## RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PARAMETER FISIS PADA INKUBATOR BAYI BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO DAN ESP 8266

## Yeldi S. Nafie, Jonshon Tarigan, Andreas Ch. Louk
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana Universitas Nusa Cendana Kupang,
Email: yeldynafie@yahoo.com

## Abstrak
Telah  dirancang  sebuah  rancang  bangun  untuk  memantau  dan  mengontrol  suhu,  kelembaban,  dan  kebisingan pada  inkubator  bayi  dengan  memanfaatkan  sistem  wifi  menggunakan  modul  ESP8266.  Sistem  ini  dirancang menggunakan  sensor  SHT11  untuk  mendeteksi  suhu  dan  kelembaban  dalam  inkubator  bayi  dengan  range pengukuran untuk sensor suhunya dari -4 o C sampai 123,8 o C, resolusinya 0,01 o C dan akurasi pengukurannya +/-0,4 o C,  sedangkan  untuk  kelembaban  range  0-100%RH,  resolusi  0,03%RH  dan  akurasi  pengukurannya  +/- 2%RH, dan sensor Mikrofon (KY-038) untuk mendeteksi kebisingan dalam inkubator bayi. Inkubator bayi yang dirancang  berbentuk  kotak  persegi  panjang  menggunakan  akrilik  dengan  ukuran  panjang  85cm,  lebar  45cm, tinggi  40cm  dan  ketebalan  3mm.  Dan  proses  pemantauan  dan  pengontrolan  suhu  dan  kelembaban  serta kebisingan dengan menggunakan modul wifi ESP8266 dapat berfungsi dengan baik, dimana ketika suhu >32 o C dan RH <70% perintah dikirim dan Kipas menyala, dan ketika suhu <30 o C dan RH>80% perintah dikirim dan Lampu  menyala.  Sedangkan  untuk  pemantauan  kebisingan  yang  ditentukan  oleh  nyala  LED,  dimana  apabila volume kebisingan  yang  terdeteksi lebih besar  dari nilai threshold maka LED menyala,  dan pada saat volume kebisingan yang terdeteksi lebih kecil atau sama dengan nilai threshold yang di tentukan maka LED padam.
Kata Kunci: Inkubator Bayi, ESP8266, Mikrokontroler Arduino Uno, Sensor SHT11, Sensor Mikrofon (KY-038).

## Abstract
An infant incubator has been designed to monitor and controll the temperature, humidity and noise. The system has been designed using SHT11 to detect temperature and humidity in infant incubator with measurement range for temperature sensor from -4 o C to 123,8 o C, resolution 0,01 o C and measurement accuration +/- 0,4 o C, while for humidity range 0-100% RH, resolution 0,03% and measurement accuration +/-2%RH, and Microphone (KY-038) sensor to detect noise in infant incubator. This incubator is in rectangular shape box, using acrilyc with length 85cm, width 45cm, heigth 40cm and thickness 3mm. Monitoring and controlling the temperature, humidity and noise, using wifi modul ESP8266, as comunication media type, if the temperature is >32 o C and RH <70%, then command will be send and fan will be turn on, and when the temperature is <30 o C and RH>80%, then command will be send and lamp will be turn on. Monitoring of noise is determined by the ligthting LED, if volume of noise detected is greater than threshold value then LED will be turn on, and when the volume of noise detected is less than or equal to threshold value, then LED will be turn off.
Keywords: Infant Incubator, ESP 8266, Microcontroller Arduino Uno, SHT11 Sensor and Microphone (KY-038) Sensor .

