## SISTEM PENGONTROLAN SUHU DAN KELEMBABAN PADA INKUBATOR BAYI

## Laura Anastasi Seseragi Lapono
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana, Kupang, NTT Email : laura_lapono@yahoo.com.sg

## Abstrak
Inkubator bayi sangat berperan penting untuk menjaga suhu tubuh bayi baru lahir khususnya bagi bayi prematur. Inkubator bayi yang dirancang ini memiliki panjang 60 cm, lebar 40 cm, dan tinggi 30 cm. Sistem dari inkubator bayi ini akan secara otomatis menyalakan atau mematikan kipas dan atau pemanas sesuai dengan batas normal dari suhu dan kelembaban udara di dalam inkubator bayi.  Batas  normal  untuk  suhu  inkubator  bayi  yang  digunakan  adalah  33°C  sampai  35°C. Sedangkan  batas  nomal  untuk  kelembaban  udara  di  dalam  inkubator  bayi  adalah  sebesar  40% sampai  60%.    Sistem  akuisisi  data  terdiri  dari  sensor  kelembaban  dan  suhu,  mikrokontroler ATmega8535,  kipas,  pemanas,  dan  LCD  untuk  menampilkan  hasil  pengukuran  suhu  dan kelembaban udara. Pemanas digunakan untuk mengatur suhu di dalam inkubator. Sedangkan kipas digunakan  untuk  mengatur  kelembaban  udara  di  dalam  inkubator  bayi.  Hasil  pengujian menunjukkan  pemanas  akan  menyala  jika  suhu  di  bawah  batas  33°C.  Sedangkan  kipas  akan menyala jika kelembaban udara di atas 60%.
Kata kunci: inkubator bayi, sensor suhu dan kelembaban, mikrokontroler ATmega8535

## Abstract
Baby  incubator  is  very  important  to  keep  the  newborn’s  body  temperature  especially  for prematuture babies. The incubator is designed to have a lenght of 60 cm, a width of 40 cm, and a height of 30 cm. System of baby incubatir will automatically turn on or turn off the fan and or heating in  accordance  with  the  normal  range  of  temperature  and humidity  in  the  incubator.  The  normal limits of temperature used is 33°C to 35°C. While the normal limits of air humidity in the incubator used  is  40%  sampai  60%.  Data  acquisition  system  consists  of  temperature  and  humidity  sensor, microcontroller  ATmega8535,  fan,  heater,  and  LCD.  LCD  is  used  to  display  the  results  of measurements of temperature and humidity. Heater is used to regulate the temperature inseide the incubator. While fan is used to regulate the humidity in the incubator. Test results show that the heater will turn on if the temperature is below the limits of 33°C. While the fan will turn on if the humidity is above 60%.
Keywords: baby incubator, temperature and humidity sensor, microcontroller ATmega8535.

