Project Mikrokontroller Pendeteksi Detak Jantung Berbasis Arduino

Alat Pendeteksi dan Monitoring Detak Jantung Berbasis Arduino

      1.       Latar Belakang

Saat ini perkembangan teknologi semakin pesat, sehingga memudahkan kita dalam melakukan segala hal. Tak terkecuali dalam hal kesehatan dimana kita bisa memanfaatkan perangkat yang mudah didapat dan digunakan untuk dimanfaatkan dalam membantu mendeteksi maupun mengontrol kesehatan kita secara umum dan mendasar. Adapun Tujuan dari pembuatan alat ini adalah agar bisa memantau denyut jantung secara berkala tak perlu lagi dengan harus datang ke rumah sakit atau fasilitas kesehatan lainnya. Sehingga bisa menggunakan alat pengukur detak jantung yang sederhana dan mudah digunakan.

Mengukur denyut jantung adalah proyek yang sangat umum dalam perawatan kesehatan saat ini, dan itu sangatlah  cukup mudah dilakukan dengan  mengombinasikan smartphone Anda misalnya. Dalam proyek ini, Anda akan dapat belajar bagaimana  mengukur detak jantung Anda sendiri  dengan menggunakan hardware yang open-source yaitu  Arduino uno.

Kita akan belajar bagaimana mengukur detak jantung  menggunakan sensor Arduino yang kompatibel. Kemudian, kita juga  akan mengirimkan data yang berhasil didapat  melalui Bluetooth, dan menampilkannya pada komputer  kita sehingga  dapat direkam hasil  dari detak jantung kita .

      2.       Tinjauan Pustaka

Penelitian yang dilakukan oleh Sirat, dkk (2010) tentang rancang bangun sistem pengenalan penyakit jantung menggunakan metode Hidden Markov Model (HMM). Pada sistem ini terbagi menjadi dua proses utama, yaitu pembentukan database dan pengenalan penyakit jantung. Kedua proses ini dilakukan dengan cara yang hampir sama, yaitu tiap sampel akan mengalami proses pelabelan, pembuatan codebook dan pembentukan parameter HMM. Pada penelitian ini, ukuran codebook yang optimal adalah 128, jumlah database yang optimal adalah 10 buah dan rentang waktu sampel yang optimal adalah 0,7s. Sementara akurasi sistem secara keseluruhan bervariasi antara 60% hingga 85%. Penelitian yang dilakukan oleh Prasetyo (2014) tentang perancangan aplikasi deteksi detak jantung dengan pemanfaatan sensor cahaya berbasis android. Aplikasi berbasis android ini dibangun menggunakan bahasa pemrograman Java dan sensor yang digunakan adalah sensor cahaya. Aplikasi ini mampu bekerja menjalankan sistem sehingga dapat menampilkan output angka dari deteksi detak jantung dan menyimpan data ke database untuk informasi bagi pengguna.

Penelitian yang dilakukan oleh Wijaya dan Khalilullah (2010) tentang rancang bangun alat pengukur detak jantung dan suhu tubuh manusia berbasis komunikasi Bluetooth. Sistem yang dirancang ini merupakan sistem yang mampu memberikan informasi kondisi kesehatan kepada pengguna, dalam hal ini adalah kondisi detak jantung dan suhu tubuh. Cara kerja sistem ini adalah dengan mengambil data hasil pendeteksi sensor detak jantung dan sensor suhu tubuh yang kemudian ditampilkan menggunakan aplikasi pada mobile phone. Pengendali sensor serta transfer data ke mobile phone menggunakan Bluetooth Module EmbeddedBlue 506. Sehingga pengguna diharapkan dapat mendeteksi dengan mudah dan lebih dini kondisi kesehatannya. Penelitian yang dilakukan oleh Sufiana (2011) tentang rancang bangun penghitung denyut jantung berbasis mikrokontroler AVR ATMega 8535. Alat ini dapat digunakan untuk menghitung denyut jantung permenit sebagai pemantauan kondisi kesehatan manusia. Sistem penghitung denyut jantung ini dibuat dengan menggunakan stetoskop sebagai sensor. Sistem ini akan mendeteksi dan mencacah denyut jantung manusia kemudian menampilkan hasil pengukuran dalam bentuk grafik dan dapat disimpan ke dalam basis data. Berdasarkan kajian pustaka terhadap penelitian-penelitian di atas, maka pada penelitian ini akan membahas tentang perancangan dan pembuatan aplikasi monitoring untuk memantau  jantung pada tubuh manusia melalui finger test menggunakan pulse sensor berbasis microcontroller Arduino