## PENDAHULUAN
Pada  umumnya  bayi  yang  normal  akan lahir  dengan  usia  kandungan  37  minggu  atau lebih dari 9 bulan dengan berat badan 3kg, akan tetapi  ada  ibu  yang  melahirkan  dengan  usia kandungan  kurang  dari  37  minggu,  biasanya bayi  ini  disebut  bayi  prematur.  Bayi  prematur adalah bayi yang lahir antara usia kehamilan 34- 36 minggu. Bayi prematur terutama yang lahir di  bawah  32-34  minggu  akan  mempunyai
penampilan  fisik  yang  khas,  yaitu  kulit  lebih tipis  dan  gambaran  pembuluh  darah  di bawahnya  dapat  terlihat. [1]
Mengingat  belum  sempurnanya  kerja alat-alat  tubuh  yang  perlu  untuk  pertumbuhan dan  perkembangan  serta  penyesuaian  diri dengan  lingkungan  hidup  diluar  uterus  maka perlu diperhatikan pengaturan suhu lingkungan, pemberian  makanan  dan  bila  perlu  oksigen, untuk  mencega  infeksi  serta  kekurangan
vitamin  dan  zat  besi.  Bayi  prematur  dengan cepat akan kehilangan panas badan dan menjadi hipotermia  karena  pusat  pengaturan  panas badan belum berfungsi dengan baik, metabolismenya rendah dan permukaan badannya  relatif    luas  oleh  karena  itu  bayi prematur  harus  di  rawat  didalam  inkubator sehingga  panas  badannya  mendekati  dalam rahim.
Bila  bayi  prematur  lahir  dengan  berat badan  di  bawah  2000 gram,  maka  suhu  dalam inkubator bayi harus berkisar antara 32 o C. Bila berat  badannya  kurang  dari  2500  gram,  suhu inkubator  bayi  harus  berkisar  30 o C.  Suhu inkubator bayi akan diturunkan secara bertahap setiap  10-14  hari  sebanyak  1 o C,  sehingga akhirnya  bayi  bisa  menyesuaikan  diri  dengan lingkungan luarnya. [2]
Inkubator bayi memiliki beberapa parameter  yaitu  temperatur,  kelembaban, air flow dan noise. Dengan  tingkat  kelayakan kebocoran suhu luar ± 1 o C, tingkat kelmbaban antara ≥ 70%, laju aliran udara < 0,35 ms, dan tingkat  kebisingan  di  dalam  inkubator  <  60 dBA.  Persyaratan  tersebut  harus  terpenuhi untuk  mendapatkan  kriteria  keselamatan  dan keamanan dalam penggunaannya. [3]
Setiap  bayi  dalam  inkubator  harus memiliki perawatan khusus dan dipantau setiap waktu  tertentu,  agar  bayi  mendapatkan  suhu yang  cukup  untuk  dapat  berkembang  secara sempurna,  akan  tetapi  sering  terjadi  kelalaian dalam  memantau  bayi  yang  berada  dalam inkubator,  sehingga  kondisi  lingkungan  pada bayi  tidak  termonitor  dengan  baik  dan  dapat mengakibatkan  terjadi  kegagalan  fungsi  pada inkubator  bayi  dan  ini  juga  cukup  merepotkan bagi Perawat/petugas yang berada dalam ruang bayi.  Karena  itu  untuk  mempermudah  proses monitoring  dan  pengontrolan  pada  inkubator bayi  maka  diperlukan suatu sistem  yang  dapat menghubungkan  semua  inkubator  bayi  yang berada  dalam  ruang  bayi  ke  panel  utama monitoring  dengan  menggunakan wifi agar dapat  memonitoring  serta  mengontrol  suhu, kelemababan  dan  kebisingan  pada  tiap-tiap inkubator bayi yang berada dalam ruangan bayi tersebut dengan proses pengontrolan untuk tiap- tiap  inkubator  bayi  itu  dapat  dilakukan  secara jarak jauh.
Penelitian  yang  telah  dilakukan  tentang sistem pengontrolan suhu dan kelembaban pada inkubator bayi diantaranya, penelitian  tentang
pengembangan  inkubator  bayi  dan  sistem pemantauan  remote  menggunakan  modern radio  frekuensi  YS-1O20UB  dimana  pada penelitian  ini  besaran  fisis  yang  diukur  hanya temperatur  dan  kelembaban  udara  dan  proses pemantauannya tidak bisa di lakukan dari jarak yang  jauh  serta  hanya  dapat  digunakan  untuk mengontrol satu inkubator bayi saja. [4]
Penelitian  tentang  miniatur  pemantau suhu inkubator berbasis mikrokontroler Atemega  8535  dan  jaringan  nirkabel  pada penelitian  meskipun  pengontrolannya  dapat dilakukan  secara  jarak  jauh  namun  tetap  saja penelitian  ini  tidak  bisa  digunakan  untuk memonitoring serta mengontrol semua inkubator  bayi  yang  berada  dalam  inkubator bayi,  penelitian  ini  juga  hanya  dilakukan pengontrolan terhadap suhu saja. [1] Penelitian  tentang  inkubator  rumahan untuk  bayi  prematur  dengan  menggunakan sistem sirkulasi dan konveksi alamiah, dengan cara kerjanya  yaitu udara dari bawah mengalir keatas tanpa kipas angin dengan sistem ducting khusus  dan  sistem  lubang  fresh  air,  pemanas yang digunakan yaitu lampu dengan watt kecil yang  telah  diukur  dengan  kebutuhan  kalor  di ruang bayi, sistem ini di kontrol secara manual dan  proses  pengontrolannya  tidak  bisa  di lakukan  dari  jarak  yang  jauh  serta  belum  bisa digunakan untuk mengontrol seluruh inkubator dalam ruang bayi. [5]
Berdasarkan uraian diatas maka dikemukakan rumusan masalah yaitu bagaimana membangun dan merancang inkubator  dengan  monitoring  suhu  dan kelembaban    dalam  range  yang  diinginkan berbasis Mikrokontroller Arduino Uno dan ESP 8266?
Adapun  tujuan  dan  manfaatnya  yaitu: merancang  inkubator  bayi,  mengontrol  dan memantau suhu dan kelembaban serta kebisingan,  sebagai  sarana  untuk  membantu para  perawat  di  rumah  sakit  untuk  memantau dan mengontrol suhu,kelembaban dan kebisingan pada inkubator bayi.

