3D spausdintas spirometras: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Sekite daugiau autoriaus:

„Fusion 360“projektai »

Spirometrai yra klasikinis instrumentas, leidžiantis analizuoti orą, kai jis yra išpūstas iš burnos. Jie susideda iš mėgintuvėlio, į kurį įpučiamas ir kuriame registruojamas vieno įkvėpimo tūris ir greitis, kurie vėliau lyginami su normalių verčių, pagrįstų ūgiu, svoriu ir lytimi, rinkiniu ir naudojami plaučių funkcijai stebėti. Mano sukurtas prietaisas, nors jo tikslumas buvo patikrintas srauto matuokliu, jokiu būdu nėra sertifikuotas medicinos prietaisas, tačiau šiek tiek jis tikrai gali praeiti-pateikiant santykinai atkuriamus ir tikslius standartinio FEV1, FEVC ir tūrio grafikų duomenis. našumas ir greitis laikui bėgant. Aš jį suprojektavau taip, kad elektronika su brangiu pririštu jutikliu apsiribotų vienu gabalu, o lengvai vienkartinis smūgio vamzdis su susijusiais virusų pakrautais kanalais būtų kitame. Atrodo, kad tai yra vienas iš standartinių mašinų, naudojamų klinikoje, trūkumų - keičiami kartoniniai kandikliai tikrai nepašalina visos rizikos, kai virusai sklinda ore ir jūsų prašoma ilgai ir stipriai pūsti į labai brangų aparatą. Įrenginio kaina yra mažesnė nei 40 USD ir kiekvienas, turintis 3D spausdintuvą, gali pasirodyti tiek, kiek nori. Programinė įranga „Wifi“susieja ją su išmaniojo telefono „Blynk“programa vizualizavimui ir leidžia atsisiųsti bet kokius norimus duomenis.

1 žingsnis: Pirkite daiktus

Iš esmės mes kuriame analoginį jutiklį su puikiu ekrano/mikrovaldiklio deriniu. Svarbiausia yra pasirinkti tinkamą jutiklį. Keliose kitose šių prietaisų konstrukcijose buvo naudojami jutikliai, kuriems trūksta jautrumo, reikalingo duomenims šiems kvėpavimo elementams apskaičiuoti. ESP32 turi gerai žinomų problemų dėl ADC netiesiškumo, tačiau tai neatrodo reikšminga šio įrenginio diapazone.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 „WiFi“„Bluetooth“modulis 1,14 colio LCD kūrimo lenta 8 USD „Bangood“

2. SDP816-125PA slėgio jutiklis, CMOSens®, 125 Pa, analoginis, diferencialas 30 USD Newark, Digikey

3. Lipo baterija - 600mah 2 USD

4. Įjungimo / išjungimo jungiklis-įjungimo-išjungimo mygtukas / mygtuko perjungimo jungiklis Adafruit

2 žingsnis: 3D spausdinimas

„Fusion 360“buvo naudojamas dviem spirometro lizdiniams elementams projektuoti. Venturi vamzdis (pūtimo vamzdis) yra įvairių konstrukcijų. Norėdami apskaičiuoti srautą Bernoulli lygtimi, turite šiek tiek sumažinti srauto tūrį matavimo vamzdyje. Šis principas naudojamas įvairiuose visų tipų laminarinių skysčių srauto jutikliuose. Matmenys, kuriuos naudojau „Venturi“vamzdyje, nebuvo iš konkretaus šaltinio, bet atrodė, kad jie tiesiog veikia. Jutiklis naudoja slėgio skirtumą siaurose ir plačiose vamzdžių srityse srauto tūriui apskaičiuoti. Norėjau, kad jutiklis galėtų lengvai ir grįžtamai įsijungti „Venturi“vamzdį, kad jį būtų galima greitai pakeisti ir pašalinti, todėl suprojektavau slėgio jutiklio vamzdžius, kad jie išeitų iš modelio ir pasibaigtų jo pagrindu, kur jie užsifiksuotų jutiklio vamzdžių galvutėse. Jutiklis turi didelį/mažą poliškumą, kurį reikia išlaikyti iš aukšto/žemo slėgio Venturi vamzdžio zonų. Aukštas slėgis yra tiesioje atkarpoje, o žemas-virš apribojimo kreivės-kaip ir virš lėktuvo sparno. Spirometro korpusas yra kruopščiai suprojektuotas taip, kad būtų galima pritvirtinti varžtus, kad jutiklis būtų laikomas M3 (20 mm) varžtais. Jie dedami į kaitinimo M3x4x5mm įdėklus. Likusi konstrukcijos dalis numato TTGO tvirtinimą apačioje esančioje angoje ir ekrano langą. Mygtukas ir mygtuko dangtelis yra atspausdinti du kartus ir suteikia galimybę prie dėklo pasiekti du TTGO plokštės mygtukus. Viršelis yra paskutinis spausdinamas gabalas ir skirtas suteikti prieigą prie maitinimo/įkrovimo kištuko prie TTGO plokštės viršaus. Visi gabalai spausdinami PLA be atramų.

3 žingsnis: laidas

Jutiklio ir ESP32 laidai nėra daug susiję. Jutiklis turi keturis laidus, todėl turėtumėte atsisiųsti jutiklio duomenų lapą, kad įsitikintumėte, jog laidai yra teisingi: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Galia patenka į 3,3 voltų išvestį. ESP32 ir žemė bei OCS yra prijungti prie žemės. Analoginė jutiklio išvestis yra prijungta prie ESP 33 kaiščio. Kadangi šios jungtys siaura per siaurą korpuso angą, nesujunkite jų prieš montuodami įrenginį. „Lipo“akumuliatorius tinka užpakalinėje dėklo dalyje, todėl įsigykite tinkamą mAh talpos akumuliatorių. TTGO turi įkrovimo grandinę su maža JST jungtimi gale. Prijunkite akumuliatorių prie to įjungimo/išjungimo jungikliu, nutraukdami pozos liniją.

