http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06 Number 01  (2019) ISSN: 2302-3309
Received December 23, 2019; Revised January 6, 2020; Accepted January 9, 2020
Perancangan Alat Pengukur Kadar Gula dalam Darah Menggunakan Teknik Non-Invasive Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno
Haryono Suyono 1 , Hambali 2
1 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang *Corresponding author, e-mail: haryonosuyono14@yahoo.com

## Abstrak
Rancang bangun alat pengukur kadar gula darah secara non-invasive menggunakan arduino uno sangat diperlukan  bagi  penderita  diabetes  meletus  supaya  pederita  penyakit  diabetes  bisa  selalu  mengecek kadar  gula  darah  selalu  dalam  kisaran  normal.  Pengukuran  secara non-invase pada  alat  ini memanfaatkan  fenomena  optik  berupa  terjadinya  penyerapan  panjang  gelombang  gula  darah  yaitu antara 750-2500 nm .  Metode pelaksanaan yang dilakukan supaya berhasil untuk menciptakan alat ukur gula  darah  secara non-invasive mulai  dari  perancangan hardware seperti  rangkain power  supply , rangkaian  sensor infrared dan photodiode , pushbutton dan  LCD.  Setelah  melakukan  perancangan hardware mulai  pengumpulan  data,  melakukan survey di  Poliklinik  Universitas  Negeri  Padang.  Alat ukur  kadar gula darah non-invasive dibuat dengan cara  membaca daya  yang diterima oleh photodiode yang dipancarkan oleh sensor infrared . Hasil dari pembacaan sensor akan ditampilkan di LCD sebelum di  tampilkan  di  LCD  data  diolah  didalam  Arduino  Uno.  Arduino  Uno  pada  penelitian  ini  digunakan sebagai pusat pengontrolan sistem.
Kata kunci: Gula Darah, Non-invasive, Arduino Uno, Infrared, Photodioda

## Abstract
The design of a non-invasive blood sugar level measuring device using arduino uno is very necessary for  diabetics  to  erupt  so  that  diabetics  can  always  check  their  blood  sugar  levels  within  the  normal range. Non-invasive measurements on this device utilize optical phenomena in the form of absorption of wavelengths of blood sugar that is between 750-2500 nm. The method of implementation was carried out  in  order  to  succeed  in  creating  a  non-invasive  blood  sugar  measurement  device  ranging  from hardware design such as power supply chains, infrared sensor and photodiode circuits, pushbutton and LCD.  After  doing  the  hardware  design,  data  collection  began,  conducted  a  survey  at  Padang  State University  Clinic.  Non-invasive  blood  sugar  levels  are  made  by  reading  the  power  received  by  a photodiode  emitted  by  an  infrared  sensor.  The  results  of  reading  the  sensor  will  be  displayed  on  the LCD before it is displayed on the LCD data if processed in Arduino Uno. Arduino uno  in this study is used as a central system controller.
Keywords : blood sugar, Non-invasive, Arduino Uno, Infrared, Photodioda

## PENDAHULUAN
Bagi  penderita  diabetes  miletus  diperlukan  untuk  terus  memantau  kadar  glukosa  dalam darah  untuk  memastikan  selalu  dalam  kisaran  normal.  Untuk  pemeriksaan  kadar  gula  darah yang  saat  ini  masih  banyak  dilakukan  adalah  dengan  menggunakan  teknik invasive yaitu dengan  cara  diambil  darah  dari  jari  kemudian  diletakan  diatas blod  strip utuk  mengetahui kadar gula darah [1]. Pada saat-saat tertentu dimana penderita diabetes takut untuk mengecek kadar  gula  darahnya  secara invasive dikarenakan  penderita  tersebut phobia terhadap    darah. Penggunaan  jarum  suntik  pada  saat  pemeriksaan  kadar  gula  darah  juga  bisa  menyebabkan infeksi  bagi  penderitanya,  infeksi  terjadi  karna  kurangnya  insulin  pada  penderita  diabetes miletus.
Supaya  tidak  lagi  menggunakan  teknik invasive pada  pemerikasaan  kadar  gula  darah maka perlu dirancang sebuah alat yang bisa mendeteksi kadar gula dalam darah tanpa melukai tubuh  yaitu  dengan  metode non-invasive .  pada  alat  pendeteksi  gula  dalam  darah  secara
invasive menggunakan  sensor infrared dan photodiode untuk  pembacaannya.  Pembacaan pada  sensor infrared ini  menfaatkan  fenomena  optik  berupa  terjadinya  penyerapan  cahaya pada panjang gelombang pada spesifik gula darah antara 750-2500 nm dan infrared panjang gelombang  antara  750-10000  nm.  Dan  selanjutnya    Sensor  akan    membaca  tegangan    yang diterima oleh photodiode yang ditembakan oleh sensor infrared dan kemudian tegangan yang didapatkan  dikonfersikan  menjadi  sebuah  hasil  dalam  bentuk  satuan  mg/dl. Infrared pada sistem  ini  digunakan  sebagai  pemancar  cahaya  untuk  menyinari  objek  yang  dianalisis  yaitu jari.  Dari  cahaya  yang  dipancarkan  oleh  sumber  akan  melewati  jari  sebelum  ke photodiode . Salah  satunya  adalah  molekul-molekul  glukosa  dalam  darah.  Dari  faktor  molekul-molekul gula darah tersebut maka akan terjadi perubahan yang intensitas cahaya yang diterimaa oleh photodiode. Nilai tegangan yang diterima oleh photodiode akan diolah oleh mikrokontroller ATMega328 kemudian data analog dari sensor akan dikonversi menjadi data digital, sehingga didapatkan hasil yang diinginkan dimana hasil yang didapatkan akan ditampilkan pada LCD.