      3.       Dasar Teori

3.1 Arduino Uno

Arduino adalah sebuah board mikrokontroler yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output digital yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 pin input analog, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroler; dapat dikoneksikan dengan komputer  menggunakan kabel USB.

Gambar 1 berikut ini adalah bentuk fisik Mikrokontroler Arduino Uno.
                                                             

Gambar 1. Microcontroller Arduino Uno

Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler yang lain selain
bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramannya sendiri yang berupa
bahasa C. Software ini dapat diunduh dengan berbagai versi, untuk kemudian disesuaikan
dengan sistem operasi pada komputer. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan ketika memprogram mikrokontroler di dalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.

3.2. Pulse Sensor

Pulse sensor adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi detak jantung dan dirancang untuk arduino. Pada penelitian ini, akan dilakukan pendeteksian detak jantung menggunakan
pulse sensor melalui finger test. Papan rangkaian pulse sensor ditempelkan pada jari tangan,
kemudian node sensor akan membaca detak jantung, untuk selanjutnya mengirim hasil rekam
detak jantung ke node koordinator yang terhubung dengan aplikasi monitoring. Gambar 2
menunjukkan finger test menggunakan papan rangkaian pulse sensor yang diletakkan pada jari
tangan.

Gambar 2. Pulse Sensor

Melalui pulse sensor ini, petugas medis (dokter dan perawat) dapat memanfaatkan untuk
mendeteksi kondisi stres, kondisi relaks, tingkat kebuaran fisik, kondisi kesehatan seseorang
dan sebagainya. Cara penggunaan pulse sensor adalah dengan meletakkan pulse sensor board
ke bagian permukaan tubuh, seperti jari tangan atau daun telinga, kemudian infra merah
bersama dengan fotodetektor mengatur arus di dalam rangkaian relatif terintegrasi untuk
penyerapan cahaya yang menembus jari. Transmisi cahaya melalui arteri adalah denyutan yang
diakibatkan pemompaan darah oleh jantung. Selanjutnya, hasil pembacaan pulse sensor akan
dikirimkan ke mikrokontroler arduino untuk diproses. Hasil pemrosesan tersebut kemudian
akan divisualisasikan melalui komputer.

      4.       Metode dan Perancangan

Diagram blok perancangan hardware sistem ini dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini. Aplikasi monitoring untuk deteksi detak jantung berbasis arduino yang dibuat terhubung dengan laptop.

Gambar 3. Blok Diagram Perancangan Sistem

Kita juga akan memerlukan Pulse Tingkat Sensor Amped untuk Arduino (Sensor detak jantung ).

Untuk komunikasi Bluetooth, saya akan menggunakan modul Adafruit EZ-Link Bluetooth. Kemudian  kita juga perlu  banyak kabel jumper dan papan project board untuk membuat semua koneksi listrik yang diperlukan.

Ini adalah daftar dari semua komponen yang diperlukan untuk melakukan proyek ini:

Arduino Uno

Pulse Sensor

Bluetooth EZ-Link module

Breadboard

Jumper wires

kemudian kita juga butuh perangkat lunak, sehingga kita perlu men-download aplikasi arduino dan menginstal perpustakaan Arduino Uno.

Terakhir  kita perlu juga men-download dan menginstal Node.js, karena kita akan menggunakannya untuk bagian akhir ketika akan menampilkan data di komputer sehingga bisa melihat hasil.

