3D басып шығарылған спирометр: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Автордың басқа мәліметтері бойынша:

Fusion 360 жобалары »

Спирометрлер - ауаны бөліп шығаратын классикалық құрал. Олар бір демнің көлемі мен жылдамдығын тіркейтін түтіктен тұрады, содан кейін олар биіктікке, дене салмағына және жынысына негізделген қалыпты мәндер жиынтығымен салыстырылады және өкпенің жұмысын қадағалау үшін қолданылады. Мен құрастырған құрал, өлшеуішпен дәлдікке тексерілгенімен, ешбір жағдайда сертификатталған медициналық құрылғы емес, бірақ ол, әрине, стандартты FEV1, FEVC және көлемдік графиктердің салыстырмалы түрде қайталанатын және дәл есептерін бере отырып, бір уақытта өте алады. уақыт пен жылдамдық. Мен оны қымбат сенсоры бар электроника бір бөлікпен шектелетін етіп жасадым, ал вирусты жұқтырған арналары бар бір рет қолданылатын үрлеу түтігі басқа бөлікте болды. Бұл клиникалық түрде қолданылатын стандартты машиналардың кемшіліктерінің бірі болып көрінеді - алмастырылатын картоннан жасалған респираторлар вирустар ауамен таралған кезде және сізден өте қымбат аппаратқа ұзақ және қатты соққы беру кезінде барлық тәуекелдерді жоя алмайды. Құрылғының бағасы 40 доллардан аспайды және 3D принтері бар кез келген адам қалағанынша шығара алады. Wifi бағдарламалық жасақтамасы оны смартфондағы Blynk қосымшасымен байланыстырады және кез келген деректерді жүктеуге мүмкіндік береді.

1 -қадам: заттар сатып алыңыз

Негізінде біз экраны/микроконтроллері бар керемет аналогты сенсор құрамыз. Дұрыс сенсорды таңдау маңызды. Бұл құрылғылардың басқа да конструкцияларында осы тыныс алу элементтерін есептеу үшін деректерді беру үшін қажетті сезімталдығы жоқ сенсорлар қолданылған. ESP32 -де ADC -нің сызықты еместігімен белгілі мәселелер бар, бірақ бұл бірлік ауқымында маңызды емес сияқты.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth модулі 1.14 дюймдік СКД тақтасы $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA қысым датчигі, CMOSens®, 125 Па, аналогты, $ 30 дифференциалды Ньюарк, Digikey

3. Lipo батареясы - 600mah $ 2

4. Қосу / өшіру қосқышы-қосу-өшіру қуат түймесі / батырмасы Adafruit қосқышы

2 -қадам: 3D басып шығару

Fusion 360 спирометрдің ұя салатын екі элементін жобалау үшін қолданылды. Venturi түтігінің (үрлеу түтігі) әр түрлі конструкциялары бар. Бернулли теңдеуін ағынды есептеу үшін қолдану үшін өлшеуіш түтіктегі ағыс көлемінің азаюы қажет. Бұл принцип ламинарлы ағынды сұйықтықтардың барлық түрлері үшін әр түрлі ағын датчиктерінде қолданылады. Мен Вентури түтігінде қолданған өлшемдер нақты көзден алынған жоқ, бірақ олар жұмыс істейтін сияқты болды. Сенсор ағын көлемін есептеу үшін түтіктің тар және кең аймақтарындағы дифференциалды қысымды қолданады. Мен сенсордың Venturi түтігін тез өзгертуге және алып тастауға оңай және кері айналдыра алатынын қалаймын, сондықтан мен қысым датчигінің түтіктерін модельден шығарып, оның түбінде сенсорлық түтіктің бастарының ұштарын бекітетін етіп жасадым. Сенсордың жоғары/төмен полярлығы бар, оны Вентури түтігінің жоғары/төмен қысымды аймақтарынан ұстау керек. Жоғары қысым түзу қимада, ал төмен қысым-ұшақ қанатының үстіндегі тәрізді. Спирометрдің корпусы сенсорды M3 (20 мм) бұрандалармен ұстап тұру үшін бұрандалы бекітпелерді қамтамасыз ету үшін мұқият жасалған. Олар M3x4x5 мм жылу қондырмаларына салынған. Дизайндың қалған бөлігі ТТГО -ны төменгі жағындағы ұяға және экранға арналған терезеге бекітуді қарастырады. Түймешік пен түйме қақпағы екі рет басылады және TTGO тақтасындағы екі түймені лақтыруға болады. Мұқаба - басып шығарылатын соңғы бөлік және TTGO тақтасының жоғарғы жағындағы қуат/зарядтау штепсельіне кіруге рұқсат беру үшін жасалған. Барлық бөліктер тіректерсіз PLA -да басылады.

