Monitoring detak jantung wireless sebagai pengatur kecepatan motor

ABSTRAK
Jantung merupakan organ terpenting yang dimiliki oleh manusia. Untuk mendengarkan
bunyi detak jantung dibutuhkan alat stetoskop. Dengan alat ini kami memanfaatkannya untuk
rangkaian monitoring detak jantung wireless sebagai pengontrol kecepatan motor. Rangkaian
ini berfungsi untuk mengetahui bunyi detak jantung yang ditangkap oleh rangkaian preamplifier
untuk dikuatkan dan sinyal detak jantung diproses oleh rangkaian komparator, yang selanjutnya
dikirim ke rangkaian penerima melalui infrared.
Sinyal akan diterima oleh photodioda pada rangakaian penerima setelah dikuatkan
dengan non inverting amplifier. Dan sinyal masuk ke rangkaian led 5 bar dan seven segment.
Selanjutnya sinyal yang didapat pada seven segment digunakan untuk mengontrol kecepatan
putaran motor menggunakan sistem PWM . 0-0 Motor OFF-> Display 1-47Motor Putar lambat> Display 48 keatas Motor putar Cepat.
Kata kunci: rangkaian pengirim, rangkaian penerima.
PENDAHULUAN
1.
Latar belakang
Jantung merupakan organ terpenting dalam tubuh manusia. Organ ini sangat
penting dalam setiap aktivitas manusia. Untuk itu melalui alat rangkaian Monitoring
Detak Jantung Wireless sebagai Pengontrol Kecepatan Motor ini, bunyi detak
jantung di deteksi oleh stetoskop dilengkapi dengan mic kondensor kemudian akan
dihitung jumlah denyutnya permenit.
2.
Tujuan
Menciptakan
rangkaian
Monitoring
Pengontrol Kecepatan Motor. Dimana
Detak
Jantung
Wireless
sebagai
IC OP-Amp adalah komponen paling
berperan dalam rangkaian ini, yaitu sebagai penguatan sinyal dalam rangkaian non
inverting. sehingga sinyal yang didapatkan adalah sinyal tertinggi. Dengan sinyal
tertinggi yang digunakan, maka rangkaian ini dapat berjalan dengan baik.
.
DASAR TEORI
Penjelasan umum sistem
Cara kerja sistem “MONITORING DETAK JANTUNG WIRELESS
SEBAGAI PENGONTROL KECEPATAN MOTOR ”. Sistem ini terdiri dari
beberapa bagian yaitu, sistem pemancar (pre amplifier, komparator, monostabil), sistem
penerima {timer, led 5 bar, display seven segment dan sistem PWM ( Pulse Wave
Modulation)}. Berikut penjelasannya :
1) Penjelasan mengenai rangkaian pengirim ( TRANSMITTER )
Bunyi detak jantung diambil dari stetoskop yang telah dilengkapi mic kondensor
didalamnya. Ouputan mic kondensor di kuatkan oleh rangkaian preamplifier yang
didalamnya terdapat IC LM386. Selanjutnya outputannya di terima oleh rangkaian
komparator. Hasil komparator akan diterima oleh monostabil yang selanjutnya dikirim
melalui infrared ke rangkaian penerima.
2) Penjelasan mengenai rangkaian penerima ( RECEIVER )
Sinyal akan diterima oleh photodioda selanjutnya dikondisikan dengan rangkaian
pengkondisi sinyal kemudian dikuatkan dengan op-amp, sinyal yang diterima akan
diumpankan ke rangkaian led 5 bar. Sinyal detak jantung kemudian di hitung dengan
counter dan hasilnya ditampilkan ke dalam 2 buah seven segment. Hasil dari seven
segment nantinya digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan sistem PWM.
3) Penjelasan mengenai timer
Rangkaian ini adalah rangkaian yang berfungsi untuk membatasi lama waktu
penghitungan denyut jantung. Rangkaian ini disetting untuk waktu 1 menit sehingga
ketika waktu telah mencapai 1 menit penghitungan denyut jantung berhenti sehingga pada
display akan muncul nilai denyut per menit.
4) Penjelasan mengenai display
Rangkaian ini berfungsi sebagai tampilan dari denyut jantung yang dihitung. Pada
rangkaian ini banyaknya denyut jantung yang dihitung ditampilkan pada 2 buah seven
segment yang kemudian digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor.
5) Penjelasan mengenai sistem PWM ( PULSE WAVE MODULATION )
Rangkaian ini adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengatur kecepatan motor.
Rangkaian ini bekerja berdasarkan angka yang di tunjukkan oleh seven segment dengan
ketentuan sebagai berikut:
 Angka 00 Motor OFF
 Angka 1-47 Motor putar lambat
 Angka 48 keatas Motor putar cepat
Adapun beberapa komponen yang digunakan diantaranya :
1. IC (integrated circuit)
Sirkuit terpadu (bahasa Inggris: integrated circuit atau IC) adalah komponen
dasar yang terdiri dari resistor, transistor dan lain-lain. IC adalah komponen yang
dipakai sebagai otak peralatan elektronika.
