## PURWARUPA ALAT PENDETEKSI DETAK JANTUNG BERBASIS ATMEGA328
1 Ilham Muarif Ambary, 2 Wahyu Kusuma Raharja
1,2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Depok 16424, Jawa Barat
1 ilhammuarifa@student.gunadarma.ac.id, 2 wahyukr@staff.gunadarma.ac.id

## Abstrak
Jantung  merupakan  organ  paling  penting  dalam  tubuh  manusia  yang  berfungsi  untuk memompa  darah  ke  seluruh  tubuh.  Berdasarkan  pada  kondisi  tersebut  kesehatan  jantung manusia harus benar-benar diperhatikan. Salah satu cara untuk mengetahui kondisi kesehatan jantung  adalah dengan  mengetahui detak  jantung per  menit.  Pada  penelitian ini  dibuat  suatu purwarupa  alat  pendeteksi  detak  jantung.  Purwarupa  alat  pendeteksi  jantung  ini  berbasis ATmega328. Sensor  yang digunakan  adalah  sensor pulse yang berfungsi  untuk mengukur dan mendeteksi  denyut  jantung  yang  dihasilkan  jantung.  Selain  itu  digunakan  mikrokontroler ATmega328 arduino  pro  mini  yang akan  mengolah  sinyal  yang  masuk  dan  menampilkan data detak  jantung  per  menit  pada  layar  OLED.  Berdasarkan  pengujian  yang  telah  dilakukan terhadap 10 responden, purwarupa alat pendeteksi jantung ini memiliki kesalahan relatif rata- rata  0.32%  yang  dibandingkan  dengan  Pulse  Oxymeter  Elitech  Mobile  Fox  1.  Berdasarkan pada kedua pengujian presisi, pengujian jari responden mempunyai rata-rata nilai RSD 1.48% sedangkan setiap jari tangan kanan dan kiri responden, memiliki nilai rata-rata masing-masing RSD 2.86% dan 5.02%.
Kata Kunci : ATmega328, detak jantung, pulse sensor

## Abstract
The  heart  is  the  most important organ  in the human  body  that  functions to  pump  blood throughout the body. Based on these conditions human heart health must be really considered. One way to find out the condition of heart health is to know the heart rate per minute. In this research,  a  prototype  of  heart  rate  detector  was  made.  This  prototype  of  a  heart  detector  is based on ATmega328.  The  sensor used  is  a pulse  sensor  that  functions to  measure and detect the  heart  rate  produced  by  the  heart.  In  addition,  the  ATmega328  arduino  pro  mini microcontroller is used to process incoming signals and display heart rate data per minute on the OLED screen. Based on testing that has been carried out on 10 respondents, this prototype heart detector has an average relative  error  of 0.32%  compared to  the  Elitech Mobile  Fox 1. Pulse  Oxymeter  each  respondent's  right  and  left  fingers  had  an  average  value  of  2.86%  and 5.02%, respectively.
Keywords : ATmega32 8, heart rate, pulse sensor

## PENDAHULUAN
Jantung  merupakan  pusat  dari  sistem peredaran  darah  manusia  dan  hewan  lainnya [1].  Jantung  merupakan  organ  paling  penting dalam  tubuh  manusia  yang  berfungsi  untuk mengontrol peredaran darah ke seluruh tubuh. Oleh karena itu kesehatan jantung harus dijaga. Untuk mengetahui kondisi jantung diperlukan alat  yang  dapat  menghitung  detak  jantung. Penyakit  jantung  menjadi  jenis  penyakit mematikan  dan  menjadi  penyebab  kematian tertinggi di berbagai negara berkembang bahkan di  negara  maju  sekalipun.  Berdasarkan informasi  detak  jantung  dapat diketahui  jenis penyakit yang diderita oleh seseorang.