## STUDI PUSTAKA

## A. Diabetes Miletus
Diabetes melitus  adalah  penyakit  gangguan metebolisme karena pangkreas dalam tubuh manusia  tidak  mampu  untuk  memproduksi  insulin  secara  normal.  Insulin  merupakan  salah satu  jenis hormon  yang  mampu mengatur  dan mengolah  kadar  gula dalam darah agar selalu dalam  keadaan  stabil  supaya  tidak  terjadi  nya  peningkatan  kadar  gula  darah  dalam  tubuh manusia [2]. Diabetes miletus dikelompakan atas 2 macam  yaitu diabetes miletus tipe 1 dan diabetes miletus tipe 2.  Diabetes miletus tipe 2 adalah jenis yang paling banyak ditemukan di indonesia yaitu 95 % dari populasi di Dunia.

## B. Glukosa
Glukosa  adalah  sekelompok  senyawa  karbohidrat  atau    monosakarida.  Darah  manusia mengandung  glukosa  antara  70  mg/dl  sampai  130  mg/dl,  glukosa  dalam  darah  akan bertambah  apabila  sebelumnya  kita  memakan  makanan  yang  berkarbohidrat  tinggi  [3].  Jika glukosa  yang terkandung dalam darah manusia dibawah dari 70 mg/dl maka kita mengalami hipoglikimia sedangkan diatas 200 mg/ dl bisa dikatakan hiperglikimia .

## C. Spektroskopi
Spektrokopi  merupakan  cabang  ilmu  yang  mempelajari  pengukuran  berdasarkan  pada interaksi  cahaya  dengan  materi.  Apabila  materi  dipancarkan  cahaya  kemungkinan  cahaya akan  diserap  atau  dipancarkan  kembali  dengan  nilai  panjang  gelombang  yang  sama  atau berbeda.  Metode  spektroskopi  yang  digunakan  pada  alat  ukur  gula  darah  memanfaatkan panjang  gelombang  pada infrared dengan  panjang  gelombang  antara  750  nm  sampai  10000 nm.

## D. Infrared
Infrared adalah  sebuah  gelombang  elektromagnetik  dengan range panjang  gelombang gelombang  antara  750nm  sampai  10000nm  dengan  bilangan  gelombang  antara  14000  cm- 1 sampai 20 cm -1 .
Gambar 1. Sensor Infrared

## E. Photodiode
Photodiode merupakan komponen elektronika yang bisa mengubah cahaya menjadi arus listrik. Photodiode mempunyai filter optik yang terdapat dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya.

## Gambar 2. Bentuk Fisik dari Sensor Photodiode

## F. Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino  Uno  merupakan board mikrokontroler  yang  berbasis  Atmega328p,  arduino mempunyai  14 pin dimana  6 pin untuk output PWM  dan  6 pin untuk input  analog . ATmega328  memiliki  tegangan  pengoperasian  yaitu  5  Volt    dan  tegangan input yang disarankan sekitar  7-12 Volt  ATmega328 memiliki memori flash sebesar 32KB dan sekitar 0,5 KB digunakan untuk bootloader [4].
Gambar 3. Arduino Uno

## G. LCD ( Liquid Cristal Display )
LCD merupakan display yang dapat kita gunakan untuk menampilkan tulisan atau angka. LCD  bekerja  apabila  kita  beri  suplai  tegangan  sebesar  5  Volt  DC,  LCD  yang  kita  gunakan pada alat ukur kadar gula darah ini mengunakan LCD yang mempunyai karakter yaitu 16 x 2 [5]. LCD pada penelitian ini berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan pembacaan alat.