Adapun ic yang dipakai dalam rangkaian ini adalah :
 LM386
LM386 adalah amplifier frekuensi audio berdaya rendah yang hanya
memerlukan power supply kecil (baterai). IC ini memiliki 8 pin, didesain untuk
penguatan 20x tanpa tambahan komponen luar. Tetapi penguatan ini bisa
ditingkatkan sampai 200x dengan menambahkan beberapa komponen.
 LM741
LM741 adalah salah satu IC (Integrated Circuit) Op-Amp (Operational
Amplifier) yang memiliki 8 pin. IC Op-Amp ini terdapat 2 jenis bentuk, yaitu
tabung (lingkaran) dan kotak (persegi), tetapi yang umum adalah yang
berbentuk persegi. Op-Amp banyak digunakan dalam sistem analog komputer,
penguat video/gambar, penguat audio, osilator, detector dan lainnya. Supply
maksimum untuk IC ini adalah 15 volt.
 LM358
LM358 adalah IC 8 pin yang terdiri dari 2 Op-Amp. IC ini biasanya digunakan
untuk penguatan tegangan (inverting Amp. atau non inverting Amp.), integerator,
oscillator, komparator dengan menggunakan konfigurasi rangkaian masing-masing
pada setiap kegunaannya.
 IC 7447
IC 7447 digunakan sebagai decoder bilangan biner 4 input
 IC 74192
IC ini merupakan IC sinkron Up/down counter yang pencacah puluhan dengan dua
masukan clock ( pin 4 dan pin 5 ). Satu untuk counter down ( pin 4) dan yang satu
lagi untuk counter up ( pin 5 ).
 IC 7408
IC ini adalah IC 14 pin yang berisikan 4 buah gerbang logika AND 2 inputan.
 IC 555
Ic ini di gunakan untuk rangkaian pewaktu/clock
2. Display seven segment
Display 7 segment merupakan komponen yang berfungsi sebagai penampil
karakter angka dan karakter huruf. Display 7 segment sering juga disebut sebgai
penampil 7 ruas. Pada display 7 segment juga dilengkapi karakter titik (dot) yang sering
dibutuhkan untuk karakter koma atau titik pada saat menampilkan suatu bilangan.
Display 7 segment terdiri dari 7 penampil karakter yang disusun dalam sebuah kemasan
sehingga dapat menampilkan karakter angka dan karakter huruf. Terdapat 7 buah
penampil dasar dari LED (Light Emiting Diode) yang dinamakan karakter A-F dan
karakter dot.
Bentuk susunan karakter penampil karakter A-F pada display 7 segmen dapat
dilihat pada gambar berikut.
Bentuk Susunan Karakter Display 7 Segment
Pada dasarnya penampil 7 segment merupakan rangkaian 7 buah dioda LED (Light
Emiting Diode). Terdapat 2 (dua) jenis rangkaian dasar dari display 7 segment yang
dikenal sebagai display 7 segment common anoda (CA) dan common cathoda (CC).
Pada display common anoda untuk mengaktifkan karakter display 7 segment diperlukan
logika low (0) pada jalur A-F dan DP dan sebaliknya untuk display 7 segment common
cathoda (CA). Rangkaian internal display 7 segment common anoda dan common
cathoda (CC) dapat dilihat pada gambar berikut.
Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Anoda
Rangkaian Internal Display 7 Segment Common Cathoda
Rangkaian LED seperti pada gambar diatas disusun sedemikian rupa sehingga
membentuk display 7 segment yang dapat menampilkan karakter angka dan huruf.
Karena hanya terdiri dari 7 bagian (7 ruas) maka tampilan huruf yang dihasilkan dispaly
7 segment tidak dapat menampilkn karakter huruf secara lengkap a-z, akan tetapi dalam
aplikasi rangkaian elektronika karakter huruf yang sering ditampilkan oleh display 7
segment adalah karakter A-F saja. Display 7 segment dapat menamplikan karakter angka
desimal 0 – 9 yang dapat dilihat pada gambar berikut.
Karakter Angka Pada Display 7 Segment
Dipasaran dapat dijumpai dispaly 7 segment dalam beberapa farian fisik yang
bermacam-macam. Ada yang dikemas untuk menampilkan 1 karakter angka dan ada
juga yang dikemas langsung untuk menampilkan beberapa karakter angka. Contoh
bentuk display 7 segment yang dapat dijumpai dipasaran dapat dilihat dipasaran dapat
dilihat pada gambar berikut :
Contoh Bentuk Fisik Display 7 Segment
3. Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi
jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Resistor merupakan sebuah komponen
yang bersifat pasif, berguna untuk mengatur serta menghambat arus listrik. Besarnya nilai
tahanan resistor ditentukan oleh warna yang tertera pada badan resistor.