## PENDAHULUAN
Inkubator bayi merupakan salah satu dari sekian  banyak  alat  kedokteran  yang  sangat dibutuhkan ketersediaannya di rumah sakit atau puskesmas.  Inkubator  bayi  berfungsi  untuk menjaga  suhu  tubuh  bayi  dalam  batas  normal terutama untuk bayi yang lahir prematur.
Bayi  prematur  adalah  bayi  yang  lahir kurang  dari  37  minggu  dan  memiliki  berat badan kurang dari 2500 gram. Oleh karena itu, bayi prematur memerlukan penanganan khusus.
Inkubator  sangat  dibutuhkan  untuk  memberi kehangatan bagi bayi prematur. Bayi prematur beresiko  mengalami  hipotermia  (suhu  tubuh yang  rendah)  karena  pada  bayi  prematur keadaan jaringan lemak di bawah kulit kurang atau  masih  tipis.  Inkubator  juga  bermanfaat untuk  meminimalkan  resiko  kontak  bayi prematur  dengan  orang  dan  lingkungan  yang berpotensi  menularkan  penyakit  karena  pada bayi  prematur  fungsi  organnya  masih  belum sempurna [1, 2].
Suhu  inkubator  bayi  dijaga  dalam  batas normal  sekitar  33°C  sampai  35°C.  Selain  itu, kelembaban  relatif  sebesar  40%  sampai  60% perlu  dipertahankan  juga  untuk  membantu stabilitas suhu tubuh bayi [3].
Terinspirasi  dari  Prof.  Dr.  Ir.  Raldi Artono Koestoer yang membuat inkubator bayi dan dapat dipinjam secara gratis terutama oleh masyarakat  kelas  menengah  ke  bawah  [4]. Rancangan  inkubator  bayi  ini  diharapkan  ke depannya  dapat  dimanfaatkan  oleh  mereka yang  membutuhkan  fasilitas  inkubator  bayi. Penyewaan inkubator bayi di rumah sakit bisa mencapai  1,5  juta  per  hari  dan  rata-rata  bayi membutuhkan  perawatan  tersebut  selama  satu minggu  [2].  Bisa  dibayangkan  bagaimana tanggungan  biaya  tersebut  sangat  membebani orangtua  bayi  yang  memiliki  keuangan  tidak seberapa.
Alasan kebutuhan dan pentingnya ketersediaan  akan  inkubator  bayi  inilah  yang menjadi latar belakang dirancangnya inkubator bayi yang dapat dengan otomatis mengatur atau mengontrol  suhu  dan  kelembaban  inkubator bayi.  Inkubator  yang  dirancang  ini  dapat dengan  otomatis  menyalakan  elemen  pemanas jika suhu inkubator di bawah batas normal dan menyalakan  kipas  jika  suhu  inkubator  di  atas batas normal.

## METODE Perancangan Inkubator Bayi
Inkubator  bayi  yang  dirancang  ini memiliki  panjang  60  cm,  lebar  40  cm,  dan tinggi 30 cm. Bahan untuk inkubator ini terbuat dari  bahan  acrylic  dan  terbagi  menjadi  dua bagian.  Bagian  bawah  digunakan  untuk meletakkan  komponen  elektronik  dan  bagian atas  digunakan  sebagai  tempat  bayi.  Tempat untuk  meletakkan  bayi  diberi  alas  berupa matras atau busa guna kenyamanan bayi. Pada sisi  kanan  dan  kiri  inkubator  diberi  lubang untuk sirkulasi udara.

## Blok Diagram Sistem
Perancangan inkubator bayi ini memanfaatkan  sensor  suhu  dan  kelembaban DHT11  serta  mikrokontroler  DT-AVR Low Cost  Micro  System .  Keluaran  dari  sensor
DHT11  sudah  berupa  sinyal  digital  sehingga
tidak  mebutuhkan  konversi  analog  ke  digital (Analog  to  Digital  Converter  –  ADC).  Hasil dari  pembacaaan  sensor  DHT11  kemudian dikirim  ke  LCD  untuk  ditampilkan  hasilnya pengukuran suhu dan kelembaban udara. LCD yang digunakan adalah LCD 2x16. Sedangkan driver  digunakan  untuk  menyalakan  atau mematikan  kipas  dan  pemanas.  Pemanas digunakan untuk menjaga suhu inkubator dalam batas  33-35°C.  Kipas  digunakan  untuk mengatur  kelembaban  suhu  inkubator.  Blok diagram perancangan perangkat keras ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Blok diagram sistem