## Gambar 4 . Bentuk Tampilan LCD

## H. Pushbutton
Pushbutton merupakan  suatu  jenis  saklar  yang  fungsinya  sama  dengan  saklar  pada umumnya. Prinsip kerja pushbutton adalah sebagai pemutus atau penghubung, pushbutton ini memiliki  dua  kondisi  diantara  nya  adalah  kondisi ON dan OFF .  Istilah ON dan OFF pada pushbutton sangatlah penting dikarenakan hampir semua perangkat listrik yang membutuhkan energi  listrik  sudah  pasti  membutuhkan  kondisi ON dan OFF pada  saklar  atau pushbutton. Terdapat dua tipe kontak pada pushbutton yaitu Normally Open dan Nornally Close .
Gambar 5. Bentuk Pushbutton

## PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

## A. Blok Diagram
Blok  diagram  pada  penelitian  ini  adalah    suatu  pernyataan  dari  gambar  yang  ringkas. Pada gambar akan terlihat dua kondisi yaitu sebab akibat, masukan dan  keluaran dari sistem mikrokontroller . Blok diagram penelitian dapat dijelaskan pada Gambar 6.
Gambar 6. Blok Diagram Mikrokontroller ATmega328 5 Volt DC LCD Push Button Start Sampel 220 Volt AC Push Button Reset Sensor Ir dan Photodioda

## B. Perancangan Hardware Secara Mekanik
Pada  perancangan hardware secara  mekanik  pada  alat  ukur  gula  darah  secara non- invasive dimana  kita  merancang  seperti  kontruksi box secara  keseluruhan,  berikut  kontruksi box secara keseluruhan bisa kita lihat pada Gambar 7 dibawah ini.
Gambar 7. Mekanik Secara Keseluruhan

## C. Pembuatan Hardware Secara Mekanik
Kontruksi mekanik harus diperhatikan mulai dari pemilihan bahan yang akan dijadikan kotak box hingga tata letak komponen di dalam box agar alat ukur kadar gula darah berfungsi secara  baik.  Perancangan  sistem  akan  dikemas  dalam  sebuah prototype dalam  bentuk box . Kotak  mekanik  yang  digunakan  berbentuk  kotak  dan  terbuat  dari  plastik  dengan  ukuran panjang  15cm,  lebar  7,5  cm  dan  tinggi  15  cm.  Bentuk  penelitian  dapat  dilihat  Gambar  8 berikut ini:
Gambar 8. Hasil Akhir Pembuatan Hardware secara Mekanik

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Kalibrasi Alat Pendeteksi Kadar Gula dalam Darah
Penelitian  pengukur  kadar  gula  dalam  darah  dengan  metode  secara non-invasive dibutuhkan  nilai  ADC  dari  masing-masing sample yang  kita  uji.  Tujuannya    adalah  untuk mengkalibrasi  alat  pengukur  kadar  gula  dalam  darah.  Selanjutnya  kita  akan  mengkonversi nilai  dari  pembacaan  masing-masing  ADC  yang  kita  dapatkan  dalam  pengukuran  kedalam
satuan mg/dL. Dari hasil pengujian data  ADC yang kita dapatkan dari masing-masing sample didapatkan hasilnya dapat kita lihat pada Tabel 1 di bawah ini:
Tabel 1. Pengukuran Nilai ADC dan Kalibrasi Alat
No  Data ADC Gula Darah Sebenarnya 1 43 80 2 60 85 3 72 86 4 92 90 5 109 102 6 134 110

## Gambar 9.  Grafik Hasil Pengukuran Nilai ADC dan Kalibrasi Alat
Setelah  kita  lihat  pada  grafik  diatas  hubungan  yang  terjadi    antara  besarnya  nilai  ADC dan data asli pengukuran kita dapatkan persamaan garisnya adalah sebagai berikut :
y = 0,334x + 63,778 Dengan nilai R2 =  0,9483
Setelah  kita    mendapatkan  hasil  dari  kedua  persamaan  pada  grafik    diatas  seterusnya kedua  persamaan  ini  kita  gunakan  untuk  program  konversi  dari  nilai  ADC  kedalam  satuan mg/dL .