Gambar 1. Tabel kode-kode warna pada Resistor
4. Multiturn
Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang
membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan
(salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor
variabel. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik
seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu
mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick.
Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt)
secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog
(misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk
sirkuit elektronik.
gambar multiturn
5. VR (Variabel Resistor)
Variabel resistor juga biasa disebut dengan potensiometer yaitu resistor tiga
terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika
hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser),
potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya
digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat.
Gambar 3. Variable Resistor
6. Kapasitor
Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan
huruf “C” adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan
listrik.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh
suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara
vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik,
maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya
dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu
lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya
muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan
dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi
pada ujung-ujung kakinya.
Gambar 4. Kapasitor
Berdasarkan kegunaannya kondensator di bagi menjadi :
1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap
2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser
tidak dapat diubah)
= Elco)
3. Kondensator variabel (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah)
Pada kapasitor yang berukuran besar, nilai kapasitansi umumnya ditulis dengan
angka yang jelas. Lengkap dengan nilai tegangan maksimum dan polaritasnya. Misalnya
pada kapasitor elco dengan jelas tertulis kapasitansinya sebesar 100µF25v yang artinya
kapasitor/ kondensator tersebut memiliki nilai kapasitansi 100 µF dengan tegangan kerja
maksimal yang diperbolehkan sebesar 25 volt.
Kapasitor yang ukuran fisiknya kecil biasanya hanya bertuliskan 2 (dua) atau 3
(tiga) angka saja. Jika hanya ada dua angka, satuannya adalah pF (pico farads).
Dari penjelasan di atas bisa diketahui bahwa karakteristik kapasitor selain
kapasitansi juga tak kalah pentingnya yaitu tegangan kerja dan temperatur kerja.
Tegangan kerja adalah tegangan maksimum yang diijinkan sehingga kapasitor masih
dapat bekerja dengan baik. Misalnya kapasitor 10uF25V, maka tegangan yang bisa
diberikan tidak boleh melebihi 25 volt dc. Umumnya kapasitor-kapasitor polar bekerja
pada tegangan DC dan kapasitor non-polar bekerja pada tegangan AC. Sedangkan
temperatur kerja yaitu batasan temperatur dimana kapasitor masih bisa bekerja dengan
optimal.
7. Dioda
Dioda berasal dari kata DI = dua dan ODA = elektroda atau dua elektroda, dimana
elektroda-elektrodanya tersebut adalah ANODA yang berpolaritas positif dan KATODA
yang berpolaritas negatif.
Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik
mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda
aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena
karakteristik
satu
arah
yang
dimilikinya.
Dioda
varikap
(VARIable
CAPacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut
karakteristik
menyearahkan.
Fungsi
paling
umum
dari
dioda
adalah
untuk
memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan
untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya,
dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
Gambar 5. Dioda beserta simbolnya
8. Trafo
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok
yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua
(skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat
medan magnet yang dihasilkan.
Bagian-Bagian Transformator
Gambar dan simbol trafo
Gambar 6. Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika Kumparan
primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada
kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang
berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder,
sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini
dinamakan induktansi timbal-balik.
Gambar 7. Skema transformator
Pada skema transformator di atas, ketika arus listrik dari sumber tegangan yang
mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang
dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan
sekunder akan berubah polaritasnya.
9. IC Regulated
IC (Integrated Circuit) adalah nama lain chip. IC adalah piranti elektronis yang
dibuat dari material semikonduktor. IC atau chip merupakan cikal bakal dari sebuah
komputer dan segala jenis device yang memakai teknologi micro-controller lainnya.
IC ditemulan pada tahun 1958 oleh seorang insinyur bernama Jack Kilby yang
bekerja pada Texas Intruments mencoba memecahkan masalah dengan memikirkan
sebuah konsep menggabungkan seluruh komponen elektronika dalam satu blok yang
dibuat dari bahan semikonduktor. Penemuan itu kemudian dinamakan IC (Integrated
Circuit) atau yang kemudian lazim disebut chip. Beberapa saat setelah itu, Robert Noyce,
yang bekerja pada Fairchild Semiconductor Corporation, menemukan hal serupa,
meskipun mereka bekerja pada dua tempat yang berbeda.
-
IC 78xx dan 79xx
Sirkuit terpadu seri 78xx dan 79xx (kadang-kadang dikenal sebagai LM78xx dan
LM79xx) adalah sebuah keluarga sirkuit terpadu regulator tegangan linier monolitik
bernilai tetap. Keluarga 78xx dan 79xx adalah pilihan utama bagi banyak sirkuit
elektronika yang memerlukan catu daya teregulasi karena mudah digunakan dan harganya
relatif murah. Untuk spesifikasi IC individual, xx digantikan dengan angka dua digit yang
mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain, contohnya 7805 dan 7905 mempunyai
keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt. Keluarga 78xx adalah regulator tegangan
positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif
positif terhadap ground bersama. Keluarga 79xx adalah peranti komplementer yang
didesain untuk catu negatif. IC 78xx dan 79xx dapat digunakan bersamaan untuk
memberikan regulasi tegangan terhadap pencatu daya split.
