## Sistem kendali suhu menggunakan sensor DS18B20 pada inkubator bayi
(Temperature control system for infant incubator using DS18B20 sensor)

## Laila Katriani, Arif Setiawan, dan Denny Darmawan
Jurdik Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta (UNY), Kampus Karangmalang, Sleman, DI Yogyakarta 55281 tel.081328297839, faks. (0274) 548203 dan e-mail: darmawan@uny.ac.id
diterima 25 Juli 2014, disetujui 30 September 2014

## Abstrak
Telah dibuat prototype sistem kendali suhu pada inkubator bayi menggunakan sensor DS18B20. Prototype yang diperoleh memiliki dimensi 45 x 35 x 35 cm 3 dan menggunakan lampu pijar 200 W sebagai elemen pemanas. Sistem  kendali  suhu  diotomasi  dengan  bantuan  mikrokontroler  ATMEGA328P  dan  Triac  sebagai  aktuatornya. Suhu  dalam  ruang  inkubator  berhasil  dijaga  pada  nilai  (36,5  ±  0,1)  °C.  Waktu  yang  diperlukan  prototype  untuk mencapai suhu kerja 36,5 °C dari suhu kamar (26 °C) sekitar 10 menit.
Kata kunci: sistem kontrol suhu, inkubator bayi, sensor DS18B20

## Abstract
A  temperature  control  system  for  infant  incubator  using  DS18B20  had  been  built.  The  dimension  of  the incubator  was  45  x  35  x  35  cm 3 and  it  used  200  W  incandescent  lamp  as  an  heater  element.  The  system  was automated  using  ATMEGA328P  and  Triac  as  an  actuator.  It  succeeded  in  keeping  the  incubator  temperature  at (36.5 ± 0.1) °C. It took around 10 minutes to reach the working temperature of 36.5 °C from room temperature of 26 °C.
Key words: temperature control system, infant incubator, DS18B20

## Pendahuluan
Bayi  prematur  adalah  bayi  yang  lahir pada usia kehamilan ibu kurang dari 36 minggu. Bayi prematur membutuhkan perawatan khusus, terutama dalam hal pengaturan suhu lingkungannya.  Suhu  lingkungan  bayi  prematur harus dijaga sedemikian rupa sehingga menyerupai  suhu  di  dalam  rahim  seorang  ibu, yaitu  antara  36  ºC  hingga  37  ºC.    Agar mendapatkan suhu lingkungan yang terkondisikan  dengan  nilai  tersebut,  seorang bayi  harus  dirawat  dalam  sebuah  inkubator  [1- 2].
Berdasarkan  informasi  yang  diperoleh peneliti,  diketahui  bahwa  Puskesmas  Kalasan masih menggunakan inkubator yang
dioperasikan  secara  manual  di  mana  suhu  di dalam  inkubator  diamati  secara  berkala  oleh perawat  dengan  melihat  nilai  skala  pada termometer air-raksa yang ditempelkan di dalam inkubator,  sementara  untuk  menaikkan  atau menurunkan  suhu,  perawat menghidupkan  atau mematikan  lampu  di  dalam  inkubator  dengan menekan saklar untuk lampu tersebut. Lampu di dalam  inkubator  berfungsi  sebagai  pemanas. Apabila  lampu  di  dalam  inkubator  dimatikan, maka  suhu  di  dalamnya  akan  turun  karena inkubator  pada  umumnya  ditempatkan  di  dalam ruangan yang berpendingin udara.
Pengontrolan  suhu  seperti  disebutkan  di atas  tentulah  sangat  bergantung  pada  kesiap-
siagaan  perawat  yang  sedang  bertugas.  Oleh karena  itu,  pengontrolan  secara  manual  sangat beresiko  terhadap  keselamatan  bayi  prematur. Sebenarnya, di pasaran telah tersedia inkubator yang  telah  dilengkapi  dengan  sistem  kontrol suhu  yang  bekerja  secara  elektronik,  namun harganya relatif mahal.
Dari  uraian  di  atas,  maka  penelitian  ini dilakukan  dengan  tujuan  untuk  membangun prototype sistem pengendali suhu untuk inkubator  bayi  dengan  memanfaatkan  sensor DS18B20  [3]  dan  mikrokontroler  ATMEGA328P [4-6].

