## MONITORING HEART RATE DAN SATURASI OKSIGEN MELALUI SMARTPHONE

## Ary Sulistyo Utomo
Teknik Elektro Medik Akademi Teknik Elektro Medik Email: ary.utomo@gmail.com

## Erda Hermono Puspo Negoro
Teknik Elektro Medik Akademi Teknik Elektro Medik
Mohamad Sofie Teknik Elektro Medik Akademi Teknik Elektro Medik

## ABSTRAK
Pada  tubuh  manusia  terdapat  beberapa  tanda  vital  yang  dapat  mencerminkan  indikasi  dari  kondisi kesehatan  seseorang  diantaranya  yaitu  tekanan  darah,  respirasi,  denyut  nadi  dan  suhu  tubuh.  Pada  saat kondisi  pasien  dalam  keadaan  sakit  parah  sehingga  berada  pada  ruang  ICU  maka  diperlukan  suatu pemantaunya  yang  dapat  dipatau  setiap  saat  dan  kapanpun.  Sehingga  keluarga  pasien  dapat  membantu pemantau  tersebut,  maka  peneliti  membuat  alat  monitoring  heart  rate  dan  saturasi  oksigen  yang  dapat dimonitoring melalui smartphone . Pembuatan alat ini menggunakan sistem IoT (Internet of Things) , dimana alat ini menggunakan sensor yang digunakan yaitu sensor heart rate dan sensor SPO2 MAX 30100, serta mikrokontroller Arduino nano dan ESP01 sebagai pengolah data dan koneksi Wi-Fi . Data tanda vital akan ditampilkan  di  aplikasi blynk pada smartphone android.  Selisih  pembacaan  nilai heart  rate dan  saturasi oksigen  pada  alat  dan  pasien  monitor  terbesar  0,8%  untuk  heart  rate  dan  1%  untuk  saturasi  oksigen. Pengiriman  data  hasil  pembacaan  sensor heart  rate dan  saturasi  oksigen  berhasil  dimonitoring  secara langsung melalui smartphone .
Kata kunci: tanda vital; IoT; blynk; arduino nano.

## ABSTRACT
In the human body there are several vital signs that can reflect on a person's health condition which emits blood pressure, respiration, pulse and body temperature. When patients are seriously ill so that they are in the ICU, monitoring is needed that can be monitored at any time and at any time. So that the patient's family can help the monitor, the researcher makes a heart rate reading and oxygen saturation tool that can be monitored via a smartphone. Making this tool uses the IoT (Internet of Things) system, where the device uses sensors that are used namely the heart rate sensor and SPO2 MAX 30100 sensor, and the Arduino nano  and  ESP01  microcontrollers  as  data  processing  and  Wi-Fi  connections.  Vital  data  data  will  be displayed in the Blynk application on an Android smartphone. The difference in reading the heart rate and oxygen saturation of the device and monitor patients is the largest 0.8% for heart rate and 1% for oxygen saturation. Sending data from sensor heart rate and oxygen saturation readings are successfully monitored directly through a smartphone.
Keywords: vital signs; IoT, blynk; arduino nano.