IC 78xx dan 79xx mempunyai tiga terminal dan sering ditemui dengan kemasan
TO220, walaupun begitu, kemasan pasang-permukaan D2PAK dan kemasan logam TO3
juga tersedia. Peranti ini biasanya mendukung tegangan masukan dari 3 volt diatas
tegangan keluaran hingga kira-kira 36 volt, dan biasanya mempu pemberi arus listrik
hingga 1.5 Ampere (kemasan yang lebih kecil atau lebih besar mungkin memberikan arus
yang lebih kecil atau lebih besar.
Gambar 8. LM78XX
Gambar 9. LM79XX
10. Relay
Relay adalah suatu rangkaian switching magnetik yang bekerja bila mendapat catu
dari rangkaian trigger. Relay memiliki tegangan dan arus nominal yang harus dipenuhi
output rangkaian pendrivernya/pengemudinya. Arus yang digunakan pada rangkaian
adalah arus DC. Konstruksi dalam suatu relay terdiri dari lilitan kawat (coil) yang
dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapatkan arus, inti besi lunak
menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak.
Switch kontak mengalami gaya tarik magnet sehingga berpindah posisi ke kutub
lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir
pada kumparan relay. Dan relay akan kembali ke posisi semula yaitu normally-off, bila
tidak ada lagi arus yag mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay
yang digunakan. Dan pemakaian jenis relay tergantung pada keadaan yang diinginkan
dalam suatu rangkaian/sistem.
Gambar 10. Bentuk fisik relay
Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.2, coil adalah gulungan
kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang
pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis :
Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed
(kondisi awal sebelum diaktifkan close).
Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy
listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang
berpegas, dan contact akan menutup.
Gambar 11. Bagian-bagian Relay
Menurut kerjanya relay dapat dibedakan menjadi:
 Normaly Open (NO); saklar akan tertutup bila dialiri arus.
 Normaly Close (NC); saklar akan terbuka bila dialiri arus.
11. Transistor
Transistor adalah komponen semi konduktor (bersifat menghantar dan menahan
arus listrik). Semua Transistor mempunyai tiga kaki,yaitu Colector (C) Basis (B) Emitor
(E) dan masing2 mempunyai fungsi sendiri-sendiri dengan berbagai tipe. Berikut fungsi
Transistor :
1. Sebagai perata arus.
2. Menahan sebagian arus.
3. Menguatkan arus.
4. Membangkitkan frequency rendah maupun tinggi.
a. Transistor NPN
Adalah transistor positive ,dimana transistor dapat bekerja mengalirkan arus
listrik apabila basis dialiri tegangan. Dimana karakteristik transistor ini akan
mengalami saturasi apabila arus basis lebih dari 0,7 V.
b. Transistor PNP
Adalah transistor yang dapat bekerja mengalirkan arus listrik apabila basis
dialiri tegangan. Dimana karakteristik transistor ini akan mengalami saturasi apabila
arus basis kurang dari 0,7 V.
c. Jenis transistor menurut bahannya
1. Transistor Germanium
Adalah transistor yang terbuat dari bahan germanium (berbadan besi keras
berwarna putih) terdiri dari jenis NPN dan PNP.
2. Transistor Silicon
Adalah transistor yang terbuat dari silikon (berbadan seperti plastik
mengkilap kebanyakan berwarna hitam) juga terdiri dari jenis NPN dan PNP.
Gambar 12. Bentuk TR Silicon & Germaium
1.1 Transistor Sebagai Saklar
Transistor dapat dikatakan sebagai saklar (switch). Selalu berada pada daerah
jenuh (saturasi) dan daerah cut off. Maka transistor dapat dijadikan saklar dengan
pemutus dan penyambungannya berupa tegangan pada basisnya. Secara prinsip
transistor akan dikendalikan arus basis, dimana arus basis ini lebih kecil nilainya
dibandingkan Ic ataupun Ie. Pada praktek arus basis harus diketahu nilainya.
IE =Ic+IB
Ic=βxIB
Dengan β merpakan penguat arus/ perbandingan antara arus IB dan Ic
Gambar pengontrol beban :
Vc
Rc
VB
C
RB
B
E
Jika IB = 0, maka IC= 0 (posisi cut off)
Jadi, untuk membuat saklar ON kita memberi tegangan VB yang
mengakibatkan transistor saturasi. Sedangkan jika VB =0 maka IB dan Ic = 0 (disebut
saklar terbuka/tidak menghantarkan arus listrik).