## Metode Penelitian
Skema  alat  pengendali  suhu  yang dirancang  dalam  penelitian  ini  ditunjukkan  pada
Gambar  1.  Sistem  pengendalinya  terdiri  atas sensor, mikrokontroler  untuk  otomasi  dan  driver AC sebagai actuator [7-8].
Suhu  inkubator  diukur  dengan  bantuan sensor  DS18B20,  nilai  suhu  terbaca  di mikrokontroler  yang  akan  menentukan  apakah elemen  pemanas  perlu  dinyalakan  atau  tidak. Mikrokontroler  juga  bertugas  mengirimkan  nilai suhu ke layar LCD sehingga dapat terbaca oleh pengamat.  Apabila  suhu  inkubator  berada  di bawah  nilai  36,5 o C,  mikrokontroler  mengirim sinyal  ke  driver  AC  agar  menyalakan  lampu sebagai  elemen  pemanas,  sedangkan  apabila suhu  telah  mencapai  36,5 o C,  mikrokontroler mengirim sinyal ke driver AC untuk meredupkan lampu. Detail skema sistem elektronik pengendali  suhu  ditunjukkan  dalam  Gambar  2.
Gambar 1. Skema rancangan sistem pengendali suhu.
Gambar 2. Skema rangkaian elektronik sistem pengendali suhu.
Dalam  Gambar  2  ditunjukkan  bahwa  sensor DS18B20  dihubungkan  ke  kaki  4  (PD2) mikrokontroler  ATMEGA328P.  Agar  nilai  suhu dapat terbaca oleh pengamat, sinyal data dikirim ke  LCD  matrix  16  x  2  melalui  kaki  11-14  pada mikrokontroler.  Berdasarkan  nilai  suhu  yang terbaca,  mikrokontroler  mengirim  sinyal  ke driver  AC  melalui  kaki  5  dan  16  untuk menyalakan  atau  meredupkan  lampu  yang bertugas sebagai elemen pemanas.

## Pembahasan
Dalam  penelitian  ini  telah  dibangun  prototype inkubator  dengan  ukuran  45  x  35  x  35  cm 3
(Gambar 3). Sebagai elemen pemanas digunakan  lampu  pijar  200  W  (2  x  100  W)  dan agar  perbedaan  suhu  antar  titik  tidak  terlalu besar  digunakan  kipas  dengan  kecepatan sedang  untuk  menggerakkan  udara  di  dalam inkubator.
Untuk  mendapatkan  inkubator  yang  memiliki respon  suhu  yang  baik,  yang  ditunjukkan dengan  laju  kenaikan  suhu  yang  cukup  besar, dilakukan  penelitian  awal  dengan  mengukur variasi  kenaikan  suhu  terhadap  waktu  dari beberapa  pengaturan  lampu.  Dalam  penelitian ini  digunakan  variasi  lampu  60  W,  100  W,  160 W  (100  W  +  60  W)  dan  200  W  (2  x  100  W). Hasil  pengukuran  ditunjukkan  pada  Gambar  4.
Gambar 3. Skema prototype inkubator.