## 1. PENDAHULUAN
Di dalam tubuh manusia terdapat beberapa tanda-tanda vital yang menunjukkan fungsi sangat penting bagi tubuh manusia. Tanda-tanda vital tersebut adalah nilai fungsi dari fisiologis manusia yang terdiri dari tekanan  darah,  suhu  tubuh,  saturasi  oksigen,  denyut  nadi  dan  laju  pernafasan.  Tanda  vital  ini  dapat digunakan sebagai indikasi bahwa seseorang dalam kondisi sehat ataupun dalam kondisi sedang sakit [1]. Salah satu tanda vital yaitu heart rate atau denyut jantung yaitu jumlah denyut jantung per satuan waktu yang dinyatakan permenit atau beat per menite (bpm) [2]. heart rate merupakan parameter kesehatan yang berhubungan  dengan  kesehatan  sistem  kardiovaskular  manusia.  Jumlah  denyut  jantung  per  menit  dapat mencerminkan kondisi fisiologis seseorang, seperti kondisi aktifitas, stress dan mengantuk. Orang dewasa
yang sedang dalam kondisi sehat dan sedang dalam beraktiftas normal denyut jantung atau nadi sekitar 60 s/d  100  deyut  permenit  [1].  Denyut  jantung  yang  terlalu  lambat  disebut bradikardia ,  sedangkan  denyut jantung yang terlalu cepar disebut takikardia . Dalam keadaan jantung yang normal dapat dibagi mejadi 4 bagian berdasarkan usia seseorang. Empat bagian tersebut dapat dilihat pada tabel 1 [3].
Tabel 1. Denyut jantung normal dikelompokkan berdasar empat kelompok usia
Usia (Tahun) Bradikardia (bpm) Normal (bpm) Takikardia (bpm) <1 <100 100-160 >160 1 – 10 <70 70-120 >120 11-17 <60 60-100 >100 >17 <60 60-100 >100
Berdasarkan pengalaman yang pernah dilakukan penulis pada saat berada di rumah sakit daerah kudus yang pada waktu itu salah satu keluarga penulis mengalami kondisi beberapa tanda vital harus di monitoring secara terus  menerus  yang berada di ruang ICU. Pada saat  berada diruang tersebut  keluarga tidak dapat memantau  secara  langsung,  pemantau  dilakukan  oleh  perawat  jaga  dengan  menuliskan  kondisi  pasien secara  manual  di  atas  kertas  besar  yang  berada  di  depan  kamar  atau  bed  pasien.  Dari  kejadian  tersebut penulis melakukan penelitian membuat alat yang dapat memonitoring heart rate dan saturasi oksigen secara online  yang  dapat  di  monitor  secara  langsung  dan  terus  menerus  melalui  smartphone.  Pemantauan  ini memanfaatkan IoT (Internet of Things) . IoT ( Internet of Things ) adalah suatu jaringan menghubungkan suatu jaringan dari berbagai objek yang memiliki alamat IP ( Internet Protokol ) serta identitas yang sama, sehingga dapat berkomunikasi maupun bertukar informasi. Dengan sistem ini diharapkan keluarga pasien yang berada di luar ruang perawatan dapat ikut memantau kondisi dari tanda vital dari pasien yang sedang sakit.
Penelitan  sebelumnya  yang  dilakukan  oleh    Ary  sulistyo  utomo  dkk  berasal  dari  Akademi  Teknik Elektro Medik Semarang melakukan perancangan monitoring baby incubator sentral dengan komunikasi wireless dimana  kondisi  dari  suhu  dan  kelembaban  dari incubator dapat  diamati  secara  jarak  jauh[4],  I Ketut  Resika,  F  dkk  pada  tahun  2017  melakukan  Perancangan  Alat  Pendeteksi  Detak  Jantung  dengan hasilnya di kirim melalui SMS ke handphone[3], Fachrul Rozie pada 2016 melakukan rancang bangun alat monitoring  jumlah  denyut  nadi  atau  jantung  berbasis  android  dimana  hasil  dari  pembacaan  denyut  nadi dapat dipantau melalui Handphone android[5], Herdi Fadillah dkk pada 2015 melakukan  perancangan alat pemantau detak jantung, resistansi kulit dan suhu tubuh jarak jauh dimana hasil dari pemantauan dikirim di sebuah server [2], Nur Hudha Wijaya dkk pada tahun 2018 melakukan penelitian membuat alat ukur detak jantung dan suhu tubuh dilengkapi penyimpanan data dimana hasil dari pengukuran detak jantung di simpan sehingga  kemudian  hari  data  tersebut  dapat  dilihat  kembali  [6].  Indra  prayogo  dkk  pada  tahun  2017 membuat penelitian sistem  monitoring denyut jantung dan  suhu  tubuh  sebagai indikator level  kesehatan pasien  berbasis IoT ( Internet  Of  Thing )  dengan  metode Fuzzy  Logic menggunakan  android  dimana pembacaan  dari  denyut  jantung  dan  suhu  tubuh  dapat  menghasilkan  hasil  kondisi  pasien  dan  data pembecaan dapat dilihat melalui smartphone ataupun dari komputer yang telah terhubung ke alat[7], Fuad Ughi pada tahun 2018 membuat penelitian proof-of-concept simulasi kadar saturasi oksigen untuk evaluasi pulse oximeter dimana hasil dari penelitian ini membuat simulasi kadar oksigen dengan mengatur intensitas cahaya light emitting diode (LED), untuk meniru penyerapan cahaya oleh darah pada pembuluh arteri [8]. Rifki yanuardi pada tahun 2016 melakukan rancang bangun pulse oximetry digital berbasis mikrokontroler atmega 16 dimana menghasilkan alat yang dapat menampilkan pembacaan kadar oksigen dalam darah [9]. Bandana Mallick pada tahun 2016 melakukan penelitian tentang heart rate monitoring system using finger tip thrgouh arduino and processing software [10].
Pada penelitian ini menggunakan sensor max 30100 sebagai sensor saturasi oksigen dalam darah dan juga  sebagai  sensor heart  rate .  Hasil  dari  pembacaan  sensor  akan  diolah  oleh  mikrokontroller  Arduino nano.  Rangkaian  untuk  mengirim  data  pembacaan  dari  mikrokontroller  ke  smartsphone  menggunakan ESP8266 ESP01 dengan komunikasi melalui wifi . Hasil pembacaan heart rate dan saturasi oksigen dapat di monitoring secara langsung dan kapanpu oleh perangkat smartphone .