Merancang Skema

Sekarang kita akan mencoba merakit rangkaian ini. Pertama, ambil beberapa kabel untuk menghubungkan 5V pin dengan Arduino denga jalur merah (+) pada papan project board, dan GND dari papan Arduino dengan jalur biru di papan project board. Setelah itu, hubungkan sensor denyut nadi. Cukup dengan menyambungkan kabel merah ke jalur listrik merah dan kabel hitam ke jalur biru pada project board dan kawat yang tersisa untuk pin analog A0 pada papan Arduino. Untuk modul Bluetooth, letakkan pada papan project . Kemudian, hubungkan catu daya: menghubungkan pin VIN untuk jalur merah, dan menghubungkan GND pin untuk jalur biru. Untuk saat ini, tidak menghubungkan TX dan RX pin, karena kita perlu mencoba program papan Arduino terlebih dahulu untuk memastikan proyek ini bekerja atau tidak. Ini adalah gambar dari proyek dirakit secara lengkap (dengan TX dan RX pin dengan modul Bluetooth terhubung):

rangkaian heart rate dengan bluetooth

Sekarang kita akan mengkonfigurasi perangkat ini, yaitu dengan menuliskan beberapa kode tes Arduino untuk memeriksa bahwa sensor denyut jantung bekerja dengan benar.

Pertama kita perlu mendefinisikan variabel yang akan berisi denyut jantung per menit (BPM):

    volatile int BPM;

Kemudian, kita juga mendefinisikan beberapa variabel yang dibutuhkan untuk algoritma deteksi detak jantung supaya dapat bekerja:

volatile int Signal;
volatile int IBI = 600;
volatile boolean Pulse = false;
volatile boolean QS = false;

Sekarang, di setup () bagian dari sketsa, kita mulai komunikasi Serial, sehingga kita bisa menampilkan beberapa data pada Arduino  pada Serial agar bisa terpantau:

Serial.begin(115200)

kemudian  memanggil fungsi interruptSetup, yang akan menginisialisasikan algoritma yang digunakan untuk menemukan denyut jantung

(tidak rinci dalam tutorial ini):

interruptSetup();

Sekarang, didalam loop () fungsi sketsa,  kita mendeteksi pulsa jantung (QS = 1), kita akan mencetaknya di Serial Monitor:

// If heart beat is found
if (QS == true) {

// Print heart rate
Serial.print(“Heart rate: “);
Serial.println(BPM);

// Reset the Quantified Self flag for next time
QS = false;

}

dengan mengulangi operasi ini setiap 20 milidetik:

delay(20);

bahwa semua kode ini dapat ditemukan dalam repositori GitHub artikel:https://github.com/openhardwarehealthcare/bluetooth-pulse-rate-sensor.

Sekarang saatnya untuk melakukan tes pertama proyek kami. Upload kode ke papan Arduino, dan kemudian buka Serial Monitor. Kemudian, meletakkan jari Anda di atas sensor denyut jantung, pastikan untuk mengencangkan band sekitar sensor sehingga ujung jari Anda benar-benar bersentuhan dengan sensor.

Jika diperlukan, Anda dapat mengunjungi halaman  ini untuk meminta bantuan office page sensor denyut jantung.

detak jantung Anda yang ditampilkan dalam serial pemantau:

Cara menampilkan Pulse Rate pada Desktop Anda Sekarang kita  akan membangun cara sederhana untuk menampilkan detak jantung pada desktop, dalam aplikasi web. Untuk melakukannya, pertama kita perlu memodifikasi sketsa Arduino. Untuk membantu kami, kami akan memanfaatkan perpustakaan aREST yang akan menangani komunikasi melalui Bluetooth.

          Dimulai dengan memasukkan perpustakaan ini:

#include <aREST.h>

         Mendeklarasikan variabel yang akan berisi BPM diukur:

int measured_bpm;

         Dalam setup () fungsi sketsa, kita berikan nama untuk proyek ini, dan juga mengekspos variabel untuk API sehingga kita dapat mengaksesnya dari jarak jauh:

// Give name and ID to device
rest.set_id(“1”);
rest.set_name(“pulse_rate_sensor”);
// Expose BPM to API
rest.variable(“bpm”,&measured_bpm);

      Dalam loop () fungsi, kita menyimpan BPM ukuran ke variabel kita dengan:

measured_bpm = BPM;

