darah adalah sensor Infrared dan RED LED dari sensor Max30100 yang digunakan untuk mendeteksi gula darah dengan satuan tegangan yang sesuai dengan beberapa driver pendukung. Bentuk fisik sensor yang digunakan untuk mendeteksi gula darah yang bentuknya seperti probe .bentuk sensor dapat dilihat pada Gambar 3.6



Sensor Max30100 dapat dikonfigurasi melalui register, yaitu berupa konfigurasi arus LED yang dapat di 9 program dari 0mA hingga 50mA dan resolusi ADC dari 13 bit hingga 16 bit. Selain itu data keluaran sensor yang disimpan pada FIFO dapat menampung hingga 16 sampel. Tiap sampel pada FIFO adalah 4 byte data, sehingga total data yang dapat disimpan di FIFO adalah 64 byte, dan dari 4 byte data tersebut 2 byte terdiri dari data LED inframerah dan 2 byte adalah data dari LED merah Sensor ini menggunakan mode reflectance, dimana LED merah, LED inframerah dan fotodiode diletakkan satu baris, seperti gambar sensor yang ditunjukkan oleh Gambar 3.6.serta cara penggunaan sensor ditunjukkan pada Gambar 3.7.



Gambar 3. 9 Penggunaan Sensor



Gambar 3. 8 Sensor MAX30100 seri GY



Pada Gambar 3.7 jari diletakkan diatas sensor, kemudian cahaya dari LED merah dan LED inframerah akan memancar, kemudian gelombang cahaya dari LED inframerah akan diserap oleh darah jika mengandung banyak oksigen dan jika oksigen dalam darah berkurang maka gelombang cahaya LED merah akan diserap lebih banyak daripada LED inframerah. Gelombang cahaya yang tidak diserap akan dipantulkan kembali dan terdeteksi oleh fotodioda. Oximeter mendeteksi pada kulit jari karena Menurut Hill (2006) . Oksimeter adalah sensor yang menggabungkan dua teknologi spektrofotometri dan plethysmography optik (mengukur denyut perubahan volume darah di arteri) . Sensor pulse oximetry menggunakan cahaya dalam analisis spektral untuk pengukuran



saturasi



oksigen,



yaitu



deteksi dan kuantifikasi komponen



(hemoglobin) dalam larutan. Untuk mencapai saturasi oksigen tertentu dibutuhkan sel Oxy Hb atau Hemoglobin yang sedang mengangkut Oksigen sehingga penyebaran Oxy Hb ini beredar melalui Pembuluh Arteri manusia yangmana peredarannya melalui Jari Manusia. (Hariyanto, 2012)



Max30100 memiliki spesifikasi sebagai berikut : 1. Sensor berukuran 5.6 mm x 2.8 mm x 12 mm 2.



Beroperasi dari tegangan 1.8 V dan 3.3 V



3. I 2 C address dari MAX30100: 0x57



4. Resolusi ADC sebesar 14 bit 5. Jumlah ADC yang dihitung saat ada jari di bawah sinar matahari sebanyak 0 kali 6. Pada IR LED karakteristiknya yaitu Panjang Gelombang Puncak (LED Peak Wavelength )yaitu sebesar 870 nm hingga 900 nm dengan kondisi Arus IR LED sebesar 20 mA dan pada suhu sensor + 25 o 7. Untuk Red LED Panjang gelombang (LED Peak Wavelength) sebesar 650 nm sampai 670 nm dengan kondisi Arus IR LED sebesar 20 mA dan pada suhu sensor + 25o 8. Dapat mengukur lebih dari 16 data pengukuran, yangmana masing-masing sample sebesar 4 bytes. Untuk dua bytes pertama untuk sensor IR dan dua data pengukuran terakhir untuk RED LED 9. .Telah dilengkapi filter pada frekuensi 50 hingga 60Hz 10. Jika ingin mendeteksi denyut nadi maka hanya dibutuhkan sensor IR saja. Jika ingin mendeteksi kadar oksigen saja maka harus mengaktifkan sensor IR dan Red Led



Rangkaian ditunjukkan pada gambar 3.8



Gambar 3. 10 Rangkaian Arduino dengan Max30100



3.4.9



Pembuatan Maket Alat



Ukuran dan spesifikasi dari box:



Dimensi Maket : P = 10 cm L = 8 cm



T = 3 cm



Tengah Maket : 4 cm



Bahan Box: Plastik/fiber Berat Box: 750 gr Berikut Gambar 3.7, Gambar 3.8, dan Gambar 3.9 adalah rancangan maket yang dibuat oleh peneliti :



Gambar 3. 11 Desain Maket Tampak Depan



Gambar 3. 13 Desain Maket Tampak Atas



3.4.10 Perancangan Perangkat Lunak Pada perancangan perangkat lunak dalam pembuatan Alat Pendeteksi Gula Darah menggunakan sensor Max30100 berbasis Arduino Uno R3 menggunakan platform Arduino IDE karena menggunakan Arduino. Arduino IDE menggunakan bahasa C/C++ dalam pemrogramannya.



Dalam memprogram platform Arduino IDE terdiri dari 2 jenis pembagian konfigurasi pin pada papan Arduino, yaitu pin masukan dan pin keluaran. Pin masukan terdiri dari Sensor SpO2



Tabel 3. 1 Konfigurasi Pin Masukkan Komponen



Media



Pin



Pin Arduino



Perangkat SpO2



VCC



5V



GND



GND



RXD



RX2



Adapun konfigurasi untuk keluaran berupa LCD



Komponen



Media



Pin Perangkat



Pin Arduino



LCD 16x2



I2C



VCC



5V



GND



GND



SDA



D1



SCL



D2



3.4.11 Arduino IDE



Arduino IDE dapat membuat suatu proyek dengan kerangka kode, titik awal dalam pengembangan proyeknya pengguna menyusun dan menyimpan kode dalam file yang disebut sketch. Sketch ini akan melakukan sintaks pemeriksaan dari kode program yang dibuat disebut juga kompilasi (compile) setelah selesai kemudian mengunggah (Upload) kode yang dikompilasi ke papan Arduino yang dipilih mnggunakan koneksi USB Arduino IDE itu merupakan kependekan dari Integrated Developtment Enviroenment, atau secara bahasa mudahnya merupakan lingkungan terintegrasi yang digunakan untuk melakukan pengembangan. Bahasa pemrograman Arduino (Sketch) sudah dilakukan perubahan untuk memudahkan pemula dalam melakukan pemrograman dari bahasa aslinya. Sebelum dijual ke pasaran, IC mikrokontroler Arduino telah ditanamkan suatu program bernama Bootlader yang berfungsi sebagai penengah antara compiler Arduino dengan mikrokontroler



Proyek akhir ini membutuhkan data kadar oksigen dalam darah (SPO2 yang didalamnya terkandung unsur nilai R. seperti yang dilansir pada bab II subbab 2.1.15 rumus untuk mencari nilai R pada persamaan 5



𝑅=



110−% 𝑆𝑃𝑂2 25



………………………………………… (5)



Setelah nilai R didapatkan dan kalibrasi sensor Max30100 berhasil maka hasil data keluaran R tersebut akan diolah Bersama dengan sample gula darah referensi yang akan dilihat apakah ada pengaruh atau tidak yang akan di bahas pada subbab 3.5.4 yaitu pengujian sensor Max30100 terhadap R



3.5



Teknik dan Prosedur Pengumpulan Data Pada penelitian ini digunakan teknik pengumpulan data dengan cara



observasi dan pengukuran. Adapun observasi, dan pengukuran yang dimaksud adalah pencarian literatur berupa datasheet, melakukan percobaan lapangan, melakukan pengukuran setiap objek yang akan diuji, mencatat setiap hasil pengukuran objek yang diamati, kemudian mengimplementasikan data hasil pengamatan dalam bentuk tabel, grafik, dan naratif.



3.5.1



Teknik Analisis Data Teknik analisis data pada penelitian ini merupakan sebuah cara yang



dilakukan oleh peneliti untuk pengambilan data. Data-data yag diperoleh setelah menjalankan sistem yang telah dibuat, dalam tahap ini peneliti dapat menentukan tingkat keberhasilan yang telah dilakukan dengan meneliti semua data-data yang didapatkan. Dilakukan analisa pengujian untuk memecahkan sebuah masalah dari sistem yang telah dibuat dengan mengambil data hasil dari sebuah sistem tersebut dengan melakukan sebuah pengukuran. Tujuannya untuk mengetahui tingkat keberhasilan pada penelitian yang telah dilaksanakan.



