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 Detak Jantung Wireless sebagai

Pengontrol Kecepatan Motor. Dimana 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 tidak dapat diubah)

2. Kondensator elektrolit (Electrolit Condenser = 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 :

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 :

Rc

VB

Vc

B

E

RB C

Rc

VB

Rc

Vc

VB

analog dengan

B

E

Posisi ON

RB

Vc

C

LED

LED

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)

VB=0

RB

Vc

LED

Rc

C

Vc

Rc

posisi off

E

LED

VB

SW1

12

analog dengan

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

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

Pengkondisi

Sinyal

AMPLIF

IER

Preamplifier

Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Infrared Photodioda

Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Amplifier

COUNTER

UP

Display Seven

Segmen

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_i-

i.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