## METODE PENELITIAN
Proses  perancangan  sistem  monitoring dan  pengontrolan  suhu,  kelembaban  dan kebisingan  pada  inkubator  bayi  meliputi tahapan-tahapan berikut:
1. Perancangan  perangkat  keras  yaitu perancangan interface (Mikrokontroler
Arduino  uno,  SHT11,  ESP8266,    KY- 038,    dan Relay modul),  aktuator, catudaya,  kotak  inkubator  bayi,  dan kotak miniatur.
2. Perancangan  perangkat  lunak  yaitu flowchart program  C  untuk  proses monitoring  dan  pengontrolan  suhu, kelembaban  serta  kebisingan  dan  juga proses transmiter dan receiver data secara wireless.
3. Pengujian sistem hasil rancangan berupa pengambilan data.

## Diagram Blok Sistem
Pada penelitian ini penulis telah membuat blok  diagram  sistem  secara  umum  sehingga diperoleh  gambaran  rangkaian  sistem  secara keseluruhan.  Adapun  gambaran  umum  sistem yang diperlihatkan dalam Gambar 1
Gambar 1. Diagram Blok Sistem
1. Inkubator bayi sebagai media/objek yang akan  diukur  suhu,  kelembaban  dan kebisingan.
2. Sensor  SHT11  dan    sensor  mikrofon (KY-038)  berfungsi  sebagai  pendeteksi suhu, kelembaban dan kebisingan didalam inkubator bayi.
3. ESP8266  sebagai  modul  pemancar (transmitter)  dan  penerima  (receiver) data secara wireless.
4. Mikrokontroler  Arduino  Uno  adalah komponen utama yang berfungsi sebagai pusat  kendali  dalam  sistem.  Komponen ini berfungsi sebagai tempat pengolahan data yang akan diproses baik dari sensor (input) maupun komputer (output).
5. Komputer  berfungsi  sebagai  penampil data dan sebagai pemberi perintah untuk menghidupkan  atau  mematikan  driver
pemanas dan fan
6. Driver Fan dan  driver  lampu  berfungsi sebagai media pengantar panas ke dalam inkubator  dan  pembuang  panas  dari dalam inkubator.

