Biokontrol Sebagai Pendeteksi Saraf Ketegangan Manusia

Berpegang pada realita kehidupan tentang stress, maka dirancang suatu sistem elektronis, bias dikatakan sebagai stress indicator, yang mampu mendeteksi dan mengelompokan kadar stress seseorang. Dengan stress indikator diharapkan seseorang dapat memonitor tingkat stress, melakukan semacam tindakan preventif atau tindakan untuk menghindari dan mengatasi stress. Contoh penggunaan stress indicator dalam dunia medis, yaitu sebagai alat monitoring tingkat stress pasien yang akan menjalani operasi, membantu penegakan diagnosa yang kerap kali menjadi tidak akurat karena pasien mengalami stress. Stress indicator dapat juga digunakan oleh pekerja yang menuntut kehandalan, sehingga pengendalian stress menjadi sangat penting untuk membantu kinerjanya.


Gambar 1 : Diagram blok rangkaian detektor ketegangan

Prototype Stress Indicator ini merupakan sistem berbasis digital dengan metode pengalamatan pada IC terprogram EPROM yang menampilkan kadar tahanan dalam diri mannusia dan sekaligus indikator kondisi tingkat stres manusia tersebut dengan menampilkan huruf awal dari beberapa tingkat stress yang
dialami manusia. Tampilan stress indicator akan digolongkan dalam empat kondisi stress seseorang yaitu, stressed (S), tense (t), calm (C) dan relaxed (r). Dan stress itu adalah suatu perasaan takut atau tegang yang berlebihan sehingga membuat ketidak nyamanan dalam aktivitas manusia itu sendiri. Tense juga mempunyai arti suatu perasaan takut atau tegang yang besar namun sedikit dibawah kondisi stress, demikian juga tentang kondisi calm yaitu mempunyai perasaan takut atau tegang tetapi hanya tingkatan yang kecil sehingga manusia itu bisa menganggap kalau tidak terjadi apa-apa dalam kehidupannya. Dan relaxed sendiri yaitu suatu perasaan yang nyaman, tenang sehingga manusia itu bisa merasakan kebahagiaan dan senang. Berdasar empat tingkat kondisi sterss seseorang diatas dapat dikategorikan

Beberapa parameter penyebab stres yaitu :
a)Galvanic Skin Resistance (GSR) yaitu tahanan tubuh manusia biasanya diambil dari tahanan dua jari tangan

b)Heart rate (HR) dalam satuan beat per minute

c)Blood presure (BP) tekanan darah ini terbagi dengan tekanan darah batas bawah blood presure diastole (BPD) dan tekanan darah atas blood presure systole (BPS)

d)Temperatur tubuh atau dalam istilah medis disebut H & T




Perancangan Sensor tahanan tubuh manusia
Sensor yang digunakan pada aplikasi alat ini mempunyai spesifikasi alumunium foil. Berdasarkan beberapa literatur dan percobaan yang dilakukan, bahan aluminium foil sangat baik digunakan sebagai pembaca kondisi tahanan tubuh manusia terutama jika diinteraksikan dengan bagian kulit ari manusia. Untuk itu pada alat ini digunakan bahan aluminium foil yang dikemas/dibentuk dengan sistem perekat-tarik dan diletakkan pada ujung jari-jari manusia. Dengan menempatkan sensor tersebut pada kedua ujung jari-jari dan memberikan beda potensial ordo rendah pada sistem rangkaian sensor tersebut maka akan menghasilkan beda potensial yang lain yang terintegrasi dengan kondisi tahanan kulit manusia. Beda potensial inilah yang digunakan sebagai kondisi masukan pada rangkaian biopotensial atau kompensasi isyarat. Rangkaian biopotensial atau kompensasi isyarat merupakan rangkaian yang terdiri dari kombinasi Op-Amp yang diperlukan sebagai pengatur komposisi tegangan yang dihasilkan oleh sensor sehingga melalui sistem ini dihasilkan suatu tegangan yang terkendali


Gambar 2 :Rangkaian Bio potensial pada sistem pemantau stress

Rangkaian kalibrasi ini berupa rangkaian penguat inverting yang terpasang secara bertingkat dengan buffer inverting, sehingga mempunyai dua fungsi yaitu untuk memperbesar dan mengatur amplitudo tegangan DC yang dihasilkan oleh keluaran sensor pada penguat invertingnya sekaligus mempertahankan tegangan tersebut tetap stabil terhadap penambahan rangkaian berikutnya melalui rangkaian buffer. Pemilihan jenis penguat inverting secara bertingkat ini dimaksudkan untuk tetap mempertahankan fasa tegangan keluaran terhadap masukannya.