Perkembangan  teknologi  elektronika yang  berhubungan  dengan  dunia  medis  saat ini semakin bertambah pesat. Banyak alat-alat kedokteran  berbasis  teknologi  elektronika digunakan di rumah sakit. Salah satu diantara- nya  alat  pendeteksi  detak  jantung.  Penyakit jantung  seringkali  terlambat  disadari  oleh penderita  karena  merasa  enggan  untuk  sekedar memeriksakan apakah tubuhnya sehat ataukah tidak.  Seorang  ahli  kesehatan  menyatakan bahwa diantara gejala-gejala penyakit jantung yang  seringkali  kurang  mendapat  perhatian adalah  serangan  jantung  tidak  khas  dimana gejalanya adalah seperti masuk angin biasa.
Mahalnya  alat  kedokteran  dan  kurang- nya  waktu  seseorang  untuk  melakukan pemeriksaan  di  rumah  sakit  menyulitkan seseorang untuk mengawasi kesehatan, terutama  kesehatan  jantung.  Untuk  itu
dibutuhkan  alat  sederhana  yang  memiliki kemudahan dalam pengoperasiannya dan dapat digunakan  di  rumah  walaupun  saat  sedang beraktifitas.  Hal  ini  memotivasi  komunitas penelitian sehingga muncul alat-alat penunjang kesehatan  untuk  memonitoring  kesehatan tubuh  terutama  jantung.  Penelitian  terdahulu mengenai  alat  untuk  memonitoring  detak jantung  cukup  banyak  berkembang.  Alat pengukur  detak  jantung  telah  dibuat  meng- gunakan pulse  sensor berbasis  Arduino  Uno R3 .  Pulse  sensor akan  mendeteksi  detak jantung  pada  manusia  dan  kemudian  data  itu diproses  oleh  Arduino  Uno  R3.  Pada  saat proses perhitungan detak jantung telah selesai maka data dikomunikasikan  secara  serial dan dikirimkan melalui bluetooth menuju smartphone Android [2].
Penelitian  lain  mengenai  pengukuran detak jantung juga telah  berhasil  menggunakan ujung  jari.  Jumlah  detak  jantung  diukur menggunakan fingertip  pulse  sensor .  Hasil pengukuran  detak  jantung  akan  ditampilkan pada  LCD  dengan  ukuran 2×16.  Berdasarkan hasil  pengujian  diperoleh  persentase error sebesar  3,51  %  dibandingkan  dengan  hasil pengukuran  manual  oleh  tenaga  medis  [3]. Pengukuran detak jantung  juga telah  berhasil dilakukan  menggunakan  ujung  jari  dengan hasil  pengukuran  selain  ditampilkan  pada layar  LCD  juga  ditampilkan  pada  halaman website [4].
Berdasarkan  latar  belakang  masalah yang telah diuraikan sebelumnya maka tujuan penelitian ini adalah membuat purwarupa  alat
detektor  detak  jantung  berbasis  ATmega328. Pada  penelitian  ini  juga  menggunakan  alat mikrokontroller  mini  guna  mengurangi  biaya dan menggunakan layar OLED untuk  menampilkan output data menjadi lebih fleksibel [5].

## METODE PENELITIAN
Blok Diagram Alat Detektor Detak Jantung Berbasis ATmega328 Secara keseluruhan proses pembuatan
alat  pendeteksi  detak  jantung  berbasis
ATmega328”  dibagi  menjadi  empat  bagian utama, yaitu  blok power supply , blok  masukan,  blok proses  dan  blok  keluaran. Blok power  supply terdiri  dari  tegangan  baterai  3.7  VDC.  Blok masukan  terdiri  dari  dua  komponen  seperti pulse  sensor dan joystick . Blok  proses  terdiri dari  mikrokontroler  Arduino  pro  mini 3.3V/8MHz. Blok keluaran terdiri dari OLED monitor dan LED. Blok diagram alat detektor detak jantung berbasis Atmega328 ditunjukan pada Gambar 1.