## B. Pengujian Alat Pendeteksi Kadar Gula dalam  Darah Secara Keseluruhan
Pengukuran  kita  lakukan  dengan  cara  meletakan  jari  diantara  sensor infrared dan photodode . Photodiode akan  membaca  tegangan  yang  ditembakan  oleh  sensor infrared lalu tegangan  yang didapatkan dikonversi ke dalam mg/dl. Dari pembacaan sensor hasilnya akan ditampilkan melalui LCD. Berikut Gambar 10 hasil pengujian alat kadar gula darah.
Berikut adalah hasil dari pengujian alat yang kita dapatkan antara data pengukuran secara manual  dengan  alat  yang  ada  di  Poliklinik  Unversitas  Negeri  Padang  dengan  data  hasil pengujian alat yang kita rancang. Hasil nya bisa kita lihat pada Tabel 2 di bawah ini:
Tabel 2. Hasil Pengukuran Pengujian Alat No Data Pengukuran Gula Darah Sebenarnya 1 78,45 80 2 84,23 85 3 88,31 86 4 95,10 90 5 100,88 102 6 109,38 110
Untuk mangevaluasi  kinerja alat  pengukur kadar gula darah  maka hasil  dari pengukuran alat  harus  kita  bandingankan  dengan  data  gula  darah  asli  yang  kita  ukur  dengan  metode invasive. agar  didapat  persentase  kesalahan  pada  alat  pengukur  kadar  gula  darah.  untuk mendapatkan persentase kesalahan alat kita menggunakan rumus sebagai berikut:
Dari rumus diatas dapat kita ketahui nilai presentase kesalahan pada alat pengukur kadar gula darah pada Tabel 3 di bawah ini:

## Tabel 3.Hasil Persentasi Kesalahan Alat
No Data pengukuran Gula darah sebenarnya Persentase kesalahan alat 1 78,45 80 1,93% 2 84,23 85 0.90% 3 88,31 86 2,69% 4 95,10 90 5,68% 5 100,88 102 1,09% 6 109,38 110 0,56%
Dari Tabel  3  diatas  kita  mendapatkan  hasil perhitungan  persentase kesalahan  atau error rata-rata sebesar 2, 14 % dan keakuratan pembacaan sekitar 97,86 %. Sehingga  alat ukur gula darah secara non-inavase yang kita buat tidak dapat dijadikan sebagai  nilai kadar gula darah yang  terukur  pada  alat  yang  sebenarnya.  Tetapi  realisasi  alat  ukur  gula  darah  ini  masih  bisa menentukan perkiraan kasar tinggi rendahnya kadar gula dalam darah secara non-invasive .

## PENUTUP

## A. Kesimpulan
1. Metode yang  dipakai  pada  penelitian  ini  adalah  secara non-invasive dengan memanfaatkan  sensor infrared sebagai transmitter dan  sensor photodiode sebagai receiver .
2. Dari pengukuran secara invasive kita mendapatkan hasil perhitungan persentase kesalahan atau error rata-rata  sebesar  2,  14  %  dan  keakuratan  pembacaan  sekitar  97,86  %. Dengan pembanding  menggunakan  alat  ukur  kadar  gula  darah invasive yang  ada  di Laboratorium Klinik Universitas Negeri Padang.

## B. Saran
Dalam penelitian ini masih banyak ditemukan kekurangan dan keterbatasan, baik itu dari segi mekanik maupun cara kerja sistem. Untuk dapat menyempurnakan penelitian ini, berikut dipaparkan saran-saran untuk pengembangan penelitian ini kedepannya.
1. Untuk    pengembangan  selanjutnya  agar  tempat  pengujian  memiliki standart yang akurat agar hasilnya pembacaan gula darah lebih stabil.
2. Untuk mendapatkan error yang lebih kecil bisa mencoba metode selain infrared.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Riza  Tamridho. Rancang  Bangun  Alat  Pengukuran  Kadar  Gula  Darah. Depok: Skripsi  Jurusan  Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia, 2010.
[2] Hotma  Rumahorbo. Mencegah  Diabetes  Melitus  Dengan  Perubahan  Gaya  Hidup .  Bogor:  In  Media,
2014.
[3] Ninik  Irawati. Rangcang  Bangun  Alat  Ukur  Kadar  Gula  Darah  Menggunakan  Metode  Optik  Untuk Penderita  Diabetes  Melitus. Surabaya:  Skripsi  Jurusan  Fisika  Fakultas  Sains  dan  Teknologi  Universitas Airlangga, 2012.
[4] Syafina Latifa. Rancangan Alat Pendeteksi Golongan Darah dengan Metode     ABO Menggunakan Print Thermal Berbasis Mikrokontroller. Padang: Skripsi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang. 2018
[5] Febry  Rahayu. Perancangan  Automatic  Mie  Cup    Vending  Machine  Berbasis  Arduino .  Padang:  Skripsi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik. Universitas Negeri Padang. 2019.

## Biodata Penulis
Haryono  Suyono, dilahirkan di  Karang Anyar, 07 Oktober 1997. Menyelesaikan studi DIV Teknik  Elektro  Industri  pada  Jurusan  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Negeri Padang.
Hambali , dilahirkan di Bukittinggi, 8 Mei 1962. Menyelesaikan Pendidikan S1 pada Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FPTK IKIP Padang tahun 1987. Gelar Master Kesehatan diperoleh pada tahun 2005 dari Universitas Gajah Mada Yogyakarta. Sejak tahun 1987 sampai sekarang menjadi  staf  pengajar  tetap  di  Jurusan  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Negeri Padang.