## PENGUJIAN SENSOR CAHAYA PHOTOTRANSISTOR DAN PHOTODIODE PADA PEMANTAU DENYUT JANTUNG DENGAN METODE PHOTOPLETHYSMOGRAPH REFLEKSI

## Antonius Hendro Noviyanto
Program Studi Teknologi Elektromedis Politeknik Mekatronika Sanata Dharma Email: hendro@pmsd.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan karena banyaknya penyakit yang diakibatkan gangguan fungsi jantung dan pembuluh darah yang tidak terdeteksi secara dini. Pada makalah ini menyajikan pengujian dan pembuatan alat  pemantau  denyut  jantung  dengan  sensor  cahaya Phototransistor dan Photodiode sebagai  penerima sinyal,  sedangkan InfraRed dan Red  LED digunakan  sebagai  sumber  cahaya.  Pengujian  sensor  ini dilakukan  untuk  mengetahui  jenis  sensor  yang  sesuai  untuk  menerima  sinyal  jantung  dengan  metode Photoplethysmograph refleksi.  Pengujian  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil  baca  dari  beberapa sensor dengan sumber cahaya yang berbeda-beda. Sehingga dengan hasil pengujian yang didapatkan akan digunakan untuk membangun alat yang dapat memantau denyut jantung dan ditampilkan pada TFT LCD 32”. Dari alat yang dibangun dihasilkan data yang memiliki selisih pengukuran sebesar 1 beat per minute (BPM).
Kata Kunci: photoplethysmograph; phototransistor; photodiode; denyut jantung.

## ABSTRACT
This  research  was  conducted  because  of  the  many  diseases  caused  by  impaired  heart  and  blood vessel  function  that  were  not  detected  early.  So  with  this  tool  people  will  be  easier  to  monitor  the condition  of  the heart.  In  this  paper,  we  present  a  test  and  manufacture  of  a  heart  rate  monitor  with  a Phototransistor  light  sensor  and  a  Photodiode  as  a  signal  receiver,  while  InfraRed and  Red  LED are used as light sources. This sensor testing is carried out to determine the type of sensor that is suitable for receiving heart signals by the reflection method of Photoplethysmograph. Testing is done by comparing the readings of several sensors with different light sources. So that the test results obtained will be used to build a tool that can monitor the heart rate and display on the TFT LCD 32”. From the tools that are built, the data is generated which has a measurement difference of 1 beat per minute (BPM).
Keywords: photoplethysmograph; phototransistor; photodiode; heart rate.