Power Supply 3.7 VDC Pulse Sensor, Joystick dan Push
Button Mikrokontroler Arduino Pro Mini 3.3V/8MHz
OLED Monitor dan
LED Blok Masukan Blok Proses Blok Keluaran
Gambar 1. Blok Diagram Alat Detektor Detak Jantung Berbasis ATmega328
Pada  Gambar  1,  blok  diagram  alat detektor  detak  jantung  berbasis  atmega328 dimana  pada  bagian power  supply terdapat tegangan  3.7  VDC.  Tegangan  pada power supply akan  disalurkan  ke  seluruh  rangkaian pada  blok  masukan,  rangkaian  pada  blok proses maupun rangkaian pada blok keluaran. Pada  bagian  blok  masukan  terdapat pulse sensor sebagai sensor untuk mendeteksi detak jantung  yang  kemudian  mengirimkan  pulsa pada  Arduino.  Pada  bagian  ini  juga  terdapat joystick untuk  memilih  tampilan  yang  ingin ditampilkan  pada  layar  OLED.  Pada  bagian blok  proses  terdapat  mikrokontroler  Arduino yang  berfungsi  untuk  memproses  program
yang sudah dibuat dan diunggah ke perangkat Arduino  tersebut.  Arduino  akan  membaca tegangan  yang  dihasilkan  dari pulse  sensor kemudian  ditampilkan  menggunakan  layar OLED.  Pada  bagian  blok  keluaran  terdapat layar OLED dan indikator LED. Layar OLED berfungsi  sebagai  penampil  berupa  karakter tulisan,  sedangkan  LED  akan  berkedip  untuk menunjukan adanya detak jantung.

## Rangkaian Alat Keseluruhan
Rangkaian  alat  keseluruhan  diikuti gambar yang diperlihatkan pada blok masukan, blok proses, dan blok keluaran dari alat dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian Alat Keseluruhan
Pada  Gambar  2  ditunjukkan  gambar rangkaian  alat  keseluruhan.  Rangkaian  ini menggunakan  tegangan  3.3V  dari  Arduino yang  disuplai  dengan  baterai  Li-Po  3.7V.
Tegangan 3.3V digunakan untuk
mengaktifkan  komponen  dalam  rangkaian agar  menghasilkan  keluaran.  Sensor  yang digunakan  berupa  LED  dari  Kingbright (AM2520ZGC09)  dan photo  sensor dari Avago  (APDS-9008).  LED  pada  sensor berfungsi  sebagai  pemancar  yang  akan memantulkan  cahaya  ke  ujung  jari  yang kemudian  diterima  oleh photo  sensor .  Nilai keluaran  pada  sensor  bergantung  pada pantulan  cahaya  yang  diterima  oleh photo sensor .  Untuk  memisahkan  antara  frekuensi yang  dihasilkan  detak  jantung  dengan frekuensi noise maka terdapat juga  rangkaian filter aktif  pada  sensor  yaitu band pass filter .
Rangkaian  ini  akan  melewatkan  frekuensi yang diinginkan dan meredam frekuensi yang tidak  diinginkan.  Keluaran  dari  sensor terhubung  ke  pin  A0  pada  mikrokontroler Arduino Pro Mini. Sinyal keluaran dari sensor diproses  berdasarkan  program  yang  tertanam di  dalam  mikrokontroler  Arduino  Pro  Mini.
Keluaran  dari  mikrokontroler  ditampilkan pada  layar  OLED  128×64  piksel  dan  juga lampu indikator LED.
Flowchart Cara Kerja Alat
Flowchart yang  ditunjukkan  pada Gambar  3  memperlihatkan  proses  kerja  alat detektor jantung berbasis ATmega328.