## Sensor DHT11
Sensor  DHT11  merupakan  salah  satu sensor  yang  mengukur  kelembaban  dan  suhu udara  disekitarnya.  Keluaran  sensor  DHT11 berupa  sinyal  digital  yang  sudah  terkalibrasi. Jangkauan  pengukuran  temperatur  dari  sensor ini  adalah  0-50°C  dan  jangkauan  pengukuran kelembaban  relatif  sebesar  20-90%.  Sensor DHT11 membutuhkan power supply sebesar 3 sampai  5,5  Volt  DC.  Keakuratan  untuk kelembaban  relatifnya  sebesar  ±  4%  dan keakuratan untuk temperatur sebesar ± 2°C [5]. bentuk  fisik  dari  sensor  suhu  dan  kelembaban DHT11 ditunjukkan pada Gambar 2.
DHT11 Rangkaian Mikrokontroler ATmega8535 LCD
Driver Pemana s Driver
Kipas
Pada  sensor  suhu  dan  kelembaban DHT11,  nilai  kelembaban  udara  yang  diukur adalah kelembaban relatif.
Kelembaban relatif atau relative humidity (RH) dapat didefinisikan sebagai perbandingan dari  tekanan  parsial  uap  air  dengan  tekanan jenuh  (saturasi)  uap  air,  biasanya  dinyatakan dalam  persen.  Kelembaban  relatif  merupakan ukuran derajat kejenuhan udara.
% 100    P P RH (1)
dimana:
RH  = kelembaban relatif P = tekanan uap air P*  = tekanan jenuh atau saturasi
Udara bebas akan selalu mengandung uap air. Apabila udara tersebut mengandung seluruh uap  air  yang  mampu  dibawanya,  maka dikatakan  bahwa  udara  tersebut  mengalami kondisi  jenuh.  Pada  temperatur  yang  rendah, sangat  sedikit  uap  air  yang  dibutuhkan  untuk membuat udara menjadi jenuh. Sedangkan pada temperatur yang tinggi, diperlukan banyak uap air  untuk  membuat  udara  menjadi  jenuh.  Jadi, jika  secara  tiba-tiba  temperatur  udara  turun maka sebagian  uap  air  tersebut akan mengembun.  Udara  tidak  selalu  berada  pada kondisi jenuh tetapi pada umumnya berada pada keadaan dibawah titik jenuh.
Jika kelembaban relatif bernilai 100% ini berarti udara mengalami  keadaan saturasi atau keadaan  jenuh.  Keadaan  jenuh  artinya  udara penuh  dengan  uap  air.  Sedangkan  jika kelembaban  relatif  bernilai  0%  berarti  udara dalam keadaan kering sempurna.

## Mikrokontroler ATmega8535
Mikrokontroler  AVR  ( Alf and  Vegard’s
Risc processor ) ATmega8535 yang menggunakan teknologi RISC ( Reduce Instruction  Set  Computing )  dimana  program
berjalan lebih cepat karena hanya membutuhkan satu siklus clock untuk mengeksekusi  satu  instruksi  program.  Secara umum,  AVR  dapat  dikelompokkan  menjadi  4 kelas, yaitu  kelas  ATtiny,  keluarga  AT90Sxx, keluarga  ATmega,  dan  AT86RFxx.
ATmega8535 memiliki 40 pin.
Mikrokontroler  ATmega8535  memiliki  fitur- fitur  utama  bebrapa  diantaranya  memiliki saluran input/output (I/O)  sebanyak  32  buah yaitu port A, port B, port C, dan memiliki port D serta Analog to Digital Converter (ADC) 10 bit  sebanyak  8  saluran  [6,  7].  Rangkaian minimum mikrokontroler ATmega8535 dengan frekuensi  osilasi  16  MHz  ditunjukkan  pada Gambar 3.

## Gambar 3. Rangkaian minimum mikrokontroler ATmega8535

## Interface Sensor dengan Mikrokontroler
Koneksi pin sensor suhu dan kelembaban DHT11  dengan  mikrokontroler  sesuai  dengan Tabel 1.
Tabel 1. Koneksi sensor DHT11 dengan
mikrokontroler Pin Sensor DHT11 Pin Mikrokontroler V CC V CC Gnd Gnd Data Port B0

## Interface Mikrokontroler dengan LCD
Pemrograman
mikrokontroler menggunakan  BASCOM-AVR  sehingga  pin RW (Read/Write) dapat langsung dihubungkan dengan  Ground.  Port  Data  untuk  LCD  Selain itu,  jika  menggunakan  konfigurasi  BASCOM- AVR  yang  digunakan  adalah  lebar  data interface 4 bit yaitu DB4 sampai DB7.
Koneksi pin mikrokontroler dengan LCD 16x2 sesuai dengan Tabel 2.