## 1. PENDAHULUAN
Menurut  data  dari  Pusat  Data  dan  Informasi  Kementrian  Kesehatan  RI[1],  penyebab  kematian nomor  satu  pada  setiap  tahunnya  adalah  disebabkan  karena  penyakit  kardiovaskuler.  Penyakit kardiovaskuler  merupakan  penyakit  yang  diakibatkan  karena  adanya  ganguan  fungsi  jantung  dan pembuluh  darah.  Pada  umumnya,  tahap  awal  dalam  pemeriksaan  secara  medis  dapat  dilakukan  dengan medical  check  up[2].  Dimana,  pada  medical  check  up  tindakkan  awal  yang  dilakukan  adalah  dengan melihat kondisi detak jantung dari seorang pasien.
Detak  jantung  pasien  dapat  diketahui  dengan  berbagai  metode,  yaitu:  suara  denyut  jantung, mengukur  denyut  jantung  (nadi),  dan  mengukur  sinyal  jantung  dengan  alat  elektrokardiogram  (EKG). Denyut  nadi  normal  dari  orang  dewasa  dikatakan  normal  jika  berada  dalam  rentan  60  sampai  100 denyut/menit (beats/minute(bpm) [3].  Denyut  nadi  seseorang  dikatakan  tidak  normal  jika  dalam  rentan diatas 100 bpm (tachycardia) dan dibawah 60 bpm (bradycardia) [4]. Dampak dari seorang yang terkena tachycardia adalah jantung terlalu cepat berkontraksi dan darah yang  dipompa  untuk  disalurkan  ke  seluruh  tubuh  hanya  sedikit,  sehingga  fungsi  jantung  menjadi  tidak normal. Seseorang dengan tachycardia dapat diketahui dengan tanda-tanda: sesak nafas, nadi cepat, nyeri dada,  keringat  dingin,  dan  tidak  sadarkan  diri . Tachycardia tidak  menimbulkan  suatu  resiko  yang komplikasi,  namun  jika  kondisi  tachycardia  sudah  parah  dan  sudah  mengganggu  fungsi  normal  jantung
dapat mengakibatkan risiko stroke dan dapat pula menyebabkan serangan jantung mendadak yang dapat mengakibatkan kematian.
Pengukuran  denyut  jantung  dapat  dilakukan  dengan  metode photoplethysmography (PPG)[5],  [6]. PPG merupakan suatu teknik yang dapat digunakan untuk mendeteksi terjadinya perubahan volume darah pada  suatu  jaringan  tubuh,  dengan  cara  menangkap  sinyal  yang  dihasilkan  dari  sinar  pemancar  cahaya yang  menembus  jaringan  kulit  dan  diterima  oleh  sensor  penerima  cahaya[7].  Pada  metode  tersebut terdapat  komponen    yang  berfungsi  sebagai  pemancar  sinar  dan  ada  komponen  yang  berfungsi  sebagai penerima sinar.
Berdasarkan penelitian yang sudah ada, pada hasil penelitian dari Budi Harsono[8] komponen yang digunakan  adalah  dengan  sumber  cahaya  LED  putih  dan  penerima  cahaya  dengan  sensor  photodiode. Pada  penelitian  tersebut  menghasilkan  alat  pemantau  laju  detak  jantung  dengan  hasil  pembacaan  yang dituliskan  pada  LCD  16x2.  Pada  penelitian  Chitra  Annisa  Pratiwi[7],  dihasilkan  alat  dengan  sumber cahaya dari infra red dengan penerima cahaya photodiode . Hasil dari akuisisi data ditampilkan pada LCD 16x2. Pada penelitian Marti Widya Sari[9], dihasilkan alat dengan menggunakan pulse sensor dari finger test. Hasil dari pembacaan ditampilkan pada monitor laptop. Penelitian  ini  akan  membahas  mengenai  komponen  sensor  optik  dan  sumber  cahaya  yang  tepat  untuk membangun suatu alat pemantau denyut jantung. Sehingga akan didapatkan alat pemantau denyut jantung yang dapat digunakan dan sinyal hasil pemantauan dapat dilihat pada TFT LCD 32” yang terdapat pada alat.

## 2. BAHAN DAN CARA
Pada  penelitian  ini  menggunakan  dua  jenis  sensor  optik,  yaitu  photodiode  dan  photoransistor  dan dua  jenis  pemancar  cahaya,  yaitu  Red  LED  dan InfraRed.  Photodiode dan phototransistor merupakan jenis  sensor  yang  dapat  menerima  cahaya,  baik  cahaya  tampak  ataupun  cahaya  yang  tak  tampak.  Red LED  merupakan  komponen  yang  dapat  memancarkan  cahaya  tampak  berwarna  merah,  sedangkan InfraRed merupakan komponen yang dapat memancarkan cahaya tak tampak.
Proses  pengambilan  data  menggunakan  konfigurasi  refleksi,  yaitu:  antara  pemancar  dan  penerima dipasang secara. Pada konfigurasi refleksi pemancar memancarkan gelombang cahaya dan dipantulkan ke penerima.  Besar  intensitas  cahaya  yang  diterima  oleh  penerima  dipengaruhi  oleh  volume  darah  yang mengalir  pada  suatu  organ.  Sinyal  yang  dihasilkan  dari  sensor  memiliki  banyak  noise  dan  sangat  kecil nilainya. Agar dapat diproses lebih lanjut, sinyal harus dikuatkan dan difilter untuk menghilangkan noise yang  ada  pada  sinyal  tersebut.  Penguatan  sinyal  dapat  dilakukan  dengan  berbagai  macam  cara,  salah satunya  adalah  dengan  menggunakan  IC  Op-Amp.  Rangkaian  pengkondisi  sinyal  yang  digunakan menggunakan rangkaian yang sudah pernah dikembangkan[10] seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, dengan melakukan sedikit perubahan pada rangkaian input dan IC yang digunakan. Pada rangkaian yang digunakan terdapat rangkaian filter lolos rendah dengan frekuensi cut-off 2,34 Hz[10]. Penguatan  sinyal yang  digunakan  pada  rangkaian  pengkondisi  sinyal  ini  adalah  dengan  menggunakan  penguatan  sebesar 10.201 kali.
Setelah sinyal yang diharapkan telah didapat, sinyal dapat diproses lebih lanjut sesuai  dengan yang dibutuhkan.  Pemrosesan  sinyal  dilakukan  dengan  menggunakan  mikrokontroler  dan  ditampilkan  pada TFT LCD 32”.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dilakukan pengambilan data-data sensor sebagai berikut:

## 3.1 Red LED – Photodiode

## Gambar 2. Grafik Pengujian Red LED-Photodiode
Pada  gambar  2  menunjukkan  hasil  pengujian RED  LED dengan Photodiode .  Pada  hasil  tersebut menunjukkan  adanya  sinyal  yang  hilang  saat  dilakukan  pengujian.  Tegangan  keluaran  dari  pengkondisi sinyal sudah cukup besar yaitu 4 volt .

## 3.2 Red LED – Phototransistor

## Gambar 3. Grafik Pengujian Red LED-Phototransistor
Pada gambar 3 menunjukkan hasil pengujian RED LED dengan Phototransistor . Pada hasil tersebut menunjukkan adanya sinyal masih terdapat noise dan tegangan yang dihasilkan sangat kecil.

## 3.3 Infra Red – Photodiode

## Gambar 4. Grafik Pengujian Infra Red-Photodiode
Pada  gambar  4  menunjukkan  hasil  pengujian Infra Red dengan Photodiode .  Pada  hasil  tersebut menunjukkan hasil yang bagus dan noise dapat dihilangkan secara maksimal.

## 3.4 Infra Red – Phototransistor

## Gambar 5. Grafik Pengujian Infra Red-Phototransistor
Pada gambar 5 menunjukkan hasil pengujian Infra Red dengan Phototransistor. Pada hasil tersebut menunjukkan hasil yang menunjukkan masih adanya noise dan tegangan keluaran yang dihasilkan masih dalam skala yang kecil.
Berdasarkan  dari  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan,  maka  dilakukan  pembuatan  alat  pemantu denyut  jantung  dengan  menggunakan  sensor  Photodiode  dengan  sumber  cahaya  dari infra  red .  Pada gambar  6  merupakan  alat  pemantau  denyut  jantung.  Pada  alat  terdiri  dari  unit input yang  tersusun  dari sensor Photodiode dengan  sumber  cahaya  dari Infra Red ,  unit  pengkondisi  sinyal  yang  tersusun  atas rangkaian  penguat  dan  filter,  unit  pemrosesan  yang  terdiri  atas  mikrokontroler,  dan  unit output / display yang terdiri dari LCD penampil.