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Pada metodologi penelitian yaitu membuat perangkat keras dan perangkat lunak. Rangkaian perangkat keras  yaitu  rangkaian  catu  daya,  rangkaian interface dengan  LCD  Tft  Nextion  3.5,  rangkaian interfac e sensor max 30100, rangkaian ESP8266 ESP01 dan rangakaian arduino nano . Untuk perangkat lunak yaitu dengan  menggunakan  blynk.  Diagram  blok  sistem  ditampilkan  pada  Gambar  1.  Diagram  Blok  Sistem berikut ini.

## Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Hasil monitoring yang dilakukan oleh smartphone berisikan hasil pembacaan heart rate dan saturasi oksigen yang dihasilkan dari pembacaan sensor max 30100 yang dibaca oleh mikrokontroller arduino Nano. Arduino  Nano  akan  mengirimkan  data  pembacaan  melalui  perangkat  ESP8266  ESP01  ke smartphone , sehingga smartphone dapat memonitoring secara langsung, kapanpun dan dimanapun. Rangkaian interface sensor max 30100 dengan mikrokontroller arduino nano seperti gambar 2.

## Gambar 2. Rangkaian interface sensor max 30100
Pada rangkaian gambar 2 diatas pembacaan sensor menggunakan komunikasi I2C yaitu komunikasi antar dua buah IC menggunakan pin SDA ( Serial Data ) dan SCL ( Serial Clock ). Tegangan yang digunakan pada  sensor  ini  sebesar  5  volt.  Pin  SDA  pada  sensor  dihubungkan  pada  pin  A4  pada  mikrokontroller Arduino  Nano  dan  pin  SCL  sensor  dihubungkan  pada  A5.  Penggunaan  SCL  yaitu  untuk  mengontrol pengiriman data sensor ke mikrokontroller yang dikirimkan oleh sensor melalui SDA. Cara kerja sensor yaitu terdapat 2 led yang terdiri dari led merah dan IR ( Infrared ) photodetektor. Pendeteksi cahaya yang terdapat di masing-masing sisi probe menyebarkan cahaya melalui jaringan tubuh menuju ke pendeteksi cahaya.  Cahaya  inframerah  terserap  lebih  banyak  pada hemoglobin dengan  kadar  oksigen  yang  lebih, sedangkan  pada hemoglobin yang  tidak  memiliki  kadar  oksigen  akan  menyerap  cahaya  merah.  Setiap detiknya  melakukan  beberapa  kali  pengukuran  untuk  penyerapan  cahaya  relatif.    Hasil  dari  pengukuran tersebut  kemudian  di  proses  pada  mikrkontroller.  Hasil  dari  pengukuran  selama  3  detik  akan  diambil sebagai nilai rata-rata . Listing program yang digunakan mikrokontroller arduino nano untuk membaca hasil pembacaan heart rate dan saturasi oksigen seperti listing  program dibawah ini.
#include "MAX30100_PulseOximeter.h" #define REPORTING_PERIOD_MS 5000 PulseOximeter pox; uint32_t tsLastReport=0; int hr, spo2; void setup() { sensors.begin(); Serial.begin(115200); Serial.print("Initializing pulse oximeter.."); if (!pox.begin()) { Serial.println("FAILED"); for (;;);} else { Serial.println("SUCCESS");} pox.setOnBeatDetectedCallback(onBeatDetected);
Sensor Max 30100 Arduino Nano ESP8266 ESP01 Smartphone LCD Tft Nextion 3.5
pox.update(); hr = 0; spo2 = 0; hr = pox.getHeartRate(); spo2 = pox.getSpO2(); Serial.print("Heart rate:"); Serial.print(hr); Serial.print("bpm/ SpO2:"); Serial.print(spo2); Serial.println("%"); delay(50);}
Data yang didapatkan dari sensor max 30100 akan dikirimkan mikrokontroller arduino nano melalui perangkat ESP8266 ESP01. Gambar rangkaian interface ditunjukan pada gambar 3. Rangkaian ESP8266 ESP01 dibawah ini.