Analogi gambar :
Vc
Vc
LED
LED
Rc
Posisi ON
analog dengan
Rc
VB
RB
C
B
VB
E
Vc
Vc
LED
LED
Rc
Rc
analog dengan
posisi off
C
E
2
RB
SW1
VB=0
1
VB
1.2 Transistor Sebagai Penguat
Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis
mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor
berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil pada arus
basis mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke
emittor. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat.
12. SCR
Silicon Controlled Rectifier (SCR) adalah komponen yang terbuat dari bahan
semiconductor silicon dan mempunyai fungsi sebagai pengendali ataupun sebagai switch.
Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR juga sering disebut thyristor. SCR
sebetulnya terbuat dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif
Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda. Dalam suatu rangkaian
elektronik SCR memiliki fungsi yakni sebagai:

Sebagai rangkaian Saklar (switch control)

Sebagai rangkaian pengendali (remote control)
SCR banyak dipakai sebagai pemicu atau saklar dalam rangkaian catu daya arus
bolak-balik (AC) agar dapat membatasi arus dan tegangan yang dipakai suatu beban,
bentuknya seperti gambar dibawah ini.
Gambar14. SCR (Silicon Controlled Rectifier)
13. LED (Light Emitting dioda)
Led adalah sejenis dioda semi konduktor yang jika diberi tegangan akan
memancarkan cahaya non-koheren dengan panjang gelombang tertentu.Panjang
gelombang ini akan ditangkap oleh mata manusia sebagai warna.
Gambar15.LED
 Ciri-ciri dari komponen ini adalah :
 Memiliki tegangan kerja sekitar 1,4V sampai dengan 3V
 Mengambil arus sebesar 30mA sampai dengan 100mA
 Digunakan pada rangkaian lampu kontrol, lampu variasi, lampu indikator, dan
sebagainya
Cara kerja LED :
LED bekerja dengan prinsip elektroluminasi, di mana dia akan memancarkan
cahaya saat diberikan arus listrik.
14. Sensor infrared
Sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar infra merah tentunya
mempunyai aturan tertentu agar data yang dipancarkan dapat diterima dengan baik di
receiver. Oleh karena itu baik di transmitter infra merah maupun receiver infra merah
harus mempunyai aturan yang sama dalam mentransmisikan (bagian transmitter) dan
menerima sinyal tersebut kemudian mendekodekannya kembali menjadi data biner
(bagian receiver). Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan
komponen yang peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor
(phototransistor). Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi
cahaya infra merah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu
mengumpulkan sinyal infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik
yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang
diterima maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah
yang diterima intensitasnya lemah maka infra merah tersebut harus mempunyai
pengumpul cahaya (light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan
oleh sensor infra merah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal infra merah yang
diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak
terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra
merah harus difilter pada frekuensi sinyal carrier yaitu pada 30 KHz sampai 40 KHz.
Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector.
Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang
termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu
akan dapat memperjauh trasnmisi.
Faktor lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima infra merah adalah
‘active area’ dan ‘respond time’. Semakin besar area penerimaan suatu dioda infra
merah maka semakin besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkannya sehingga arus
bocor yang diharapkan pada teknik ‘reserved bias’ semakin besar. Selain itu semakin
besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area
penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar
pula. Begitu juga dengan respon terhadap frekuensi, semakin besar area penerimaannya
maka respon frekuansinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil maka
respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik.
15. Photodioda
Photodioda dibuat dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah
silicon ( Si) atau galium arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe.
Material ini menyerap cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup:
2500 Å - 11000 Å untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah
photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut
membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal,
sebuah elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi
semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah
semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. cara tersebut didalam
sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa
muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh
Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda
tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared.
Receiver Infrared
Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan komponen yang
peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor).
Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya infra merah,
menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal
infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa-pulsa sinyal listrik yang dihasilkan
kualitasnya cukup baik. Semakin besar intensitas infra merah yang diterima maka
sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal infra merah yang diterima
intensitasnya lemah maka infra merah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya
(light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor infra
merah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal infra merah yang diterima
intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu
oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor infra merah
harus difilter pada frekeunsi sinyal carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz.
Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector.
Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra merah yang
termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi tertentu
akan dapat memperjauh trasnmisi data sinyal infra.
Gambar16.Photodioda
SKEMATIK RANGKAIAN
1. BLOK DIAGRAM RANGKAIAN
Display Seven
Segmen
COUNTER
UP
Preamplifier
Amplifier
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Infrared
Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Photodioda
2. CARA KERJA
A. Cara kerja keseluruhan blok
 Rangkaian power supply utama
Tegangan AC 220V kedalam trafo stepdown 2A, kemudian oleh trafo diturunkan
menjadi tegangan AC 9V & 16V kemudian disearahkan menjadi tegangan DC 9V &
16V. Setelah itu tegangan DC +9V oleh IC Regulator 7805 dibatasi menjadi tegangan
DC +5V sedangkan tegangan DC - 9V oleh IC Regulator 7905 dibatasi tegangannya
menjadi tegangan DC -5V. Untuk tegangan DC +16V oleh IC Regulator 7812 dibatasi
menjadi tegangan DC +12V sedangkan tegangan DC – 16V oleh IC Regulator 7912
dibatasi tegangannya menjadi tegangan DC -12V. Sehingga outputan dari power supply
ini: +5VDC, +12VDC, -5VDC, -12VDC.