## Tabel 2. Koneksi mikrokontroler dengan LCD
Pin Mikrokontroler Pin LCD Port C.0 RS GND RW Port C.2 E No Connection DB0-DB3 Port C.4 DB4 Port C.5 DB5 Port C.6 DB6 Port C.7 DB7
Perancangan  Rangkaian  Penggerak  Kipas dan Pemanas
Kipas  dan  elemen  pemanas  diaktifkan oleh sebuah relay 12 Volt berdasarkan keluaran dari  port  mikrokontroler.  Transistor  berfungsi sebagai saklar untuk menyalakan atau mematikan  relay  DC  12  Volt  yang  terhubung dengan kipas atau pemanas. Relay untuk kipas dihubungkan  ke  mikrokontroler  Port  D0. Rangkaian  penggerak  kipas  ditunjukkan  pada Gambar 4.

## Gambar 4. Rangkaian penggerak kipas
Relay  untuk  pemanas  dihubungkan  ke mikrokontroler Port D1. Rangkaian penggerak pemanas ditunjukkan pada Gambar 5.
Transistor  dapat  dimanfaatkan  sebagai skalar.  Artinya  transistor  dapat  dioerasikan pada salah satu keadaan yaitu keadaan saturasi atau  keadaan  cutoff  tetapi  tidak  di  tempat- tempat  sepanjang  garis  beban.  Jika  transistor berada  dalam  keadaan  saturasi,  transistor tersebut  akan  seperti  sebuah  saklar  yang tertutup dari kolektor ke emiter. Sedangkan jika transistor dalam keadaan cutoff maka transistor akan seperti sebuah saklar terbuka [8].
Gambar 5. Rangkaian penggerak pemanas
Pada  saat  pin  masukan  berlogika  High, maka kondisi transistor dalam keadaan saturasi maka akan menghasilkan tegangan V CE sebesar 0,2 Volt atau mendekati 0 Volt sehingga relay dapat bekerja menyalakan kipas atau pemanas. Sebaliknya,  jika  pin  masukan  berlogika  Low maka membuat transistor bekerja pada kondisi cut off. Pada kondisi cut off akan menghasilkan tegangan  V CE hampir  sama  dengan  V CC sehingga relay tidak bekerja untuk menyalakan kipas atau pemanas.
Gambar 6. Transistor dalam keadaan (a) saturasi dan (b) cut off

## Pemrograman mikrokontroler
Bahasa yang digunakan untuk pemrograman  mikrokontroler  adalah  bahasa Basic  dengan compiler  software berupa BASCOM-AVR.  Basic  Compiler  (Bascom) sebagai  aplikasi  untuk  menuliskan  perintah- perintah ke mikrokontroler dalam bahasa Basic. Pemrograman  mikrokontroler  ini  berisi perintah  untuk  membaca  data  dari  sensor  dan menampilkannya di LCD. Selain itu juga berisi perintah  pengaturan  untuk  menyalakan  dan
mematikan  pemanas  dan  kipas  sesuai  dengan flowchart pada Gambar 7.
Pertama dimulai dengan bagian inisialisasi berisi inisialisasi jenis mikrokontroler yang digunakan yaitu ATmega8535,  frekuensi  kristal  ( clock )  yang digunakan yaitu sebesar 10 MHz, dan deklarasi variabel. Selain itu juga terdapat inisialisai port- port  yang  digunakan  untuk  komunikasi  sensor ke mikrokontroler, untuk komunikasi mikrokontroler ke relay, serta konfigurasi LCD. Kemudian dilanjutkan dengan perintah untuk pengambilan data dari sensor DHT11. Setelah data suhu dan kelembaban diperoleh maka diikuti perintah untuk menampilkannya di layar LCD.