3 -қадам: оны сыммен қосыңыз

Сенсор мен ESP32 сымдарын қосуда көп нәрсе жоқ. Сенсордың төрт сымдары бар және сіз сымдардың дұрыс екеніне көз жеткізу үшін сенсордың ақпараттық парағын жүктеп алуыңыз керек: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Қуат 3,3 вольтты шығысқа жетеді ESP32, жер мен OCS екеуі де жерге қосылған. Датчиктің аналогтық шығысы ESP 33 -ші түйреуге қосылады. Бұл қосылыстар корпустың тар саңылауынан өтетіндіктен, оларды қондырмастан бұрын қоспаңыз. Lipo аккумуляторы артқы жағына сәйкес келеді, сондықтан мАч үшін сәйкес келетін батареяны алыңыз. TTGO артқы жағында кішкентай JST қосқышы бар зарядтау тізбегі бар. Батареяны қосу/өшіру қосқышының көмегімен пос желісін бұзып қосыңыз.

4 -қадам: құрастыру

3D басып шығарудан кейінгі модификация түтікке жасалады. Пластикалық аквариум түтіктерінің екі бөлігі қондырғының төменгі тесіктеріне мүмкіндігінше орнатылады, содан кейін қайшылармен жуылады. Бұл сенсорлық түтік саңылауларына оңай қосылатын серпімді саңылауды қамтамасыз етеді. Негізгі қондырғы рамадағы екі тесікке жылу жезден жасалған кірістіруді орнатуды талап етеді. Датчикті бекіту тесіктері 3 мм (20 мм ұзындықтағы) бұрандалар үшін сәйкес өлшемді битпен аздап ұлғайтылуы керек. Сенсорды екі бұрандамен бекітіңіз және TTGO тақтасына электрлік қосылуды аяқтаңыз. Қосу/өшіру қосқышын супер желіммен қосыңыз және орнатыңыз. Adafruit -ді қолданыңыз, себебі корпус оны дәл ұстауға арналған. Екі түйме корпусқа суперглюз көмегімен бекітілген. TTGO тақтасындағы түймелердің саңылаулардың астында орналасқанына көз жеткізіңіз. Түйме орнатылады, содан кейін батырманың корпусы жабыстырылады. Түймені оның корпусына жаппағаныңызға көз жеткізіңіз, ол оның ішінде еркін қозғалуы керек. TTGO жоғарғы бөлігін тұрақтандыру үшін, оны екі иығына ыстық желіммен майлаңыз. Батарея тақтаның артында орналасқан. Жоғарғы жағын жабыстыру арқылы құрастыруды аяқтаңыз. Бағдарламалауға және батареяны зарядтауға арналған USB-C қосқышына оңай қол жеткізу керек.

5 -қадам: Бағдарламалау

Бұл құралға арналған бағдарламалық қамтамасыз ету сенсордан аналогтық мәнді қабылдайды, оның мәнін вольтқа өзгертеді және сенсорлық паспорттағы формуланы қысымның Паскальына түрлендіру үшін қолданады. Осыдан Бернуллис формуласы арқылы түтіктен өтетін ауаның көлемі/сек және массасы/сек анықталады. Содан кейін ол мұны жеке тыныс алуға талдайды және бірнеше деректер массивтеріндегі мәндерді есте сақтайды және деректерді кірістірілген экранда ұсынады, ақырында Blynk серверіне қоңырау шалып, оны телефонға жүктейді. Деректер басқа дем алғанша есте қалады. Спирометрді клиникалық қолдану әдетте пациенттен мүмкіндігінше үлкен дем алуды және оны мүмкіндігінше ұзақ және қатты дем шығаруды сұрау арқылы жасалады. Бойына, салмағына және жынысына негізделген жиі қолданылатын алгоритмдер қалыпты немесе қалыптан тыс деп сипатталады. Бұл деректердің әр түрлі орналасуы да берілген, яғни FEV1/FEVC -жалпы көлем бірінші секундтағы көлемге бөлінеді. Барлық параметрлер Спирометрлер экранында, сонымен қатар уақыт бойынша сіздің күш -жігеріңіздің шағын графигінде көрсетілген. Деректер Wi -Fi -ға жүктелген кезде экран «Үрлеу» күйіне оралады. Қуат өшірілгеннен кейін барлық деректер жоғалады.