 Rangkaian pengirim (transmitter)
Rangkaian preamplifier
Bunyi detak jantung ditangkap oleh stetoskop yang dilengkapi mic kondensor
didalamnya. Bunyi tersebut menghasilkan selisih tegangan yang ditangkap oleh
rangkaian preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC LM386 yang dapat menguatkan
dari 20 kali hingga 200 kali. Sehingga saat transistor saturasi, maka akan ditangkap oleh
IC LM386, dan outputnya terhubung oleh speker dan rangkaian komparator.
Rangkaian komparator
Rangkaian ini terdapat pada rangkaian transmitter yang menangkap inputan dari
Preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC LM311 yang berfungsi mengambil sinyal
puncak positif saat jantung berdetak. Dan outpunya terhubung oleh rangkaian
monostabil.
Rangkaian monostabil
Rangkaian ini menerima inputan dari komparator yang selanjutnya mengirim
sinyal infrared pada photodioda.
 Rangkaian pengirim (receiver)
Sinar pancaran yang dikirim oleh infrared pengirim akan diterima oleh photodioda
penerima. Saat infrared memancar, maka tegangan yang dihasilkan dari pembagian
tegangan antara photodioda dan variable resistor akan bertambah dan bila infrared tidak
memancar maka tegangan akan turun. Tegangan ini akan dikuatkan oleh amplifier
kemudian akan mengakibatkan transistor dalam keadaan bergantian saturasi dan cut off.
Saat saturasi maka inputan ke rangkaian monostabil berlogika low ( gnd ) sehingga
outputannya berupa logika high ( 5V ) dan ketika transistor cut off maka inputan
monostabil akan berlogika high dan outputannya masih akan berlogika high hingga
setting waktu yang diinginkan. Outputan monostabil ini diteruskan ke rangkaian display
seven segment dan led 5 bar.
Rangkaian timer
Ketika push button ditekan maka input IC 555 akan mendapat logika low ( gnd)
sehingga output monostabil mengeluarkan logika high ( 5V ). Ketika tombol push button
dilepas maka rangkaian timer akan tetap menyala selama 1 menit untuk mensaturasikan
transistor. Sehingga relay akan bekerja selama 1 menit untuk menghubungkan antara
rangkaian receiver dengan rangkaian monostabil untuk seven segment dan led 5 bar.
Ketika waktu habis maka transistor cut off sehingga relay mati dan memutuskan
hubungan antara rangkaian receiver dan monostabil untuk seven segment dan led 5 bar.
Pada rangkaian ini LED hanya berfungsi sebagai indikator.
Rangkaian display seven segment
Keluaran dari rangkaian monostabil rangkaian penerima akan diinputkan ke IC
74192 sebagai modulo 10 ripple up counter. Selanjutnya keluaran dari IC 74192 akan
diinputkan ke IC 7447 sebagai decoder yang kemudian outputnya akan dihubungkan
langsung dengan seven segment.
Rangkaian led 5 bar
Rangkaian ini adalah gabungan dari beberapa komparator yang tegangan
referensinya sudah diatur dengan menggunakan pembagian tegangan dengan resistor
dibandingkan dengan tegangan input dari sinyal denyut jantung.
B. Keterangan Fungsi Dan Cara Kerja Masing-masing
1. Rangkaian power supply utama
Fungsi
:
Rangkaian ini berfungsi sebagai pensuplai tegangan dan arus listrik untuk
rangkaian.
Cara Kerja :
Tegangan AC yang keluar dari trafo oleh dioda bridge diubah menjadi
tegangan DC kemudian noise tegangan dihaluskan oleh kapasitor 3300µF
sehingga menjadi tegangan DC sempurna. Kemudian tegangannya dibatasi
oleh IC Regulator. Lalu oleh transistor TIP 3055 ( untuk tegangan DC +5V,
+12V ) & TIP 2955 (untuk tegangan DC -5V, -12V) dikuatkan arusnya
sehingga besar arus output sama dengan besar arus yang dikeluarkan oleh
trafo. Kemudian outputan dari transistor dihaluskan lagi dengan kapasitor
220µF dan 100nF agar tegangan output tetap stabil (tidak ada noise tegangan)
2. Rangkaian preamplifier
Fungsi
: Menangkap sinyal dari mic kondensor yang akan dikuatkan oleh op amp
audio.