## Perangkat Keras
Perancangan inkubator bayi ini berbentuk sebuah kotak persegi panjang yang terbuat dari bahan  akrilik  dengan  ukuran:    ketebalannya adalah  3mm,  lebar  35  cm,  panjang  85cm  dan tinggi  40    cm.  Dimana  kotak  inkubator  ini didalamnya akan diletakan sensor SHT11 untuk mendeteksi  suhu  dan  kelembaban  didalam inkubator,   sensor    mikrofon   (KY-038)  untuk mendeteksi  kebisingan,  serta Fan 12  Volt  dan bola lampu 5 Watt yang sebagai aktuator. Pada gambar  2  di  bawah  ini  adalah  bentuk  dari inkubator  bayi  yang  dipakai  dalam  penelitian ini.
Gambar 2. Bentuk Rancangan Inkubator Bayi
1. Sensor mikrofon (KY-038)
2. Sensor SHT11 3. Fan 12 V 4. Lampu 5 Watt

## Rangkaian Keseluruhan Sistem
Hasil  rangkaian  elektronik  perancangan sistem  monitoring  dan  pengontrolan  suhu, kelembaban dan kebisingan menggunakan wifi ini  terdiri  dari  mikrokontroler  sebagai  pusat kendali.

## Perangkat Lunak
Pada penelitian ini penulis menggunakan perangkat  lunak  yang  berfungsi  sebagai pengukuran  dan  pengontrol  kerja  sistem menggunakan  bahasa  pemograman  C.  Bahasa pemograman ini digunakan untuk mengkomunikasikan  mikrokontroler  Arduino Uno,  ESP8266,  sensor  SHT11  dan  Sensor Mikrofon  (KY-038).  Secara  umum  alur pemogramannya  dapat  dijelaskan  seperti  pada Gambar  dibawah ini
Gambar 3. Rancangan Keseluruhan Sistem

## Hasil dan Pembahasn

## Hasil perancangan inkubator bayi
Perancangan  inkubator  bayi  telah  berhasil dibuat,  inkubator  bayi  ini  berbentuk  kotak persegi panjang yang terbuat dari bahan akrilik dengan ukuran ketebalan: 3mm, panjang: 85cm, lebar  :45cm,  dan  tinggi:  40cm.  Hasil perancangan  inkubator  dapat  dilihat  pada Gambar 5 di bawah ini:
(a). Suhu dan Kelembaban
(b). Kebisingan
Gambar 4. Diagram Alur Program (a). Suhu dan Kelembaban; dan (b). Kebisingan

## Gambar 5. Hasil Perancangan Inkubator Bayi

## Hasil Perancangan Keseluruhan Sistem
Perancangan  sistem  monitoring  dan pengontrolan suhu, kelembaban dan kebisingan ini telah berhasil dibuat menggunakan pengontrol  utama  yaitu  Arduino  Uno  yang didalamnya  terdapat  sebuah  mikrokontroler ATMega  328  sebagai  kendali  utama  dalam sistem  yang  terhubung  dengan  rangkaian elektronika  lainnya  seperti  rangkaian  modul wifi ESP8266 , sensor SHT11, sensor mikrofon (KY-038)  dan  sistem  aktuator  yang  telah  diuji dan  dapat  bekerja  dengan  baik.  Hasil perancangan  keseluran  sistem  dapat  dilihat pada Gambar 5 di bawah ini
Gambar 5. Hasil Perancangan Keseluhuran