## Gambar 4. Perbandingan laju kenaikan suhu dari beberapa nilai daya lampu
Dari  Gambar  4  tampak  bahwa  semakin besar  daya  lampu  pijar  yang  digunakan, semakin  besar  pula  laju  kenaikan  suhu  dalam box.  Lampu  dengan  daya  60  W  tidak  mampu menembus  nilai  suhu  yang  dipilih  pada  desain inkubator, dan hanya bertahan di bawah nilai 36 °C  meskipun  sudah  menyala  lebih  dari  1  jam. Lampu dengan daya 100 W mampu menembus suhu  36,5  °C  setelah  hampir  setengah  jam. Meskipun  lampu  dengan  daya  100  W  dapat digunakan  sebagai  komponen  pemanas  dalam desain  inkubator  ini,  namun  kelajuan  suhunya belum  cocok  untuk  diterapkan  karena  sebuah inkubator  harus  dapat  disiapkan  dalam  kondisi suhu  36,5  °C  dalam  waktu  yang  tidak  terlalu lama.  Berdasarkan  hasil  pengamatan  ini,  maka dipilih lampu dengan daya 200 W yang sanggup menembus  suhu  36,  5  °C  dalam  waktu  kurang dari  10  menit.  Lampu  dengan  daya  yang  lebih tinggi dapat juga diaplikasikan dalam desain ini, dan  seharusnya  mampu  menembus  suhu  kerja
inkubator  dalam  waktu  yang  lebih  singkat, namun  penggunaan  daya  yang  terlalu  tinggi menyebabkan  desain  inkubator  terlalu  boros listrik dan suhu di beberapa titik dalam box juga tidak  terlalu  nyaman  bagi  bayi  karena  terlalu panas  bagi  kulit  akibat  panas  yang  disebarkan secara radiasi.
Dalam proses pengukuran suhu lingkungan di bawah 100 °C, sensor LM35 lebih umum  digunakan  dibandingkan  sensor  suhu lainnya.  Selain  karena  lebih  murah,  sensor  ini lebih  mudah  untuk  diaplikasikan.  Namun kelemahan  dari  sensor  ini  adalah  pada  nilai akurasinya  dan  fluktuasi  hasil  pembacaan suhunya.  Hal  ini  tampak  pada  Gambar  5  yang merupakan hasil penelitian awal dari tim peneliti ketika  membandingkan  sensor  LM35  dengan sensor  DS18B20.  Karena  dalam  penelitian  ini diinginkan  suhu  inkubator  yang  terjaga  pada nilai 36,5 °C, penggunaan sensor LM35 menjadi sulit diterapkan.
Gambar 5. Perbandingan hasil pembacaan suhu kamar oleh sensor LM35 dan sensor DS18B20.
Dari  desain  yang  telah  dirancang,  berhasil dibangun  prototype  inkubator  yang  selanjutnya dapat diteliti karakteristiknya. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Gambar 6. Dari hasil ini  tampak  bahwa  inkubator  dapat  mencapai suhu  36,5  °C  dari  suhu  kamar  (26  °C)  setelah 10  menit.  Setelah  mencapai  suhu  ini,  lampu
pijar  yang  digunakan  sebagai  pemanas  akan dinyalakan atau diredupkan menyesuaikan suhu yang terukur dalam inkubator. Penggunaan triac dan  sensor  DS18B20  berhasil  menjaga  suhu  di dalam  inkubator  pada  nilai  (36,5  ±  0,1)  °C (Gambar 7).
Gambar 6. Karakteristik perubahan suhu terhadap waktu pada prototype inkubator.
Dalam  prakteknya,  inkubator  terkadang mendapatkan gangguan perubahan suhu. Gangguan ini dapat terjadi ketika pintu inkubator dibuka  untuk memasukkan  bayi  setelah  suhu  di dalam  inkubator  mencapai  suhu  kerjanya,  atau untuk  melakukan    treatment  pada  bayi  yang telah  berada  di  dalam  inkubator.    Pada penelitian ini dicoba diberikan gangguan perubahan  suhu  pada  prototype  inkubator setelah  mencapai  suhu  kerjanya  (36,5  °C)
dengan  cara  membuka  pintu  inkubator  saat inkubator bekerja dan ditunggu penurunan suhu hingga  hampir  menyentuh  suhu  30  °C  sebelum pintu ditutup kembali. Hasil pengamatan ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Dalam  gambar  ini tampak  bahwa  respon  sistem  pengendali  suhu pada  prototype  inkubator  bekerja  cukup  baik, yang  ditunjukkan  dengan  kembalinya  suhu inkubator  pada  suhu  kerjanya  dalam  waktu  100 detik setelah pintu inkubator ditutup.
Gambar 7. Fluktuasi suhu terhadap waktu dalam prototype inkubator setelah inkubator mencapai suhu pengaturan 36,5 °C.
Gambar 8. Respon sistem pengendali suhu dalam prototype inkubator setelah diberi gangguan perubahan suhu.

## Kesimpulan
Dari  penelitian  ini  dapat  dihasilkan prototype  sistem  kendali  suhu  dengan  bantuan mikrokontroler  ATMEGA328P,  sensor  suhu D18B20  dan  Triac  sebagai  aktuator.  Suhu  di dalam  ruang  inkubator  dapat  dijaga  pada  nilai 36,5  ±  0,1  °C  menggunakan  lampu  pijar  200 W sebagai elemen pemanasnya. Prototype inkubator  dapat  dikondisikan  pada  suhu  kerja 36,5  °C  dalam  waktu  10 menit  dari  suhu  kamar (26 °C).

## Ucapan Terima Kasih
Penelitian  ini  didanai  oleh  DIPA  FMIPA  UNY dengan  nomor  kontrak  2577/UN34.13/PL/2013 tanggal 1 Juli 2013.

## Pustaka
[1]  Rinawati, Cara  Tepat  Merawat  Bayi Prematur 2 . , Artikel
dalam www.tabloidnova.net , 2009.
[2]  K.  Nisa  dan  A.  Ratriandhini,  Tugas  Akhir, Teknik Elektro ITS, Surabaya, 2004.
[3]  NN,  Data  Sheet,  DS18B20,  Programmable Resolution  1-Wire  Digital  Thermometer , Semiconductor, Dallas.
[4]  NN,  Data  Sheet,  8-bit  AVR  Microcontroller with 4/816/32K
Bytes In-System Programmable Flash, Atmel.
[5] W. Budiharto dan S. Firmansyah, Elektronika Digital  dan  Mikroprosesor,  Penerbit  Andi, Yogyakarta, 2004.
[6]  H.  Simanjuntak,  Dasar-dasar  Mikroprosesor, Penerbit Kanisius, 2001.
[7] Zemansky dan Dittman, Kalor dan Termodinamika , Institut Teknologi Bandung, Bandung, 1986.
[8]  D.  Buchla  dan  W.  McLachlan,  Applied Electronic
Instrumentation
and
Measurement,  Prentice-Hall,  Englewood Cliffs, New Jersey, 1992.