Cara Kerja
: Bunyi detak jantung ditangkap oleh stetoskop yang terdapat mic kondensor
di dalamnya. Setiap Bunyi tersebut menghasilkan selisih tegangan yang
ditangkap oleh rangkaian preamplifier. Dalam rangkaian ini terdapat IC
LM386 yang dapat menguatkan dari 20 kali hingga 200 kali. Sehingga saat
transistor saturasi, maka akan ditangkap oleh IC LM386, dan outputnya
terhubung oleh speker dan rangkaian komparator.
3. Rangkaian komparator
Fungsi
: Menangkap inputan dari Preamplifier mengambil sinyal puncak saat jantung
berdetak.
Cara Kerja
: Outputan dari preamplifier terhubung oleh rangkaian komparator. Setiap
sinyal jantung yang masuk diambil sinyal puncak positif. Hal ini dikarenakan
jantung manusia memiliki masa saat reaksi dan relaksasi. Saat masa reaksi ini
akan masuk pada rangkaian komparator. Inputan rangkaian komparator
terdapat pada TP3.
4. Rangkaian monostabil
Fungsi
: Menangkap inputan dari komparator dan mengirim sinyal infrared ke
photodioda.
Cara kerja
: Setiap outputan komparator yang berlogika 1 ditangkap oleh rangkaian
monostabil yang terdapat IC 555. Saat berlogika 1, infrared akan memancar
dan led indikator menyala. Pancaran infrared akan diterima oleh rangkaian
penerima.
5. Rangkaian penerima
Fungsi
: Rangkaian penerima akan menerima sinyal yang dikirim oleh rangkaian
pengirim. Sinyal ini akan masuk ke pengondisi sinyal kemudian dikuatkan
oleh amplifier. Output amplifier kemudian digunakan untuk menyaklar
transistor. Kondisi transistor akan mempengaruhi kondisi rangkaian
monostabil. Keluaran rangkaian monostabil inilah yang kemudian
diinputkan pada led bar dan rangkaian 7 segment.
Cara kerja
: Sinar pancaran yang dikirim oleh infrared pengirim akan diterima oleh
photodiode penerima. Saat infrared memancar, maka tegangan yang
dihasilkan dari pembagian tegangan antara photodiode dan variable resistor
akan bertambah dan bila infrared tidak memancar maka tegangan akan turun.
Tegangan ini akan dikuatkan oleh amplifier kemudian akan mengakibatkan
transistor dalam keadaan bergantian saturasi dan cut off. Saat saturasi maka
inputan ke rangkaian monostabil berlogika low ( gnd ) sehingga outputannya
berupa logika high ( 5V ) dan ketika transistor cut off maka inputan
monostabil akan berlogika high dan outputannya masih akan berlogika high
hingga setting waktu yang diinginkan. Outputan monostabil ini diteruskan ke
rangkaian display seven segment dan led 5 bar.
6. Rangkaian timer
Fungsi
: Rangkaian ini berfungsi untuk membatasi lama waktu penghitungan denyut
jantung. Sehingga ketika telah dicapai waktu yang diinginkan yaitu 1 menit
rangkaian ini akan memutuskan input clock pada rangkaian display dan led 5 bar.
Sehingga ketika waktu telah 1 menit seven segment akan berhenti dan
menunjukkan denyut jantung dalam 1 menit.
Cara Kerja : ketika push button ditekan maka input IC 555 akan mendapat logika low ( gnd )
sehingga output monostabil mengeluarkan logika high ( 5V ). Ketika tombol
push button dilepas maka rangkaian timer akan tetap menyala selama 1 menit
untuk mensaturasikan transistor. Sehingga relay akan bekerja selama 1 menit
untuk menghubungkan antara rangkaian receiver dengan rangkaian monostabil
untuk display dan led 5 bar. Ketika waktu habis maka transistor cut off sehingga
relay mati dan memutuskan hubungan antara rangkaian receiver dan monostabil
untuk seven segment, dan led 5 bar. Pada rangkaian ini LED hanya berfungsi
sebagai indikator.
.
7. Rangkaian display seven segment
Fungsi
: Rangkaian display ini akan menampilkan jumlah denyut jantung pemakai.
Pada rangkaian ini juga terdapat gerbang AND. Gerbang logika ini berfungsi
untuk inputan PWM sebagai pengatur kecepatan motor.
Cara Kerja
: Keluaran dari rangkaian monostabil rangkaian penerima akan diinputkan ke ic
74192 sebagai modulo 10 ripple up counter. Selanjutnya keluaran dari ic 74192
akan diinputkan ke ic 7447 sebagai decoder yang kemudian outputnya akan
dihubungkan langsung dengan seven segment. Seven segment yang dipakai
merupakan jenis common anoda dengan vcc 5V dan input berupa logika low (
gnd ) karena output dari ic 7447 sendiri merupakan logika low. Untuk angka
puluhan pada kaki 5 di IC 74192 untuk puluhan mendapat inputan dari kaki 12
di IC 74192 untuk satuan dan selanjutnya prosesnya sama hingga sven segment.