Perancangan sistem ADC
Tegangan DC yang dihasilkan oleh rangkaian penyearah diatas merupakan tegangan analog, sedangkan untuk semua proses pengalamatan pada mikrokontroler ini yang diperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan analog ini perlu diubah dalam bentuk digital. Untuk keperluan pengubahan analog ke digital ini diperlukan rangkaian converter analog ke digital, dalam hal ini menggunakan IC ADC 0804. Rangkaian ADC 0804 yang digunakan adalah respon terkendali, dimana perubahan pembacaan data masukan dikendalikan oleh clock yang dihubungkan pada pin WR sehingga perubahan data dimulai setelah input WR tinggi. Untuk itu rangkaian ini dilengkapi dengan rangkaian clock dengan IC CMOS 4081 untuk memberikan kepastian detak ADC 0804. Dengan menambahkan clock pada ADC 0804 ini menyebabkan keluaran biner ADC 0804 lebih stabil yang juga berimbas terhadap angka-angka digital yang ditampilkan. Sistem minimum rangkaian ADC 0804 adalah sebagai berikut:


Gambar 3 :Sistem minimum rangkaian ADC 0804

ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukan sinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi (Vref) yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan potensio tegangan VR 10K. Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enable dihubungkan ke ground. Kaki WR untuk memulai pengubahan atau yang lebih dikenal dengan start conversion (SC) yang diberi clock dari IC CMOS 4081 yang memberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk memulai perubahan biner ketika masukan berubah. Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titik keluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisi maksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau
255 kondisi masukan analog.


Perancangan sistem terprogram pada EPROM 27C256
Logika biner yang dihasilkan dari rangkaian ADC 0804 kemudian dilewatkan melalui rangkaian pengalamatan EPROM (dalam hal ini type 27C256 microchip) untuk memberikan alamat desimal pada setiap masukan biner ADC 0804. Pada EPROM ini sekaligus dapat dilakukan kalibrasi digital jika diperlukan untuk menampilkan angka tertentu pada bilangan biner masukan yang tidak bersesuaian. Pada EPROM inilah dilakukan pengalamatan dan kalibrasi untuk menunjukkan nilai tahanan tubuh manusia yang diukur melalui kedua ujung jarinya. EPROM 27C256 mempunyal 15 alamat (A14 – A0) dan 8 data keluaran (Q7 – Q0). Menyesuaikan data biner ADC 0804 maka hanya digunakan 8 alamat masukan EPROM saja yakni A7–A0, sedangkan alamat sisa lainnya diketanahkan untuk mengurangi distorsi pembacaan digital. Sedangkan pada 8 data keluaran dimanfaatkan untuk menggerakkan dekoder guna menampilkan instruksi desimal
yang diminta oleh EPROM tersebut.


Gambar 4 :Sistem penyambungan EPROM 27C256

Metoda Pengisian EPROM dilakukan dengan menggunakan EPROM Programmer yang ditampilkan melalui layar komputer, sehingga alamat-alamat EPROM 27C256 yang sejumlah 262144 bit ini tampil pada layar monitor dalam tampilan heksadesimal. Pada aplikasi ini bit yang dimanfaatkan hanya sebagian kecil saja yaitu hanya mengalamatkan angka desimal 00 hingga 99, hal ini sesuai dengan jumlah display maksimal yang bisa dimanfaatkan. Sehingga pada layar monitor alamat heksadesimal yang diisi dengan angka desimal berturut-turut hingga pada alamat 63H saja. Melalui metode pengisian angka-angka desimal maka keluaran EPROM pada data berupa bilangan-bilangan biner yang sudah berkode desimal, dengan metode BCD ini angka-angka keluaran EPROM akan lebih mudah diterjemahkan melalui dekoder untuk ditampilkan pada seven segment. Pada sistem ini juga menggunakan dua buah EPROM dimana sebuah EPROM berfungsi untuk menampilkan angka-angka yang menunjukkan tahanan tubuh manusia, dan untuk fungsi ini EPROM harus dilengkapi dengan dekoder seven segment. Sedangkan EPROM yang kedua berfungsi sebagai penampil karakter huruf depan dari indikator tingkatan stress yang ada. Untuk aplikasi ini EPROM tidak memerlukan tambahan dekoder melainkan dengan pemrograman khusus hingga membentuk karakter yang dikehendaki sesuai dengan tingkatan tahanan yang ditunjukkan oleh penampil tahanan tubuh manusia. Untuk aplikasi
penampil karakter ini data keluaran EPROM diambil tujuh bit saja dari setiap byte nya dan dihubungkan dengan ketujuh karakter led pembentuk seven segment. Dengan metode ini maka dapat dibentuk huruf berdasar penyalaan bit pembentuk karakter tampilan pada led seven segment.