3.5.2



Pengujian Catu Daya Rangkaian Catu daya yang terintegrasi oleh rangkaian modul Step Down



LM2596 perlu diukur terlebih dahulu agar mengetahui tegangan yang dihasilkan oleh Batere Rechargable 9V. Hal ini agar rangkaian tersebut dapat digunakan oleh Oximeter Max30100 dengan baik.. Tabel pengujian dapat dilihat pada Tabel



Pengujian



Nilai



Gambar  



Vbaterai Vin LM2596 Vout LM2596



 



3.5.3



Pengujian Liquid Crystal Display ( LCD ) Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) bertujuan untuk mengetahui apakah



LCD dapat menampilkan data – data program yang nantinya akan tampil di layar LCD. LCD 20x4 mempunyai karakter 16 pin dihubungkan pada I2C yang memiliki 4 pin yang dihubungkan langsung ke Arduino Uno sebagai keluaran hasil percobaan dan mempermudah pengujian. Penggunaan pin pada LCD I2C, ada beberapa pin yang digunakan sebagai pin pengirim dan penerima data yaitu SDA, SCL, VCC, serta Ground.



Tabel 3. 3 Pengujian pada I2C LCD No.



Pin I2C LCD



Pin Arduino



Output Tegangan (Volt) Kondisi LOW



Gambar Output Tegangan (Volt) Kondisi HIGH



3.5.4



Pengujian Sensor Max30100



Pengujian Sensor SpO2 bertujuan untuk mengetahui konversi rasio tegangan AC dan DC pada sensor (R) terhadap gula darah Referensi Sehingga akan di dapatkan nilai gula darah Prediksi dan kemampuan baca sensor yang presisi. Pengujian dillakukan Pada dua waktu yaitu Sebelum Makan (Puasa 8 Jam) dan pada 2 Jam setelah makan Hasil pengujian tertera pada Tabel 3.4



no



Kondisi



1



Ada Jari



Tegangan yang Di Hasilkan (Volt)



R (Desimal)



Kadar Gula (Mg/dL)



Tidak ada jari 2



Ada Jari Tidak ada Jari



Tabel 3. 4 Pengujian Sensor MAX30100 sebagai Pendeteksi Gula Darah Terhadap Catu Daya Sensor (GDP)



Pada Tabel 3.5 menunjukkan nilai Tegangan terhadap Gula darah Referensi pada saat keadaan Puasa 8 Jam atau yang di sebut Gula Darah Puasa (GDP) dalam pembuatan perangkat elektronika biasanya terjadi dengan keluaran yang tidak linier. Maka dari itu perlunya melakukan optimalisasi catu daya keluaran dari sensor utuk meminimisasi ketidaksesuaian antara nilai pengukuran dengan alat/divais yang dikembangkan dengan nilai sebenarnya merujuk pada hasil pemeriksaan laboratorium. Pengukuran Sensor pada 2 Jam setelah makan (GDPP) yang mana menunjukkan seperti pada tabel 3.5



Tabel 3. 5 Pengujian Sensor MAX30100 sebagai Pendeteksi Gula Darah Terhadap Catu Daya Sensor (GDPP) no



Kondisi



1



Ada Jari Tidak ada jari



2



Ada Jari Tidak ada Jari



Tegangan yang R Di Hasilkan (Desimal) (Volt)



Kadar Gula (Mg/dL)



3.5.5



Pengujian Sensor Max30100 Terhadap R kerja sistem ini adalah Sensor Oxymetri Max30100 merupakan sensor



pulse oxymetri yang dapat membaca kadar oksigen dalam darah (SPO2) dan menghitung Heart Rate (BPM) dari manusia dan Proyek akhir ini membutuhkan data kadar oksigen dalam darah (SPO2) yang didalamnya terkandung unsur nilai R. Nilai R ini merupakan hasil dari perbandingan hasil dari perbandingan tegangan AC dan DC milik Infrared Led dan Red Led. Untuk mendapatkan nilai R adalah dengan mengolah data SPO2 yang telah terbaca oleh mikrokontroler Arduino UNO Atmega328. Sesuai pada bab II subbab 2.1.15 Persamaan untuk mencari R terdapat pada persamaan (2)



𝑅=



110−𝑆𝑃𝑂2 ………………………………………………………. (2) 25



Tabel 3. 6 Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap nilai R pada Gula darah puasa (GDP)



No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.