## Gambar 3. Rangkaian Interface ESP8266 ESP01
Pada gambar rangkaian 3 diatas untuk mengirimkan data pembacaan heart rate dan saturasi oksigen menggunakan komunikasi serial yaitu Rx (reciver) dan Tx (Transmitter) dari ESP8266 ESP01 serta Tx dan Rx  dari  mikrokontroller  arduino  nano.  Dimana  Rx  dari  ESP8266  ESP01  terhubung  dengan  Tx  dari mikrokontroller  arduino  nano  dan  sebalikanya  Tx  dari  ESP8266  ESP01  terhubung  dengan  Rx  dari mikrokontroller  arduino  nano.  Pengiriman  data  dilakukan  bergantian  antara  data heart  rate dan  saturasi oksigen. Data yang dikirim tersebut akan diteruskan oleh pemancar yang ada di ESP8266 ESP01 kepada smartphone yang telah tersambung melalui wifi . Listing program yang digunakan untuk mengirim data dari mikrokontroller arduino nano ke smartphone seperti dibawah ini.
ProgramESP01 untuk mengirimdata IoT ke smartphone. #include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial iot(3,2); #define BLYNK_PRINT Serial char buff[100] = {0}; int data[5]; #include <ESP8266WiFi.h> #include <BlynkSimpleEsp8266.h> BlynkTimer timer; char auth[] = "a601d405a82d4134a367a58c9b24bbd5"; char ssid[] = "hrsop2iot"; char pass[] = "atemsmg18"; int hr, spo2;
void setup() {Serial.begin(9600); Blynk.begin(auth, ssid, pass); timer.setInterval(1000L, kirim);}
void loop() {Blynk.run(); timer.run(); String s = Serial.readStringUntil('\n');} void kirim() {Blynk.virtualWrite(V0, hr); Blynk.virtualWrite(V1, spo2);}
Selain data pembacan sensor dapat dikirimkan, data juga dapat dilihat secara langsung menggunakan LCD  Tft  Nextion  3.5.  rangkaian interface LCD  Tft  Nextion  3.5  dengan  mikrokontroller  arduino  nano seperti gambar 4. Rangakain interface LCD Tft Nextion 3.5 dibawah ini.
Gambar 4. Rangkaian Interface LCD Tft Nextion 3.5
Pada gambar 4. Rangkaian interface LCD Tft Nextion 3.5 komunikasi antara mikrokontroller arduino nano  menggunakan  komunikasi  serial  Rx  ( receiver )  dan  Tx  ( transmitter ).  Rx  pada  Lcd  Nextion  3.5 dihubungkan  pada  pin  D10  yang  bersifat  sebagai  Tx  pada mikrokontroller  arduino  nano,  sebaliknya  Tx pada Lcd Nextion 3.5 dihubungkan pada pin D11 yang bersifat sebagai Rx pada mikrokontroller arduino nano. Tampilan Lcd Nextion 3.5 bisa dirubah dengan menggunakan aplikasi nextion editor yang terdapat pada PC/Laptop. Pada Nextion editor tampilan dapat diedit antar komponen utama  seperti tombol, teks, slider, panel instrumen, dll. Listing program  menampilkan hasil pembacaan nilai heart rate dan saturasi oksigen seperti listing program dibawah ini.
#include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial nexSerial(11, 10); void setup() { nexSerial.begin(9600); } void kirim0() { nexSerial.print("n0.val="); nexSerial.print(hr); nexSerial.print("n1.val="); nexSerial.print(spo2); }

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Pengukuran  pembacaan heart  rate dilakukan  pada  3  responden  dengan  perbandingan  pembacaan dengan peralatan pasien monitor. Adapun hasil dari perbandingan pengukuran dapat dilihat pada tabel 2. Tabel pengukuran heart rate dibawah ini,