Kemudian  memasukan data yang masuk menggunakan perpustakaan aREST:

rest.handle(Serial);

Pada dasarnya untuk bagian Arduino ini. Anda dapat menemukan kode lengkap di:

https://github.com/openhardwarehealthcare/bluetooth-pulse-rate-sensor

Sekarang Anda dapat meng-upload kode ke papan Arduino. Kemudian, hubungkan RX & TX pin dari modul Bluetooth. Hubungkan TX ke RX Arduino, dan sebaliknya. Setelah itu, memasangkan modul Bluetooth dengan komputer Anda menggunakan pengaturan Bluetooth komputer Anda.

Sekarang kita  akan melihat bagaimana menggunakan aplikasi untuk menampilkan data, berdasarkan Node.js. Kita tidak akan melihat semua rincian dari aplikasi ini, tetapi pada dasarnya setelah Anda men-download file dari repositori GitHub Anda hanya perlu memodifikasi port Serial sesuai dengan modul Bluetooth Anda. Nilai ini dapat ditemukan di Anda Arduino IDE bawah Tools>Port. Kemudian, buka file yang bernama app.js, dan memodifikasi baris berikut:

rest.addDevice(‘serial’,’/dev/tty.usbmodem1a12121′, 115200);

          Perhatikan bahwa kita dapat menemukan seluruh antarmuka pada:

https://github.com/openhardwarehealthcare/bluetooth-pulse-rate-sensor

Sekarang saatnya untuk menguji aplikasi. Pergi di folder di mana Anda meletakkan semua file aplikasi, dan jenis:

          sudo npm install arest express jade
Kemudian, mulai aplikasi dengan:
           node app.js
Akhirnya, pergi ke browser web favorit Anda dan ketik:
            localhost: 3000
Kita akan melihat antarmuka yang ditampilkan, dengan detak jantung Anda disegarkan menerus.

       5.       Hasil Uji Coba

Hasil pengujian berikut menunjukkan hasil pengujian menggunakan aplikasi yang dibuat dibandingkan dengan menggunakan cara manual (memegang nadi) untuk deteksi detak jantung. Hasil pengujian disajikan pada Tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Hasil Pengujian

Pengujian dilakukan pada 15 (lima belas) responden untuk diukur detak jantungnya menggunakan sistem yang sudah dibuat, dan diukur menggunakan cara manual yaitu dengan memegang denyut nadi. Hasil rata-rata detak jantung menunjukkan bahwa hasil dari aplikasi lebih tinggi dibandingkan dengan hasil manual.

      6.       PENUTUP
6.1. Kesimpulan

Pada penelitian yang sudah dilaksanakan yaitu perancangan sistem sudah dilakukan sehingga menghasilkan rangkaian sistem aplikasi monitoring pengukuran detak jantung. Sistem pengukuran detak jantung ini dilengkapi dengan aplikasi monitoring sehingga hasilnya dapat dipantau melalui laptop/komputer. Hasil pengujian sistem menunjukkan bahwa hasil rata-rata pengujian detak jantung menggunakan sistem yang dibuat lebih tinggi daripada menggunakan cara manual.

6.2. Saran

Dengan memantau denyut jantung secara berkala, kita akan dapat mencegah beberapa penyakit seperti aritmia (denyut jantung tak beraturan), jantung koroner, hipertensi atau sekadar mengetahui kadar stres serta kualitas tidur kita tiap harinya. Sehingga untuk kedepannya kita bisa meningkatkan kualitas hidup yang lebih baik lagi.

Sumber artikel dan Referensi :

https://fajarahmadfauzi.wordpress.com/2015/06/27/sensor-detak-jantung-dengan-arduino/ . Diakses 24 Maret 2020

https://media.neliti.com/media/publications/79379-ID-rancang-bangun-aplikasi-monitoring-detak.pdf . Diakses 24 Maret 2020

https://health.detik.com/kebugaran/d-3918447/jangan-tunggu-sakit-ini-pentingnya-pantau-denyut-jantung-secara-berkala . Diakses 24 Maret 2020