BIOKONTROL SEBAGAI PENDETEKSI TARAF KETEGANGAN MANUSIA

Berpegang pada realita kehidupan tentang stress, maka dirancang suatu sistem elektronis, sebut saja 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 :
1. Galvanic Skin Resistance (GSR) yaitu tahanan tubuh manusia biasanya
diambil dari tahanan dua jari tangan dalam satuan _
2. Heart rate (HR) dalam satuan beat per minute
3. Blood presure (BP) tekanan darah ini terbagi dengan tekanan darah batas
bawah blood presure diastole (BPD) dan tekanan darah atas blood presure
systole (BPS)
4. Temperatur tubuh atau dalam istilah medis disebut H & T
Dari keempat indikasi tersebut dapat dikategorikan tingkat stress seseorang
sebagai berikut :

Tabel 3.1 Batasan stres pada 4 kondisi tubuh
3.2 Perancangan sistem 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 3.1 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.
3.3 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 3.2 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.
3.4 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 3.3 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.
3.5 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 3.4 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.
3.6 Perancangan rangkaian power suplay
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 3.5 Rangkaian power suply
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.


Oleh:
KRISNA TRI HANDOYO
Teknik Elektro
UNIKA Sogijapranata
SEMARANG