R



GDP



Untuk pengambilan data sample dilakukan dengan 20 orang berbeda. Dari 20 sukarelawan tersebut didapatkanlah hasil pengukuran berupa nilai SPO2 dan kadar glukosa darah referensi menggunakan alat medis Easy Touch.



seperti pada tabel 3.6 pada halaman sebelumnya, pada tabel 3.7 disajikan data pengujian nilai R tegangan pada Sensor Max30100 terhadap nilai gula darah referensi yang didapat dari pengukuran sample darah dari alat konvensional yaitu glucometer Easytouch



Pada Tabel 3.7 berikut merupakan hasil pengukuran yang telah dilakukan pada saat waktu makan siang. Hasil pengukuran terhadap nilai R tegangan sensor sebagai variabel bebas dan hasil gula darah setelah makan siang (2 jam) . pengukuran ini dilakukan setelah pasien makan siang dan ditunggu selama 2 jam



Tabel 3. 7 Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap nilai R pada Gula darah puasa (GDP) No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



R



GDPP



8. 9. 10.



3.5.6



Pengujian Sensor MAX30100 Terhadap Rutinitas Sehari hari Pada pengujian sensor MAX30100 adalah untuk mengetahui kesesuaian



pembacaan MAX30100 terkait keberadaan Glukosa pada Aliran darah, sehingga mengetahui apakah sensor MAX30100 dapat melakukan pengukuran kadar Gula darah dengan baik. Pengujian Sensor MAX30100 bertujuan untuk mengetahui konversi gula darah prediksi membutuhkan data kadar oksigen dalam darah (SPO2) yang didalamnya terkandung unsur nilai R. Nilai R ini merupakan hasil dari perbandingan tegangan AC dan DC milik Infrared dan Red LED seetelah itu dibandingkan Sehingga akan di dapatkan kemampuan baca sensor yang presisi.



Tabel 3. 8 pengujian Sensor Max30100 Terhadap Rutinitas Sehari hari (Sebelum Makan) Usia



Gula Darah



Gambar Sensor



Max301 00



GCU Easytouch



Error (%)



GCU Easytouch



Tabel 3. 9 pengujian Sensor Max30100 Terhadap Rutinitas Sehari hari (Sesudah Makan) Usia



Gula Darah



Gambar Sensor



Max301 00



GCU Easytouch



Error (%)



GCU Easytouch



3.5.7 Pengujian Sensor MAX30100 Sebagai Pendeteksi Saturasi Oksigen (SpO2) Tujuan dari pengujian Sensor Max30100 adalah sebagaiman fungsi utama sensor ini adalah mendeteksi Kadar Oksigen dan Denyut Nadi (Pulse oxymeter) pada penelitian dalam membuat Alat Pengukur Gula Darah menggunakan Sensor Max30100 berbasis Arduino dibutuhkan nilai kadar Oksigen (%SpO2) sehingga nanti akan digunakan untuk mencari nilai R pada rasio tegangan masing-masing LED sensor yang nantinya akan ditemukan persamaan linear regression untuk



mendapatkan nilai gula darah prediksi. Agar mendapatkan nilai kadar oksigen yang presisi pengujian terhadap sensor oxymetri Max30100 dilakukan sebanyak 10 kali dengan orang berbeda. Pengambilan data dilakukan diwaktu dengan range sama, sehingga untuk data dari Max30100 dan Pulse Oximeter Elitech dapat dibandingkan. Pengukuran menggunakan Max30100 dilakukan dengannilai SPO2 yang dihasilkan oleh sensor. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan Microsoft Excel. Setelah dengan SPO2 didaptkan, maka dilakukan perhitungan untuk mencari nilai R dengan rumus 2.1 sebagai berikut :



Tabel 3. 10 pengujian Sensor Max30100 Terhadap Saturasi Oksigen Usia



3.5.8



Kadar Oksigen MAX30100 Oxymeter 0 MDD391



Error (%)



Gambar



Pengujian Metode Regresi terhadap data Sample Pada proses ini, data yang telah didapatkan pada Tabel 3.10 dam 3.11



diurutkan sesuai nilai R nya dari yang terkecil hingga terbesar. Sehingga untuk urutan variabel ID dan kadar glukosa mengikuti dari urutan nilai R. Setelah itu dilakukan analisa menggunakan aplikasi Microsoft Office Excel untuk analisis regresi. Berikut hasil yang didapatkan dari analisa regresi antara nilai R (Independents) dan kadar glukosa darah puasa (GDP) serta nilai R (Independents)



dengan kadar glukosa darah 2 jam setelah makan (GD2PP).