Sehingga ketika angka satuan telah mencapai angka 9 lalu ketika kembali ke
angka 0 maka pada angka puluhan akan bertambah 1. Kemudian untuk
pengaturan kecepatan adalah dengan mengambil output QA,QB,QC,QD pada
IC 74192 ketika membentuk angka. Contohnya ketika angka 5 QA=QC=1 pada
IC 74192 satuan dijadikan inputan gerbang AND sehingga outputan gerbang
AND adalah high digunakan untuk mentrigger SCR 1 sehingga motor berputar
lambat. Ketika angka 37,
QA=QB=1 pada IC 74192 puluhan dan
QA=QB=QC=1 pada IC 74192 satuan dijadikan inputan gerbang logika AND
sehingga outputan gerbang logika AND menjadi high digunakan untuk
mentrigger SCR 2 sehingga motor berputar cepat.
8. Rangkaian led 5 bar
Fungsi
: Rangkaian ini akan menyalakan 4 led yang berfungsi sebagai tampilan
denyut jantung. 1 led menyala terus.
Cara Kerja : Rangkaian ini adalah gabungan dari beberapa komparator yang tegangan
referensinya sudah diatur dengan menggunakan pembagian tegangan dengan
resistor dibandingkan dengan tegangan input dari sinyal denyut jantung.
Perhitungan tegangan referensi di :
multiturn di setting 10K Ω
 Op amp 1 :
 Op amp 2 :
 Op amp 3 :
 Op amp 4 :
HASIL DAN ANALISA DATA
 Blok pengirim (Transmitter)
Dari hasil pengujian, sinyal yang diperoleh sangat kecil. Dipelukan beberapa
penguatan untuk mengeluarkan output berupa suara detak jantung ke speaker. Dari
penguatan tersebut juga dimasukkan ke rangkaian komparator untuk mengambil sinyal
jantung saat kontraksi. Output komparator dimasukkan ke rangkaian monostabil untuk
selanjutnya dikirim dengan infrared menuju photodioda.
 Blok penerima (Receiver)
Blok pada rangkaian penerima terdiri dari beberapa rangkaian, diantaranya yaitu
non inverting amplifier, komparator, monostabil, led 5 bar & seven segment, dan power
supply. Non inverting amplifier akan menguatkan tegangan yang keluar dari photodioda.
Setelah dikuatkan maka outputannya akan masuk dalam integrator untuk diambil sinyal
puncak tertinggi yang selanjutnya dikirim ke monostabil. Jarak penerimaan sinyal infrared
bisa mencapai 1-2 meter. Outputan dari integrator masuk pada monostabil dan akan
digunakan untuk memberikan clock pada seven segment. Output dari integrator juga
digunakan untuk menyalakan led 5 bar. Dalam rangkaian kami display tidak mengacak.
Display dapat menampilkan angka secara urut. Dan kami tidak menggunakan rangkaian
PWM.
KESIMPULAN
Sinyal jantung yang diperoleh bisa dihitung menggunakan seven segment dengan
cara mengirimkan sinyal tersebut melalui infrared dan diterima oleh photodioda dan akan
diolah oleh rangkaian pada blok penerima. Hal ini sesuai dengan aplikasinya dalam dunia
kesehatan, yaitu menghitung bunyi detak jantung per menit. Dengan ketentuan detak
jantung manusia normal berkisar 60-100 per menit. Jika melebihi dari angka tersebut,
banyak faktor yang mempengaruhi, diantaranya sedang melakukan aktivitas yang berat
atau juga bisa terindikasi penyakit jantung, stroke. Dan untuk kondisi jantung dibawah
normal, dapat memeriksanya ke dokter untuk menganalisa kondisi jantung.
DAFTAR PUSTAKA
[1] http://ilmuelektromedik.blogspot.com
[2]
repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18990/.../Chapter%20II.pdf
[3]
file.upi.edu/Direktori/.../MEKATRONIKA_MODUL_1.pdf
[4]
http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/535/jbptunikompp-gdl-iipirmansy-26712-5-unikom_ii.pdf
[5]
Diary- mybustanoel.blogspot.com/2011/09/pengertian-scr-tyristor.html
[6]
elektronika-elektronika.blogspot.com
[7]
www.elektro.undip.ac.id/transmisi/jun05/sudjadijun05.PDF
[8]
www.google.com
[9]
http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/08/dioda-adalah-piranti-semikonduktor.html
[10] http://aldiakbar.com/pengertian-dan-cara-kerja-dioda-rectifier-2.html
[11] ebookbrowse.com/modul-keseluruhan-automasi-1-1-bab-2.html
LAMPIRAN
 Rangkaian Power Supply
 Rangkaian Preamplifier

 Rangkaian Receiver



 Rangkaian Komparator
 Rangkaian Monostabil
 Rangkaian Penerima
 Rangkaian Led 5 Bar
 Rangkaian Timer
 Rangkaian 7 Segment