## Gambar 7. Diagram alur pemrograman mikrokontroler

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaturan  suhu  disesuaikan  dengan batas normal suhu inkubator yaitu 33°C sampai 35°C  dan  menggunakan  pemanas  untuk menaikkan  suhu  dalam  inkubator.  Sedangkan pengaturan  kelembaban  udara  disesuaikan dengan  batas  normal  kelembaban  suhu inkubator  yaitu  sekitar  40%  sampai  60%  dan menggunakan kipas untuk menurunkan kelembaban  udara  di  dalam  inkubator.  Hasil pengujian sistem secara keseluruhan ditunjukkan pada Tabel 5.
Berdasarkan  hasil  uji  sistem  inkubator pada Tabel 4, terlihat bahwa sistem sudah dapat bekerja dengan baik untuk mengatur suhu dan kelembaban dalam batas normal.
Tabel 5. Hasil pengujian sistem keseluruhan No.  Suhu (°C) RH (%) Kondisi Pemanas Kondisi Kipas 1. 31 45 ON OFF 2. 31 46 ON OFF 3. 32 44 ON OFF 4. 34 43 ON OFF 5. 35 43 OFF OFF 6. 33 55 ON OFF 7. 35 53 OFF OFF 8. 35 52 OFF OFF 9. 35 53 OFF OFF 10. 35 55 OFF OFF 11. 35 60 OFF OFF 12. 35 61 OFF ON 13. 34 60 ON OFF 14. 35 59 OFF OFF 15 35 58 OFF OFF
Saat suhu mencapai 35°C maka pemanas akan mati dan akan menyala kembali jika suhu berada  di  bawah  33°C.  Saat  kelembaban inkubator berada di atas 60% maka kipas akan menyala sampai kelembaban inkubator mencapai  40%.  Saat  kelembaban  udara inkubator  sudah  mencapai  40%  maka  kipas akan  mati.  Kipas  akan  menyala  kembali  jika kelembaban kembali berada di atas 60%.
Tampilkan di LCD Inisialisasi Mulai Ambil data sensor Ya Tidak Suhu 33°C Tidak Suhu 35°C Ya Heater OFF Cooler ON
Cooler OFF Heater ON Selesai

## SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  rancangan  inkubator  bayi yang  dibuat,  dapat  disimpulkan  bahwa inkubator  bayi  ini  dapat  bekerja  dengan  baik sesuai batas suhu normal inkubator. Jika suhu di bawah dari batas normal maka elemen pemanas akan  nyala  sampai  tercapainya  batas  bawah suhu inkubator.
Inkubator bayi yang dirancang ini masih dalam tahap pengembangan dan penyempurnaan  demi  mendapatkan  kinerja yang  lebih  baik.  Besar  harapan,  inkubator  ini juga akan sangat bermanfaat nantinya bagi yang membutuhkan fasilitas inkubator bayi.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Hunt,  E.  2013.  Mengenal  NICU  dan Inkubator, Kompasiana.
2. Sitorus,  V.  2015.  Bayi  Butuh  Inkubator, Orang Tua Tak Punya Uang, Kompasiana.
3. Surasmi,  A.,  Handayani,  S.,  dan  Kusuma, H.N. 2003. Perawatan Bayi Risiko Tinggi.
Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC.
4. Sukasto, D. 2015. Inkubator Grashof Sang
Penyelamat Bayi Prematur. http://koestoer.wordpress.com/tag/inkubat or-bayi/ 5. D-Robotics, DHT11 Humidity Temperature Sensor, http://www.datasheetpdf.com/datasheet/D HT11.html
6. Wardhana,  L.  2006. Belajar  Sendiri Mikrokontroler  AVR  Seri  ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi . Penerbit Andi: Yogyakarta.
7. Atmel  Corporation.  2003. 8-bit  AVR Microcontroller  with  8K  Bytes  In-System Programmable  Flash    ATmega  8535 . Atmel Corporation. http://www.atmel.com
8. Malvino. 1985. Prinsip-prinsip Elektronika Edisi  Ketiga  Jilid  1 .  Penerbit  Erlangga:
Jakarta.