Dari gambar diatas maka untuk membentuk huruf “r” yang menyatakan kata “relaxed” dilakukan dengan mengaktifkan led a,f dan e pada led seven segment. Untuk membentuk huruf “C” yang menyatakan kata “Calm”dilakukan dengan mengaktifkan led a,f,e dan d. Untuk mengaktifkan huruf “t” yang menyatakan kata “tense” dilakukan dengan mengaktifkan led pembentuk d,e,f, dan g. Sedangkan untuk mengaktifkan huruf “S” yang menyatakan kata “stressed” dilakukan dengan mengaktifkan led a,f,g,c dan d. Untuk mengaktifkan masing-masing led pembentuk karakter huruf pada seven segment tersebut dilakukan dengan menghubungkan masing masing port led karakter a,b,c,d,e,f,g dengan keluaran EPROM pada output masing-masing Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,dan Q0. Sehingga untuk membentuk huruf “r” misalnya EPROM harus mengaktifkan keluaran Q6,Q2 dan Q0 dan berdasar urutan BCD EPROM maka dilakukan pemrograman dengan memasukkan angka 45h. Sedangkan untuk mengaktifkan huruf “C” untuk Calm maka EPROM harus
mengaktifkan keluaran Q6,Q3,Q2 dan Q0 dan berdasar urutan BCD EPROM maka dilakukan pemrograman dengan memasukkan angka 4Dh.dan seterusnya.

Rangkaian Dekoder Seven Segment
Pemilihan dekoder seven segment menggunakan IC dekoder 74LS247, pemilihan ini berdasar pada beberapa kriteria diantarnya adalah kemampuan IC dekoder tersebut dalam menampilkan dioda led-dioda led seven segment secara sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah karena jenis seven segment yang digunakan adalah jenis anoda bersama dimana VCC menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder 74LS247 dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output rendah atau sering disebut dengan istilah ground jalan. Metode penyambungan dekoder 74LS247 yang teraplikasi pada seven segment penunjuk suhu pada pembuatan alat ini ditunjukkan pada gambar berikut ini :


Gambar 5 : Dekoder 74LS247 sebagai penggerak seven segment

Masing-masing dekoder 74LS247 diatas mendapatkan masukan dari data keluaran EPROM yang telah mengelompok menjadi dua kelompok BCD masingmasing sebagai penampil puluhan dan penampil satuan. Masukan dekoder 74247 merupakan kode-kode desimal DCBA atau urutan 8421 dimana kombinasi dari kode-kode desimal tersebut yang digunakan untuk menampilkan angka pada seven segment. Sebagai contoh untuk menampilkan angka 9 maka kode desimal dalam bentuk biner yang harus aktif adalah 1001, sesuai urutan kode 8421 maka penjumlahan dari kode 1001 adalah angka desimal 9. Pada permintaan kode ini maka led seven segment yang aktif adalah a,b,c,d,f,g. Jadi untuk keperluan penterjemahan kode menjadi display atau led yang aktif inilah dekoder 74247 diperlukan.

Perancangan rangkaian power suplly
Power suplay merupakan salah satu faktor utama dalam pembuatan suatu rangkaian sebab semua aplikasi rangkaian mutlak memerlukan adanya power suplay tersebut. Dalam aplikasi rangkaian elektronika dikenal beberapa jenis power suplay diantaranya adalah power suplay simetris, power suplay fiks satu sisi dan power suplay variable. Dalam perancangan alat ini digunakan dua buah power suplay yaitu power suplay simetris dan power suplay fiks 5 volt. Disebut power suply simetris karena tegangan yang dihasilkan oleh power suplay jenis ini setimbang atau sama besar pada sisi negatif dan positif. Pada power suplay simetris ini menghasilkan tegangan 12 volt dan –12 volt, yang digunakan sebagai pencatu IC jenis CMOS dan komponen Opamp yang membutuhkan kondisi simetris. Sedangkan power suplay fiks 5 volt digunakan untuk mencatu beberapa jenis IC TTL, ADC 0804 dan EPROM.


Gambar 6 : Rangkaian power supply

Untuk menghasilkan tegangan fiks 5 volt pada power suplay ini menggunakan sebuah dioda zener 5V1 yang dikuatkan dengan transistor untuk memberikan kestabilan arus kerja power suplay tersebut. Sedangkan pada tegangan simetris menggunakan regulator pembentuk tegangan 7812 untuk membentuk tegangan positif dan regulator 7912 untuk menghasilkan tegangan negatif 12 volt. Pada perancangan sistem tegangan simetris ini tidak disertai dengan transistor sebab regulator tersebut telah dilengkapi dengan sistem penstabil sehingga untuk diaplikasikan pada beban yang tidak terlalu besar seperti pada alat ini kemampuan penstabilan regulator 12 volt ini masih mencukupi.