Кодтың бірінші бөлімі сізге Blynk токенін енгізуді талап етеді. Келесіге Wifi құпия сөзі мен желі атауы қажет. Жүзу аймағы_1 - бұл тарылту алдындағы спирометр түтігінің шаршы метріндегі алаң, ал қалқып шығатын аймағы_2 - тікелей тарылу кезіндегі көлденең қимадағы аудан. Егер сіз түтікті қайта жасағыңыз келсе, оларды өзгертіңіз. Vol және volSec - бұл ауа қозғалысының жылдамдығы мен жылдамдығының көлемін жоғарылататын екі массив. Цикл функциясы тыныс алу жиілігін есептеуден басталады. Келесі бөлім сенсорды оқиды және қысымды есептейді. Келесі if мәлімдемесі сіздің соққыңыздың орындалғанын анықтауға тырысады-сіз ойлағаннан да қиын, көбінесе қысым соққының ортасында миллисекундқа кенеттен төмендейді. Келесі бөлім қысымға негізделген массалық ағынды есептейді. Егер жаңа тыныс анықталса, барлық деректер қатып қалады және параметрлер есептеледі және экранға жіберіледі, содан кейін графикалық функция және ақырында деректерді жүктеу үшін Blynk қоңырауы болады. Егер Blynk байланысы анықталмаса, ол «Үрлеу» күйіне қайтады.

6 -қадам: оны қолдану

Бұл құрал не істеу керектігін дәлелдей ме? Мен спирометрге бекітілген 3D басып шығарылған ламинарлы ауа камерасы арқылы өтетін ауа көзіне қосылған калибрленген шығын өлшегішті қолдандым және ол 5 л/мин -ден 20 л/мин -ге дейін ауа ағынының нақты болжауын көрсетті. Менің машинадағы демалыс толқынының көлемі шамамен 500сс және өте жаңғыртылады. Кез келген клиникалық тестілеу кезінде сіз алған ақпараттың пайдасы мен күш -жігерінің қаншалықты ақылға қонымды екенін есте ұстауыңыз керек … сіз өзіңізді граммен өлшей аласыз, бірақ оның пайдасы қандай? Нәтижеге қатысты ерікті тестілеудің өзгергіштігін ескере отырып, бұл көптеген клиникалық жағдайларға сәйкес келуі мүмкін. Тағы бір алаңдаушылық - өкпенің үлкен сыйымдылығы бар кейбір адамдар сенсордың жоғарғы шегінен жоғары болуы мүмкін. Мен мұны істей алмадым, бірақ мүмкін, бірақ бұл адамдарда өкпе ауруы болмайды …

Бірінші экран FEV1 және FEVC ұсынады. Келесі деректер экраны соққының ұзақтығын, FEV1/FEVC қатынасын және Lit/Sec -те MaxFlow ұсынады. Мен оны уақыт өте келе Vol және Lit/сек егжей -тегжейлі сипаттайтын екі экранмен шығардым. Нөмірлер FEV1 мен FEVC, ал есептегіштердің басып шығару ұзақтығы мен FEV1/FEVC -ді мазақтайды. Бірақ Blynk -пен таныс болғандар үшін сіз мұны телефон қосымшасында кез келген жолмен жасай алатындығыңызды және деректерді электронды поштаға түрту арқылы жүктей алатындығыңызды білесіз.

Егер сіз құрылғыны тыныс алуды іске қосуға немесе экран шығысын өзгертуге немесе оны желіден тыс пайдаланғыңыз келсе Blynk қосылымын өзгертуге бағдарламалауды қаласаңыз, құралдың бүйіріндегі түймелер үзіледі. Түймелер 0 және 35 түйреуіштерді төмен түсіреді, сондықтан оны бағдарламаға жазыңыз. Болжам бойынша, COVID көптеген адамдарға өкпенің созылмалы проблемаларын қалдырды және бұл құрылғы қымбат медициналық жабдықтарға қол жетімділігі шектеулі елдерде пайдалы болуы мүмкін. Сіз оны бірнеше сағат ішінде басып шығарып, жинай аласыз және құрылғының ластанған бөліктерін қауіпсіз ауыстыра аласыз.

Батареямен жұмыс жасайтын жарыста екінші орын