Pada  Gambar  3  dijelaskan  bahwa program  harus  menginisialisasi  sesudah program dimulai. Inisialisasi proses digunakan untuk mendeklarasikan library dan menetapkan  pin  yang  digunakan  pada mikrokontroler,  apakah  digunakan  sebagai masukan atau keluaran. Pada tahap berikutnya layar  OLED  akan  menampilkan  “Deteksi Detak  Jantung,  Tempelkan  Jari  Anda”  pada baris pertama dan kedua. Kemudian ada delay waktu  2  detik  sebelum  layar  OLED menampilkan  “Tekan  1  Untuk  Mulai”.  Saat push  button atau  tombol  1  ditekan  maka mikrokontroler  akan  memproses  masukan dari pulse  sensor yang  dimasukan  dalam variabel  “data[1]”.  Kemudian  layar  OLED akan  menampilkan  “BPM“  dan  variabel “data[1]” pada baris kedua.
T Mulai Memasukan Library dan Menginisial Pins Display.Print (“Deteksi Detak Jantung, Tempelkan Jari Anda” Value1 = Low Delay.2000ms Display.Print “Tekan 1 Untuk Mulai” A Y A IBI = sampleCounter - lastBeatTime rate[9] = IBI; runningTotal += rate[9];
runningTotal /= 10;
BPM = 60000/runningTotal;
Data[1]=BPM display.println("BPM:") display.println(Data[1]); Selesai
Gambar 3. Flowchart Cara Kerja Alat Detektor Detak Jantung Berbasis ATmega328

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Keluaran pada Rangkaian Pulse Sensor dan Keluaran pada pin SCL/SDA Tujuan  dari  pengujian  keluaran  pada rangkaian pulse sensor adalah untuk mengtahui  sinyal  yang  dihasilkan  oleh rangkaian pulse  sensor dan  sinyal  keluaran pin SCL/SDA pada layer OLED.
Gambar 4. Titik Pengambilan Data Pengujian Sensor
Tabel 1. Hasil Data Pengamatan dari Pulse Sensor
No. Hasil Pin A0 Pin SCL/SDA 1. 2. 3.
Gambar 5. Titik Pengambilan Data Pengujian Layar OLED
Pada  Gambar  5  titik  A  merupakan serial data sedangkan titik B merupakan serial clock .  Pengambilan  data  dilakukan  dengan menghubungkan  pin  SCL/SDA  ke  osiloskop
yang  bertujuan  untuk  melihat  hasil  keluaran ketika  alat  mendeteksi  detak  jantung  yang disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Data Pengamatan pada Pin A0
No. Hasil F(Hz) Vpp(V) 01.00 01.35 01.48 02.00 01.37 02.52 03.00 01.10 03.08
Pada  Tabel  2  ditunjukkan  hasil  keluaran frekuensi  dan  tegangan  pada  pin  A0  yang ditampilkan  pada  osiloskop.  Berdasarkan pengambilan  data  yang  didapat,  sinyal  pada pin  A0  dapat  ditampilkan  pada  osiloskop
dikarenakan  sinyal  tersebut  sudah  melalui proses  penguatan  oleh  rangkaian  Op-Amp. Apabila  tidak  dikuatkan  maka  sinyal  tidak akan tampil pada osiloskop.
Gambar 6. Hasil Pengambilan Data pada Pin SCL dan SDA
Gambar 7. Timing Diagram
Pada  Gambar  6  dan  Gambar  7 dijelaskan  bahwa  pengiriman  data  dimulai dengan dengan start (S), ditandai dengan sinyal rendah (low)  SDA  sedangkan  sinyal SCL tetap dalam  kondisi  tinggi  (high).  Selanjutnya  sinyal SDA menetapkan data bit pertama ketika sinyal SCL  dalam  keadaan  rendah  yang  ditandai dengan  garis  berwarna  biru.  Data  sampel diterima ketika sinyal SCL naik (hijau) untuk bit  pertama  (B1).  Proses  tersebut  berulang saat  sinyal  SDA  beralih  sedangkan  sinyal SCL rendah, dan data akan dibaca  saat sinyal SCL  naik  (B2,  Bn).  Bit  berhenti  ditandai dengan (P) ketika sinyal SDA naik sedangkan sinyal SCL tetap dalam kondisi tinggi.