Tabel 3. 11 Pengujian Metode Regresi Linier terhadap Data Sampel Gula Darah Puasa (GDP)



R



GD



GDP2 (Desimal)



R2



GDP × R



Tabel 3. 12 Pengujian Metode Regresi Linier terhadap Data Sampel Gula Darah Setelah Makan (GDPP)



R



GDP



GDPP2 (Desimal)



R2



GDPP × R



Maka nantinya akan menghasilkan model persamaan regresi



Linier Regression : GDP = …………………………………………………..(7) GD2PP =



……………………………………………….(8)



3.5.8 Metode Clarke Error Grid Analysis Seperti yang dibahas di bab II subbab 2.1.17, Clarke Error Grid Analysis (EGA) digunakan untuk mengukur akurasi perkiraan glukosa darah yang dihasilkan oleh alat ukur dibandingkan dengan nilai gula darah referensi. Setelah melakukan pengujian secara in vivo yaitu mengambil sample gula darah referensi dari glucometer yang sudah ada di pasaran, peneliti melakukan pengujian secara in Vitro yaitu mengukur nilai R yang menjadi keluaran sensor Max30100 yang dapat dilihat pada subbab 3.5.4 dilakukan pengukuran R dan pengambilan sample kadar glukosa darah dilakukan bersama untuk satu orang yang sama. Data tersebut digunakan untuk mendapatkan persamaan Linier Regression. Persamaan tersebut menggambarkan hubungan linier antara nilai R dan kadar glukosa darah. Dimana dengan adanya persamaan Linier Regression maka akan didapatkan kadar glukosa darah prediksi. Dengan begitu akan dilakukan pengujian kembali untuk menganalisa hasil kadar glukosa darah prediksi dengan kadar glukosa darah referensi. Proses analisa tersebut menggunakan metode Clarke Error Grid Analysis.



Dari 20 orang sukarelawan dengan pengukuran dua waktu yaitu sebelum makan dan sesudah makan siang akan didapatkan nilai error dari model persamaan regresi dalam menentukan nilai kadar glukosa prediksi.Dimana perhitungan menggunakan data sample yang telah didapatkan sejumlah 20 orang. Setelah kadar gula prediksi diperoleh, maka dari proses Analisa Clarke Error Grid Analysis akan ditentukan penanganan dan evaluasi yang dilakukan secara medis. Dari analisis ini dapat ditetapkan di zona mana nilai-nilai gula darah yang diperoleh dari persamaan linier regression yang telah dibandingkan dengan nilai gula darah referensi baik itu di zona A, B , C, D, atau E seperti yang di bahas di Bab II subbab 2.1.17



BAB IV



HASIL PENELITIAN 4.1



Deskripsi Hasil Penelitian Pada bab ini membahas tentang hasil dari pembuatan sub sistem yang telah



dirancang seperti yang telah dijelaskan pada BAB III dan membahas pengujian dalam Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3 yang dihubungkan dengan I2C LCD sebagai antarmuka pengguna dalam mendapat informasi dari sistem. Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan MAX30100 Berbasis Mikrokontroler Arduino R3 dibuat berdasarkan antarmuka pengguna (user) dengan LCD I2C pada Gambar 4.1. Prototipe ini buat dengan skala 1:5, dimana sistem ini akan diterapkan pada Orang dengan rentang umur 17-20, 30-40, dan 50-60 tahun



3. 1 Tampilan Alat



Berdasarkan rancangan penelitian yang telah dijelaskan sebelumnya pada BAB III, maka peneliti mendeskripsikan hasil penelitian dalam prinsip kerja dan langkah penggunaan sistem.



