LAPORAN 3
MATA KULIAH BIOSIGNAL
Perancangan Rangkaian Biosignal Electrooculography (EOG)
RIDHO D. ADRIAN (1510951021)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2018
Kata Pengantar
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmatNya sehingga Laporan perkembangan untuk matakuliah Biosignal dapat terselesaikan. Dalam penulisan laporan ini penulis membutuhkan bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr.Muhammad Ilhamdi R, M.Eng. dan teman-teman sejawat yang telah membantu dalam penuisan laporan ini. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan laporan ini, oleh karena itu penulis meminta kritik dan saran yang bersifat membangun kepada pembaca agar laporan ini lebih baik untuk kedepannya. Penulis , 14 Februari 2018
i
Daftar Isi
Kata Pengantar
i
Daftar isi
ii
1. Tinjauan Pustaka
1
2. Perancangan Rangkaian Electrooculography (EOG)
2
a.
Rangkaian Penguat Pertama
2
b. Rangkaian Band Pass Filter
3
c.
1) Active High Pass Filter
3
2) Active Low Pass Filter
5
Rangkaian Penguat Kedua
d. Rangkaian EOG keseluruhan
3. Kesimpulan
Daftar Pustaka
7 8
10
11
ii
Perancangan Rangkaian Filter Sinyal Electrooculogram (EOG) 1. Tinjauan Pustaka Electrooculography (EOG) adalah teknik untuk mengukur potensi dari retina mata. Sinyal yang dihasilkan disebut electrooculogram. Sebuah electrooculograph adalah alat yang mengukur voltase antara dua elektroda yang ditempatkan pada wajah subjek sehingga bisa mendeteksi pergerakan mata. Saat ini penggunaanya diperluas ke setiap bidang.
Gambar 1 : Electrooculography (EOG) Sebagaimana kita ketahui otot mata mengatur pergerakan dari bola mata. pergerakan mata dapat dikelompokan menjadi beberapa kategoti yaitu tertutup, berkedip, melihat ke kiri, melihat ke kanan, melihat keatas dan melihat kebawah.
Gambar 2 : Bagian mata dan otot mata Sinyal EOG berkisar antara 5-200 uV sebagai beda potensial mata,nilai ini tentunya memerlukan penguatan yang cukup dengan menggunakan bantuan dari accurate calibration dan memeriksa dipol mata maka didapatkan pergerakan mata terbaik adalah 2 derjat vertikal dan 1.5 derjat horizontal untuk bergerak. Frekuensi sinyal EOG yang normal digunakan berkisar antas 0.15 Hz sampai 40 Hz. Filter frekuensi digunakan untuk dapat menghilangkan sinyal dengan frekuensi diluar frekuensi tersebut agar mendapatkan sinyal yang diinginkan. Untuk mendapatkan sinyal biosignal EOG digunakan elektroda. ada berbagai macam elektroda seperti AgCl. Untuk mendapatkan sinyal pergerakan mata horizontal dan vertikal elektroda perlu ditempatkan pada posisi yang tepat seperti gambar berikut.
1
Gambar 3 : Posisi Elektroda untuk EOG 2. Perancangan Rangkaian Electrooculography (EOG) a.
Rangkaian Penguat Pertama Sebagaimana telah diketahui bahwa sinyal Electrooculography (EOG) memiliki entang amplitudo yang sangat kecil yaitu antara 5-500uV, sehingga memerlukan penguatan. Penguatan dapat dilakukan dengan menggunakan IC AD620 dengan mengatur nilai resistensi penguatan (Rg). Amplifier ini sangat cocok digunakan karena hanya memiliki sedikit noise dalam penguatannya. Untuk perancangan rangkaian ini digunakan penguatan sebesar 100 G. Sehingga sinyal Electrooculography (EOG) memiliki nilai amplitudo yang lebih besar. Berdasarkan datasheet IC AD620, nilai penguatan yang dihasilkan dapat di hitung dengan menggunakan persamaan
Setelah dilakukan perhitungan, didapatkan nilai tahanan (Rg) yang digunakan untuk AD620 bernilai 498,9 ohm.