## Akurasi dan Presisi pada Perhitungan Detak Jantung
Pengujian  berikutnya  adalah  akurasi dan  presisi  pada  perhitungan  detak  jantung. Akurasi  adalah  tingkat  kedekatan  suatu pengukuran  dari  jumlah  yang  didapat  ke jumlah  nilai  yang  sebenarnya.  Presisi  adalah tingkat  sejauh  mana  hasil  pengukurannya berulang  dan  menunjukan  hasil  yang  sama. Pengujian dilakukan  dengan  membandingkan hasil  pengukuran  dari  alat  yang  telah  dibuat dengan  Pulse  Oxymeter  Elitech  Mobile  Fox 1.  Perbandingan  akan  ditampilkan  dalam bentuk persentase kesalahan dengan membandingkan berbagai pengukuran
(∆bpm)  dengan  pengukuran  dari  pulse
oxymeter  (oxbpm)  seperti  pada  Persamaan (1). %error=(∆bpm/oxbpm)×100% (1)
Tabel 3. Hasil Tingkat Pengukuran Detak Jantung dari 10 Respoden
No. Nama Jenis Kelamin/ Umur Nilai BPM Nilai Oxymeter Kesalahan Relatif (%) 1 Ilham L/25 71 71 0 2 Murtedjo L/21 97 97 0 3 Nanda L/21 78 78 0 4 Rizky L/21 85 85 0 5 Martinus L/21 90 90 0 6 Oka L/22 83 83 0 7 Cicih P/56 87 88 1,13 8 Dwi L/22 106 107 0,93 9 Bowo L/22 87 86 1,16 10 Rahmad L/22 89 89 0 Kesalahan relatif rata-rata (%) 0,32
Pada  Tabel  3  ditunjukkan  hasil pengukuran dari 10 responden. Hasil tersebut berbeda-beda  pada  setiap  orang  karena kondisi  dan  umur  responden.  Berdasarkan tabel  data,  hasil  perbandingan  antara  sensor detak  jantung  dan  oxymeter  mempunyai kesalahan  relatif    rata-rata  0.32%.  Beberapa kesalahan  relative  rata-rata  dari  responden cukup kecil karena pengukuran diambil dalam 10  detik.  Karena  itu  jika  perbedaan  yang dihasilkan cukup kecil.
Pengujian  presisi  dilakukan  dua  kali. Pengujian langkah pertama detak jantung dari tiga  responden  sebanyak  lima  kali.  Nilai presisi  pada  setiap  pengukuran  jari  dapat diperoleh  menggunakan  relative  standard deviation  (RSD).  RSD  adalah  statistik
pengukuran yang menggambarkan penyebaran  data  sehubungan  dengan  nilai rata-rata  dan  hasil  dinyatakan  sebagai persentase.  Formula  untuk  menentukan  RSD diberikan pada Persamaan (2) dan Persamaan (3).
(2)
(3)
Pengujian  presisi  satu  jari  dilakukan oleh  pengukuran  sensor  detak  jantung  dari tiga  responden  pada  jari  telunjuk  mereka. Pengujian dilakukan sepuluh kali untuk setiap respondennya.
Tabel 4. Hasil Pengukuran dengan Satu Jari No. Pengujian Responden ke-1 Pengujian Responden ke-2 Pengujian Responden ke-3 1 82 86 94 2 78 82 94 3 79 84 94 4 86 84 94 5 84 82 93 6 87 80 94 7 80 76 92 8 77 84 92 9 86 84 91 10 82 85 93 RSD (%) 1,48 3,51 1,18
Berdasarkan  data  pada  Tabel  4,  RSD pada pengujian responden ke-1 adalah 1.48%, pengujian  responden  ke-2  adalah  3.51%, pengujian  responden  ke-3  adalah  1.18%.
Pengujian  presisi  kedua  dilakukan  dengan mengukur  semua  jari  tangan  responden.