## Sistem

## Hasil Pengujian Sensor Mikrofon (KY-038)
Sensor  Mikrofon  KY-038  berfungsi untuk  mendeteksi  suara  atau  kebisingan didalam  inkubator  bayi,  keluaran  dari    sensor mikrofon  KY-038  masih  bersifat  analog. Luaran dari fungsi di tentukan oleh nilai ADC, yang    berkisar  antara  0  sampai  1023  dan  nilai ADC  yang  ditentukan  atau  yang  digunakan sebagai    nilai  threshold  dalam  penelitian  ini
adalah 512, hal ini dikarenakan jika digunakan nilai ADC yang beresolusi 10 bit (1023)  maka bisa saja sensor KY-038 mendeteksi suara atau kebisingan  selain  dari  dalam  inkubator  bayi sehingga  diambil  nilai  tengahnya  yaitu  512. Proses pengujian sensor  ini di lakukan dengan cara,  apabila  sistem  dijalankan  maka  sensor akan  mendeteksi  suara  atau  kebisingan  dalam inkubator  bayi  dan  apabila  volume  kebisingan yang terdeteksi lebih besar dari nilai threshold yang telah ditentukan maka Led akan menyala, kemudian  sebaliknya  jika  volume  kebisingan yang  terdeteksi    lebih  kecil  atau  sama  dengan nilai threshold yang telah ditentukan  maka Led akan  padam.  Pengujian  telah  dilakukan  dan sensor  Mikrofon  (KY-038)  dapat  berfungsi dengan  baik.  Berikut  adalah  tabel  hasil pengujian sensor mikrofon KY-038.
Tabel 2. Hasil Pengujian Sensor
Mikrofon KY-038 No . INPUT OUTPUT 1 Volume > Threshold LED ON 2
Volume ≤ Threshold  LED OFF
3 Volume > Threshold LED ON
4 Volume ≤ Threshold  LED OFF
5 Volume > Threshold LED ON
Pengujian  dan  Analisis  Data  Pengukuran dan  Pengontrolan  Suhu  dan  Kelembaban Udara Pada Inkubator Bayi
Pengambilan  data  suhu  dan  kelembaban udara pada inkubator bayi di lakukan di Asrama Denferis  Oesapa,  pada  tanggal  14  Desember 2016 pukul 21.56 WITA hingga selesai dengan suhu  kamar  berkisar  antara  28-29 o C  yang  di ukur menggunakan thermometer analog buatan pabrik.  Dan  proses  pengambilan  data  yaitu setiap  2  menit  selama  30  menit.  Data pengambilan  suhu  dan  kelembaban  yang  telah diukur dapat dilihat pada Tabel 1.
Dari  tabel  1  dapat  dilihat  bahwa  sistem mampu  bekerja  dengan  baik.  Baik  itu  dalam mengukur  suhu  dan  kelembaban  oleh  Sensor SHT11,  dan  kebisingan  oleh  Sensor  Mikrofon (KY-038),    juga  dapat  berfungsi  sebagai pemancar (transmitter ) dan penerima (receiver) data  secara  jarak  jauh  menggunakan  modul ESP8266  sehingga  dapat  memantau  suhu  dan kelembaban serta mampu mengontrol kipas dan lampu yang berfungsi sebagai media pengantar
panas ke dalam inkubator dan  pembuang panas dari  dalam  inkubator  menggunakan  komputer atau  laptop  sebagai  media  penampil  data  dan pemberi  perintah  untuk  menghidupkan  atau mematikan aktuator
Proses  pengontrolan  hanya  terjadi  pada aktuator  pemanas  (Lampu),  hal  ini  terjadi karena  proses  pengambilan  data  ini  dilakukan pada  malam  hari  dengan  suhu  kamar  yang diukur  dengan  menggunakan Thermometer analog adalah berkisar antara 28-29 o C. karena itulah  suhu  dan  kelembaban  dalam  ruangan inkubator  cenderung  lebih  kecil  dari  suhu  dan kelembaban  yang  telah  ditentukan  sebagai setpoin.
Tabel 1. Data Hasil Pengukuran dan Pengontrolan Suhu dan Kelembaban Udara Pada Inkubator Bayi
Dengan  demikian,  sistem  yang  telah  di rancang  dapat  berfungsi  dengan  baik  dan mampu  memantau  dan  mengontrol  suhu kelembaban  dan  kebisingan  dalam  inkubator bayi secara jarak jauh menggunakan mdul ESP 8266,  sistem  yang  telah  dirancang  sebenarnya bisa  digunakan  mengontrol  lebih  dari  satu inkubator bayi atau seluruh inkubator bayi yang berada  dalam  ruangan  bayi,  namun  karena
keterbatasan  dana  dan  lain  sebagainya  penulis hanya  menggunakannya  untuk  salah  satu inkubator bayi saja.