4.1.1



Prinsip Kerja Rancang Bangun Alat Pendeteksi Gula Darah Menggunakan Oxymeter



MAX30100 Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 368 memiliki prinsip kerja yang akan selalu aktif ketika diberikan sumber daya dari catu daya. Saat di pasang alat dan telah melalui tes suhu maka selanjutnya alat mendeteksi gula darah dari pancaran sinar NIR pada Sensor SpO2 yang lain digunakan sebagai sensor yang di jepit pada jari pasien untuk mendeteksi gula darah, dengan ketentuan jika gula darah REPORTING_PERIOD_MS) { Serial.print("Heart rate:"); Serial.print(pox.getHeartRate()); Serial.print("bpm / SpO2:"); Serial.print(pox.getSpO2()); Serial.println("%"); tsLastReport = millis(); } }#include #include #include "MAX30100_PulseOximeter.h" LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); #define REPORTING_PERIOD_MS



1000



PulseOximeter pox; uint32_t tsLastReport = 0; void onBeatDetected() { Serial.println("Beat!"); }



void setup() { lcd.init() ;lcd.backlight(); Serial.begin(115200); Serial.print("Initializing pulse oximeter..");



lcd.begin(16,2); lcd.print("Initializing..."); delay(3000); lcd.clear(); // Initialize the PulseOximeter instance // Failures are generally due to an improper I2C wiring, missing power supply // or wrong target chip if (!pox.begin()) { Serial.println("FAILED"); for(;;); } else { Serial.println("SUCCESS"); } pox.setIRLedCurrent(MAX30100_LED_CURR_7_6MA); // Register a callback for the beat detection pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected); } void loop() { // Make sure to call update as fast as possible pox.update(); float R = (110-float(pox.getSpO2()))/25; if (millis() - tsLastReport > REPORTING_PERIOD_MS) { float glu = ((142.9012*R)-1.73746); Serial.print("SpO2:"); Serial.print(pox.getSpO2()); Serial.println("%"); Serial.print(R); Serial.print("\t"); Serial.print("glu="); Serial.print(glu); Serial.println(" mg/Dl"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); if (millis() >20000) { lcd.print("Glu: "); lcd.setCursor(5,0); lcd.print(glu); lcd.setCursor(9,0); lcd.print("mg/dL"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("SpO2: "); lcd.print(pox.getSpO2()); lcd.print("%"); } tsLastReport = millis(); } }



#include #include "MAX30100.h" #define SAMPLING_RATE



MAX30100_SAMPRATE_100HZ



#define IR_LED_CURRENT #define RED_LED_CURRENT



MAX30100_LED_CURR_50MA MAX30100_LED_CURR_27_1MA



#define #define HIGHRES_MODE



PULSE_WIDTH MAX30100_SPC_PW_1600US_16BITS true



void setup() { Serial.begin(115200); Serial.print("Initializing MAX30100..");



if (!sensor.begin()) { Serial.println("FAILED"); for(;;); } else { Serial.println("SUCCESS"); }



sensor.setMode(MAX30100_MODE_SPO2_HR); sensor.setLedsCurrent(IR_LED_CURRENT, RED_LED_CURRENT); sensor.setLedsPulseWidth(PULSE_WIDTH); sensor.setSamplingRate(SAMPLING_RATE); sensor.setHighresModeEnabled(HIGHRES_MODE); } void loop() { uint16_t ir, red; sensor.update(); while (sensor.getRawValues(&ir, &red)) { Serial.print(ir); Serial.print('\t'); Serial.println(red); } }



% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %



CLARKE Performs Clarke Error Grid Analysis The Clarke error grid approach is used to assess the clinical significance of differences between the glucose measurement technique under test and the venous blood glucose reference measurements. The method uses a Cartesian diagram, in which the values predicted by the technique under test are displayed on the y-axis, whereas the values received from the reference method are displayed on the x-axis. The diagonal represents the perfect agreement between the two, whereas the points below and above the line indicate, respectively, overestimation and underestimation of the actual values. Zone A (acceptable) represents the glucose values that deviate from the reference values by ?0% or are in the hypoglycemic range ( 400) || (max(yp) > 400) || (min(y) < 0) || (min(yp) < 0) error('clarke:Inputs','Vectors y and yp are not in the physiological range of glucose (