## Gambar 6. Alat Pemantau Denyut Jantung
Pengujian  deterktor  denyut  jantung  dilakukan  sebanyak  5  kali  dengan  data  sebagai  berikut ditunjukkan pada tabel 1. Pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pembacaan alat yang dibuat dengan alat fingertip Oximeter .
Tabel 1. Data pengujian detektor denyut jantung
No Detektor Denyut Jantung (BPM) Fingertip Oximeter (BPM) 1 66 65 2 70 70 3 72 72 4 76 75 5 80 81
Pada pengujian pertama,  keempat, dan kelima didapatkan  selisih pengukuran sebesar 1, sedangkan pada pengujian kedua dan ketiga didapatkan hasil yang sama. Berdasarkan dari data tersebut didapatkan selisih perhitungan 1 BPM, dengan nilai kesalahan sebesar 1,25 %.
Secara  umum,  data  yang  dihasilkan  dari  pembacaan  sensor  yang  digunakan  sudah  menunjukkan terbacanya  sinyal  dari  detak  jantung.  Namun  untuk  sensor Red  LED  –  Photodiode dan Red  LED  – Phototransistor memiliki  hasil  pengujian  yang  kurang  bagus,  dimana  hasil  menunjukkan  adanya  data yang hilang dan masih terdapat banyak noise yang dihasilkan.
Berdasarkan  dari  hasil  pengambilan  data  yang  telah  dilakukan,  konfigurasi  sensor  yang  secara umum baik digunakan dengan rangkaian pengkondisi sinyal yang dipilih adalah Infra Red – Photodiode dan  Infra  Red  –  Phototransistor .  Pada  hasil  pengambilan  data  tersebut  menunjukkan  terbacanya  semua sinyal detak jantung (tidak ada sinyal yang tidak terbaca) dan  noise yang dihasilkan kecil. Berdasarkan data hasil pengujian yang telah didapatkan, dihasilkan alat pemantau detak jantung dengan penampil TFT LCD  32”.  Dengan  tamilan  LCD  ini  dapat  dilihat  sinyal  dari  detak  jantung  dan  jumlah  detak  jantung dalam satuan BPM.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian  ini  menyajikan  hasil  pengujian  sensor  cahaya phototransisor dan photodiode dengan sumber  cahaya red  LED dan infra  red yang  digunakan  pada  alat  pemantau  denyut  jantung.  Konfigurasi sensor  yang  digunakan  adalah  sensor infra  red dengan photodiode .  Sinyal  yang  didapatkan  dan  jumlah denyut jantung dalam per menit dapat dilihat pada monitor TFT LCD 32” dengan nilai kesalahan sebesar 1,25%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Kemenkes RI, “Situasi kesehatan jantung,” Pus. data dan Inf. Kementeri. Kesehat. RI , p. 3, 2014.
[2]  Khasanah  Uswatun,  “Berdasarkan  Usia  Menggunakan  Pulse  Sensor  Berbasis  Arduino  Uno,” J. Elektron. Pendidik. Tek. Elektron. , vol. 5, pp. 1–7, 2016.
[3]  E. Laskowski, “What’s a normal resting heart rate?” [Online]. Available: http://www.mayoclinic.com/health/heart-rate/AN01906.
[4]  D.  A.  S,  F.  Arisgraha,  and  R.  Apsari,  “Bradycardia  and  Tachycardia  Detection  System  With Artificial Neural Network Method,” Indones. J. Trop. Infect. Dis. , vol. 3, no. 2, p. 86, 2017.
[5]  J.  Allen,  “Photoplethysmography  and  its  application  in  clinical  physiological  measurement,” Physiol. Meas. , vol. 28, no. 3, pp. 1–39, 2007.
[6]  N.  Saquib,  M.  T.  I.  Papon,  I.  Ahmad,  and  A.  Rahman,  “Measurement  of  heart  rate  using photoplethysmography,” Proc. 2015 Int. Conf. Netw. Syst. Secur. NSysS 2015 , 2015.
[7]  C.  A.  Pratiwi,  P.  Madona,  and  P.  Wijaya,  “Akuisisi  Data  Sinyal  Photoplethysmograph  (PPG) Menggunakan Photodioda,” J. Politek. Caltex Riau , vol. 2, no. 2, pp. 33–42, 2016.
[8]  B. Harsono, “Rancang Bangun Alat Pemantau Detak Jantung Saat Latihan Fisik,” J. Tek. dan Ilmu Komput. , vol. 1, no. 4, pp. 338–346, 2012.
[9]  M. W. Sari and S. Wardani, “Rancang Bangun  Aplikasi  Monitoring Detak Jantung Melalui Finger Test Berbasis Arduino,” J. EKSIS , vol. 9, pp. 105–112, 2016.
[10]  “Embedded Lab.” [Online]. Available: http://embedded-lab.com/blog/heart-rate-measurement-from- fingertip/.