Pengujian  dilakukan  lima  kali  pada  setiap jari. Tabel 5. Hasil Pengukuran Jari Tangan Kanan Kanan 1  2  3  4  5  STDEV  RSD (%) Ibu Jari 86  84  87  80  77  4,21 5,08 Telunjuk 86  82  84  84  82  1,67 2 Jari Tengah  78  78  86  81  84  3,58 4,4 Jari Manis 77  81  78  78  78  1,52 1,93 Kelingking  78  79  78  78  77  0,71 0,91 Rata-rata 2,34 2,86 Tabel 6. Hasil Pengukuran Jari Tangan Kiri Kiri 1  2  3  4  5 STDEV RSD (%) Ibu Jari 83  80  77  88  79 4,28 5,26 Telunjuk 80  76  84  84  85 3,77 4,61 Jari Tengah  76  81  84  83  84 3,36 4,12 Jari Manis 76  83  87  88  78 5,32 6,46 Kelingking  78  84  84  89  84 3,9 4,65 Rata-rata 4,13 5,02
Berdasarkan  data  pada  Tabel  5  dan Tabel 6, rata-rata RSD dari jari tangan kanan adalah  2.86%  dan  untuk  jari  tangan  kiri adalah  5.02%.  Nilai  RSD  yang  kecil  akan menghasilkan nilai rata-rata yang lebih baik.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Pemilihan  Arduino  didasarkan  atas kemudahan  pemasangan  perangkat  keras  lain seperti  pulse  sensor,  joystick,  push  button, dan  layar  OLED. Penelitian ini  telah  berhasil membuat  purwarupa  alat  detektor  detak jantung  yang  dapat  ditampilkan  pada  layar OLED.  Berdasarkan  pengujian  yang  telah dilakukan terhadap sepuluh responden, perangkat  memiliki  kesalahan  relatif  rata-rata 0.32%  yang  dibandingkan  dengan  Pulse Oxymeter Elitech Mobile Fox 1. Berdasarkan pada  kedua  pengujian  presisi,  pengujian  jari responden  mempunyai  rata-rata  nilai  RSD 1.48%. Pengukuran tambahan  juga  dilakukan pada  setiap  jari  tangan  kanan  dan  kiri responden,  pengukuran  jari  tangan  kanan memiliki rata-rata nilai RSD 2.86% dan untuk tangan kiri adalah 5.02%.
Terdapat beberapa pengembangan yang dapat dilakukan  untuk  membuat  alat  menjadi lebih  baik.  Pengembangan  purwarupa  dapat dilakukan dengan membuat purwarupa dalam bentuk  aplikasi mobile atau dapat  diakses melalui  web.  Selain  itu,  pengembangan purwarupa dapat dilakukan dengan menambahkan  grafik  kardiograf  pada  layar
OLED  dan  fitur  untuk  mendeteksi  penyakit aritmia.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] E. C. Pearce, Anatomy and physiology for paramedics . Jakarta: Gramedia,
2007.
[2] G.  W.  Wohingati  dan  A.  Subari,  “Alat pengukur  detak  jantung  menggunakan pulsesensor  berbasis  Arduino  Uno  R3 yang  diintegrasikan  dengan  bluetooth,” Jurnal Gema  Teknologi , vol.  17,  no.  2, hal. 65 – 71, 2013.
[3] W.  Kusuma  dan  S.  Frandika,  “Alat pengukur  jumlah  detak  jantung  berdasar aliran darah ujung jari,” Dalam Prosiding Seminar  Ilmiah  Nasional  Komputer  dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2014)
Universitas Gunadarma, 2014, hal. 425 – 431.
[4] R. S. Kusuma, F. Akbaruddin, U. Fadlilah, dan M. Pamungkasty, “Prototipe alat monitoring kesehatan jantung berbasis IoT,” Jurnal Emitor , vol.18, no. 1,
hal. 18 – 22, 2018.
[5] A.  Vaishampayan,  D.  H.  Shah,  dan  T.  V.  Shah, “OLED  revolution,” International  Journal  of Advanced Research in Computer and Communication Engineering (IJARCCE) , vol. 5, no.
7, hal. 570 – 573, 2016.