## Kesimpulan dan Saran

## Kesimpulan
1. Telah  berhasil  dirancang  inkubator  bayi yang  berbentuk  kotak  persegi  panjang, menggunakan  bahan  akrilik  dengan ukaran    ketebalan:  3  mm,  panjang  :  85 cm, lebar: 45 cm dan tinggi: 40 cm, yang di  dalamnya  diletakan  sebuah  sensor SHT11,  sensor  mikrofon  (KY-038),  2 buah Fan 12 Volt, dan Lampu 5Watt.
2. Proses  pemantauan  dan  pengontrolan suhu  dan  kelembaban  serta  kebisingan secara  jarak  jauh  menggunakan  modul wifi ESP8266  telah  berhasil  dilakukan, dimana ketika suhu >32 o C dan RH <70%
perintah dikirim dan Kipas menyala, dan ketika  suhu  <30 o C  dan  RH>80% perintah  dikirim  dan  Lampu  menyala.
Sedangkan untuk pemantauan kebisingan yang ditentukan oleh nyala LED, dimana apabila volume kebisingan yang terdeteksi  melebihi  nilai threshold  maka LED  akan  menyala,  dan  pada  saat volume  kebisingan  yang  terdeteksi berada lebih kecil atau sama dengan nilai threshold  yang  di  tentukan    maka  LED akan padam.

## Saran
Alat  pemantauan  dan pengontrolan  suhu dan  kelembaban  udara  serta  kebisingan  pada inkubator  bayi  secara  jarak  jauh  ini  memiliki beberapa kelemahan yaitu kurangnya sensitivitas sensor kebisingan untuk mendeteksi kebisingan,  selain  itu  juga  sistem  ini  hanya digunakan  untuk  memonitoring  satu  inkubator bayi.    Karena    itu,  sistem  ini  dapat  di kembangkan dengan:
1. Data suhu dan kelembaban yang dipantau pada webpage harus  dilakukan  secara berkala  agar  mempermudah  proses monitoring.
2. Dapat  digunakan  untuk  memonitoring dan mengontrol lebih dari satu inkubator bayi.
3. Sensor  Mikrofon  KY-038  harusnya diletakan dekat dengan sumber bunyi,
karena  sensivitas  sensor  yang  kurang bagus  sehingga  tidak  merespon  bunyi dengan baik.

## Daftar Pustaka
1. Apriyadi,  M.  R.,  2012.  Miniatur
Pemantau Suhu Inkubator Bayi Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535 dan jaringan Nirkabel. jurnal, http://library.gunadarma.ac.id//reposito ry/view/3742716/miniatur-pemantau- suhu-inkubator-bayi-berbasis- mikrokontroler-atmega-8535-dan- jaringan  nirkabel.html/.  diakses  pada 25 Februari 2015 2. Fauzan, Alfara., 2014. Fungsi Inkubator Untuk Bayi Prematur. http://www.academia.edu/6510764/Fu ngsi_Inkubator_Untuk_Bayi_Prematu.
diakses  pada  tanggal  08  Desember 2016 3. Darmayanto, Catur, dkk., 2007. Optimalisasi  Kelembaban  Udara  Pada Tabung    Baby    Incubator  Melalui Integrasi    Pengendalian  Temperatur Dan  Kelembaban.  Surabaya:  Jurnal Institut Teknologi Sepulu November
4. Syahrul., 2012. Pengembangan Inkubator Bayi dan Sistem Pemantauan Remote. Jurnal Tecno Insentif Kopwil4. Vol.6, Hal:9-17 5. Koester,  R.  A.,  2013.  Inkubator Rumahan Untuk Bayi. http://koester.wordpress.com.  diakses pada 16  Agustus 2015.