Untuk menguji hasil penguatan yang didapatkan digunakan aplikasi simulator multisim, berikut adalah gambar rangkaian yang digunakan.
Gambar 4 : AD620 Untuk mengetahui nilai penguatannya digunakan multimeter dan osiloskop pada simulator.
2
Gambar 5 : Pengukuran penguatan AD620 Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa nilai penguatan yang kita inginkan telah tecapai yaitu 100 kali dari nilai masukan yang ada. b. Band Pass Filter 1) Active High Pass Filter Nilai rentang frekuensi sinyal Electrooculography (EOG) yang didapat perlu difilter terlebih dahulu, tepatnya sinyal-sinyal dengan frekuensi diluar frekuensi yang diinginkan harus dilemahkan dan sinyal dengan frekuensi yang diinginkan (0.15 Hz sampai 40 Hz) perlu dikuatkan. Sehingga digunakan rangkaian filter. Rangkaian filter yang digunakan adalah rangkaian Band Pass filter yang merupakan penggabungan dari Low Pass Filter dan High Pass Filter. Rangkaian High Pass Filter harus memiliki nilai frekuensi cut-off senilai 0.15 Hz atau mendekati. Untuk rangkaian ini digunakan rangkaian Active High Pass Filter orde 1. Yang terdiri dari komponen aktif op-am dan komponen pasif seperti resistor dan kapasitor. Berikut adalah gambar rangkaian dari aktive HPF.
3
Gambar 6 : Active HPF Nilai penguatan untuk sinyal yang ingin diloloskan harus dihitung terlebih dahulu. Disini sinyal ingin dikuatkan sebesar 2 kali, untuk dapat menghitung nilainya digunakan persamaan berikut ini
Sehingga perbandingan nilai Rf berbanding nilai Ri adalah 2. Untuk rangkain ini digunakan Rf senilai 10 kOhm dan Ri sebesar 5 kOhm. Untuk menghitung nilai frekuensi cut-off yang akan digunakan maka dapat digunakan persamaan berikut ini. =
1 2..
Nilai Fc yang diinginkan adalah sebesar 0.15 Hz untuk HPF sehingga nilai capasitor yang digunakan adalah seperti berikut =
1 2..
Nilai kapasitor yang digunakan adalah sebesar 0,2123 mF atau 212,3 uF. Untuk melihat keluaran dari HPF digunakan simulasi, berikut adalah rangkaian simulasi
Gambar 7 : Simulasi HPF
4
Pada simulasi dapat dilihat bagaimana bentuk grafik bode (perbandingan Frekuensi dengan nilai penguatan) , berikut ini adalah kurva grafik bode dari HPF yang dingunakan.
Gambar 8 : Kurva Bode Plotter HPF
Berdasarkan kurva dapat kita ketahi nilai penguaan terbesar dari HPF terjadi ketika nilai frekuensi bernilai lebih dari 150 mHz atau 0.15 Hz. Sedangkan frekuensi yang bernilai dibawah 0.15Hz akan dilemahkan. 2) Active Low Pass Filter Untuk rangkaian Active Low Pass Filter frekuensi cut-off yang digunakan adalah 40Hz, rangkaiannya disusun seperti berikut ini.
Gambar 9 : Low Pass Filter Nilai penguatan untuk frekuensi yang diloloskan dari LPF yang diinginkan adalah sebesar 2 kali, untuk menghitung nilai penguatan dapat digunakan persamaan berikut
Disini ditentukan nilai Rf sebesar 10kOhm dan Ri sebesar 5kOhm. Untuk menghitung nilai kapasitor yang dibutuhkan digunakan persamaan berikut ini =
=
1 2. f. 1 2.f.