## Tabel 2. Pengukuran heart rate
No Nama LCD alat (bpm) Blynk (bpm) Pasien Monitor (bpm) Selisih Pembacaan % 1 Agustin 85 88 89 85 88 91 85 86 90 0.3% 2 Fauzan 74 74 74 74 74 74 75 76 73 0.8% 3 Nova 71 69 69 71 69 69 70 67 70 0.8%
Pada  perbandingan  sample heart  rate antara  pembacaan  alat  peneliti  dengan  pasien  monitor didapatkan  hasil  persentase  selisih  terbesar  yaitu  0,8%  dan  presentasi  terkecil  sebesar  0,3%,  dimana prosentase kesalahan terbesar yaitu pada sample 2 dan 3 dengan Heart Rate rata  - rata 74 bpm dan 69,9 bpm. Dimana perubahan heart rate tubuh manusia dapat dipengaruhi oleh pergerakan tangan, pengiriman data heart rate ke aplikasi blynk yang membutuhkan waktu kurang dari 1 menit tergantung dari koneksi jaringan internet.
Pada pengukuran keluaran saturasi oksigen (SPO2) dilakukan sama seperti dengan pengukuran heart rate , yaitu dengan membandingkan pembacaan alat dengan pasien monitor. Untuk responden pengukuran sama seperti dengan pengukuran heart rate. Adapun hasil dari perbandingan pengukuran dapat dilihat pada tabel 2. Tabel pengukuran saturasi oksigen (SPO2),
Tabel 2. Pengukuran saturasi oksigen
No Nama LCD alat (%) Blynk (%) Pasien Monitor (%) Selisih Pembacaan (%) 1 Agustin 98 97 97 97 97 97 97 97 97
0% 2 Fauzan 97 97 97 97 97 97 98 98 98
1% 3 Nova 97 97 97 97 97 97 97 98 98 0.6%
Pada perbandingan sample pengukuran saturasi oksigen antara pembacaan alat peneliti dengan pasien monitor didapatkan hasil persentase selisih terbesar yaitu 1% dan presentasi terkecil sebesar 0%, dimana prosentase  kesalahan  terbesar  yaitu  pada  sample  2  dengan  pembacaan  saturasi  oksigen  rata  -  rata  97%. Dimana perubahan saturasi oksigen di tubuh manusia dapat dipengaruhi oleh pergerakan tangan, kondisi saturasi oksigen tubuh yang dapat berubah disetiap saat, serta pengiriman data saturasi oksigen ke aplikasi blynk yang membutuhkan waktu kurang dari 1 menit tergantung dari koneksi jaringan internet.

## 4. KESIMPULAN
a) Selisih pembacaan nilai heart rate dan saturasi oksigen pada alat dan pasien monitor terbesar 0,8% untuk heart rate dan 1% untuk saturasi oksigen.
b) Pengiriman data hasil pembacaan sensor heart rate dan saturasi oksigen berhasil dimonitoring secara langsung melalui smartphone .
c) Pembacaan nilai heart rate dan saturasi oksigen yang berbeda antara tampilan di LCD dan Smarphone dikarenakan waktu pengiriman data pembacaan yang tidak sama.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Tysinger E. How vital are vital signs? A systematic review of vital sign compliance and accuracy in nursing. J Sci Med. 2014.
[2] Fadillah H, Agustian I, Indriani A. Perancangan Alat Pemantau Detak Jantung , Resistansi Kulit dan Suhu Tubuh Jarak Jauh. 2015;5:1–6.
[3] Arthana IKR, Pradnyana IMA. Perancangan Alat Pendeteksi Detak Jantung Dan Notifikasi Melalui Sms. Semin Nas Ris Inov 2017. 2017.
[4] Utomo  AS,  Satrya  AB,  Tapparan  Y.  Monitoring  Baby  Incubator  Sentral  Dengan  Komunikasi Wireless. Simetris J Tek Mesin, Elektro dan Ilmu Komput. 2018.
[5] Rozie F, Hadary F, W FTP, Nadi D, Berdasarkan B, Terkait P. Jumlah Denyut Nadi / Jantung Berbasis Android. 2014;1–10.
[6] Setiadi B S. Fakultas Teknik – Universitas Muria Kudus 153. Polsri. 2014;153–60.
[7] Prayogo  I,  Alfita  R,  Wibisono  KA.  Sistem  Monitoring  Denyut  Jantung  Dan  Suhu  Tubuh  Sebagai Indikator Level Kesehatan Pasien Berbasis IoT ( Internet Of Thing ) Dengan Metode Fuzzy  Logic
Menggunakan Android. Triacs [Internet]. 2017;2:1–8. Tersedia
pada: http://journal.trunojoyo.ac.id/triacs/article/view/3257.
[8] UGHI  F.  Proof-of-Concept  Simulasi  Kadar  Saturasi  Oksigen  untuk  Evaluasi  Pulse  Oximeter. ELKOMIKA J Tek Energi Elektr Tek Telekomun Tek Elektron. 2018;6(1):110.
[9] Yanuardhi  R,  Soegiarto  D,  Sularsa  A.  Rancang  Bangun  Pulse  Oximetry  Digital  Berbasis Mikrokontroler  Atmega16.  eProceedings  Appl  Sci  [Internet].  2016;2(1):332–8.  Tersedia  pada: https://libraryeproceeding.telkomuniversity.ac.id/index.php/appliedscience/article/view/4083/3857.
[10] Mallick  B,  Patro  AK.  Heart  Rate  Monitoring  System  Using  Finger  Tip  Through  Arduino  and Processing Software. Int J Sci Eng Technol Res. 2016.