5
Didapat nilai Cf sebesar 0,39uF Untuk mendapatkan hasil dari keluaran dari rangkaian dapat dilakukan dengan menggunakan simulasi Multisim, berikut ini adalah gambar rangkaian simulasi
Gambar 10 : Simulasi LPF Untuk dapat mengetahui bentuk kurva bode dari rangkaian digunakan tool bode plotter pada multisim sehingga didapat hasil seperti berikut ini
Gambar 11 : Kurva Bode LPF Terlihat bahwa frekuensi dibawah nilai 40 Hz akan dikuatkan dan diatas 40Hz akan dilemahkan. Setelah rangkaian HPF dan LPF disusun seri maka akan menjadi rangkaian Band Pass Filter. Berkut adalah gambar rangkaian band pass filter (BPF)
6
Gambar 12 : Rangkaian BPF Untuk melihat kurva bode digunakan tool bode ploter pada multisim, berikut ini adalah kurva bode dari rangkaian BPF
Gambar 13 : Kurva Bode BPF
c.
Rangkaian Penguat Kedua Rangkaian penguat kedua berfungsi untuk menguatkan kembali sinyal hasil filter yang telah dilakukan, hal ini dilakukan agar nilai keluaran dari seluruh rangkaian dapat dibaca oleh peralatan pemproses sinyal nantinya. Untuk rangkaian penguat kedua ini digunakan rangkaian penguat aktif, dengan op-am yang dirangkai dengan resistor. Untuk menentukan nilai resistornya maka dapat digunakan persamaan berikut ini
Disini penguatan yang diinginkan adalah 10 kali maka, perbandingan Rf dan Ri hedaklah 10 banding 1, oleh karena itu disini digunakan resistor Rf sebesar 10 kOhm dan resistor Ri sebesar 1 kOhm. Berikut ini adalah rangkaian penguat kedua dan juga hasil oengukurannya dengan menggunakan simulator multisim.
7
Gambar 14: Rangkaian penguat kedua
d. Rangkaian EOG keseluruhan Rangkaian keseluruhan didapat dari menggabungkan semua rangkaian mulai dari rangkaian penguat pertama , band pass filter dan rangkaian penguat kedua. Berikut ini adalah rangkaian EOG yang digunakan.
Gamabr 15 : Rangkaian EOG Unruk dapat mengetahui nilai hasi penguatan dapat diketahui dengan menggukan multieter dan osiloskop pada si mulator multisim
8
Gambar 16 : Input dan Output Rangkaian EOG Dari hasil pengukuran terlihat bahwa nilai tegangan akan mengalami penguatan dari nilai awalnya (jika memiliki frekuensi sesuai dengan frekuense band filter). Berikut ini adalah kurva bode dari rangkaian yang akan menggambarkan rentang frekuensi mana saja yang akan di kuatkan oleh rangkaian dan frekuensi yang nantinya akan dilemahkan.
Gambar 17 : Kurva bode Rangkaian EOG
9
3. Kesimpulan a.
Rangkaian EOG memiliki amplitudo berkisar antara 5-500uV
b. Rangkaian EOG memiliki frekuensi rentang antasa 0.15-40Hz c.
Rangkaian EOG menggunakan rangkaian penguat, rangkaian BPF yang terdiri dari rangkaian HPF dan LPF.
d. Rangkaian penguat pertama memiliki penguatan sebesar 100 kali e.
Rangkaian HPF memiliki frekuensi cut-off senilai 0.15Hz
f.
Rangkaian LPF memiliki frekuensi cut-off senilai 40Hz
g. Rankgian BPF memiliki frekuensi band 0.15-40Hz h. Rangkaian penguat kedua memiliki nilai penguatn sebesar 10 kali
10
Daftar Pustaka Sadiku, Matthew. 2007. Fundamentals of Electric Circuits. Higher Education; Boston Singh, Khomdram Jolson. 2016. Exploration on Low Cost and Effective EOG Bio potential Amplifier Design and Development. International Conference on Communication and Signal Processing; India Banerjee, Anwesha. 2003. Classifying Electrooculogram to Detect Directional Eye Movements. International Conference on Computational Intelligence: Modeling Techniques and Applications (CIMTA) 2013; ScienceDirect López, Alberto. 2017. Development of a Computer Writing System Based on EOG. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Computadores y Sistemas, Universidad de Oviedo, Campus of Gijón, 33204 Gijón; Spain
11