4 žingsnis: Surinkimas

Po 3D spausdinimo modifikuojamas smūgio vamzdis. Dvi plastikinių akvariumo vamzdelių dalys yra sumontuotos į apatines įrenginio angas iki galo, o po to nupjaunamos kirpimo mašinėlėmis. Tai suteikia elastingą angą, kad jutiklio vamzdžio angos būtų lengvai sujungiamos. Pagrindiniam įrenginiui reikia sumontuoti žalvario įdėklus į dvi rėmo angas. Jutiklio tvirtinimo angos turi būti šiek tiek padidintos 3 mm (20 mm ilgio) varžtams tinkamo dydžio antgaliu. Sumontuokite jutiklį dviem varžtais ir užbaikite elektros jungtis prie TTGO plokštės. Prijunkite ir pritvirtinkite įjungimo/išjungimo jungiklį su superklijais. Naudokite „Adafruit“, nes dėklas yra skirtas tiksliai laikyti. Du mygtukai yra pritvirtinti prie dėklo su superklijais. Įsitikinkite, kad TTGO plokštės mygtukai yra po angomis. Mygtukas yra sumontuotas, o po to - mygtuko korpusas, kuris yra priklijuotas. Įsitikinkite, kad neklijuojate mygtuko prie korpuso, jis turi laisvai judėti. Norėdami stabilizuoti viršutinę TTGO sekciją, uždėkite nedidelį karšto klijų gabalėlį ant abiejų pečių, kad jis laikytųsi. Baterija eina už plokštės. Užbaikite surinkimą, užklijuodami viršų. Turėtų būti lengva prieiga prie USB-C jungties programavimui ir akumuliatoriaus įkrovimui.

5 žingsnis: programavimas

Šio prietaiso programinė įranga ima analoginę jutiklio vertę, pakeičia jo vertę į voltus ir naudoja formulę iš jutiklio duomenų lapo, kad ją paverstų slėgio paskaliais. Pagal tai ji naudoja Bernoullis formulę, kad nustatytų oro srautą per sekundę ir masę/sek. Tada ji analizuoja tai į atskirus įkvėpimus ir prisimena kelių duomenų masyvų reikšmes, pateikia duomenis vidiniame ekrane ir galiausiai paskambina į „Blynk“serverį ir įkelia juos į jūsų telefoną. Duomenys įsimenami tik tol, kol dar kartą neįkvėpiate. Klinikinis spirometro naudojimas dažniausiai atliekamas paprašius paciento kuo dažniau įkvėpti ir iškvėpti kuo ilgiau ir sunkiau. Dažniausiai naudojami algoritmai, pagrįsti ūgiu, svoriu ir lytimi, apibūdinami kaip normalūs arba nenormalūs. Taip pat pateikiami skirtingi šių duomenų išdėstymai, ty FEV1/FEVC -bendras tūris, padalytas iš tūrio per pirmąją sekundę. Spirometrų ekrane pateikiami visi parametrai, taip pat nedidelis jūsų pastangų tūrio grafikas. Kai duomenys bus įkelti į „Wifi“, ekranas grįš į „Blow“. Visi duomenys prarandami išjungus maitinimą.

Pirmajame kodo skyriuje reikia įvesti „Blynk“žetoną. Kitas reikalauja „Wifi“slaptažodžio ir tinklo pavadinimo. Plūdės plotas_1 yra spirometro vamzdžio plotas kvadratiniais metrais prieš susiaurėjimą, o plūdės plotas_2 yra plotas, kurio skerspjūvis yra ties susiaurėjimu. Pakeiskite juos, jei norite pertvarkyti vamzdelį. Vol ir volSec yra dvi masyvai, kurie laikui bėgant padidina garsumą ir oro judėjimo greitį. Ciklo funkcija prasideda nuo kvėpavimo dažnio apskaičiavimo. Kitame skyriuje skaitomas jutiklis ir apskaičiuojamas slėgis. Jei teiginys bando išsiaiškinti, ar baigėte smūgį, atlikite šiuos veiksmus-sunkiau, nei manote, dažnai slėgis staiga nukrinta milisekundę tiesiai smūgio viduryje. Kitame skyriuje masės srautas apskaičiuojamas pagal slėgį. Jei aptinkamas naujas kvėpavimas, visi duomenys užšaldomi, o parametrai apskaičiuojami ir siunčiami į ekraną, o po to - grafikų funkcija ir galiausiai „Blynk“skambutis duomenims įkelti. Jei „Blynk“ryšio neaptinkama, jis grįš į „Blow“.

6 veiksmas: jo naudojimas

Ar ši priemonė yra pakankamai tiksli, ką ji turi daryti? Aš naudojau kalibruotą srauto matuoklį, prijungtą prie oro šaltinio, praleisto per 3D spausdintą lamininę oro kamerą, pritvirtintą prie spirometro, ir jis tiksliai numatė oro srautą nuo 5 litrų per minutę iki 20 litų per minutę. Mano atoslūgio tūris mašinoje yra apie 500 cm3 ir labai atkuriamas. Atlikdami bet kokius klinikinius tyrimus turite nepamiršti, kas pagrįsta gaunamos informacijos ir pastangų požiūriu … galite pasverti gramo tikslumu, bet kokia nauda? Atsižvelgiant į kintamumą, būdingą savanoriškiems bandymų rezultatams, jis gali būti tinkamas daugeliui klinikinių situacijų. Kitas rūpestis yra tai, kad kai kurie žmonės, turintys didžiulį plaučių tūrį, gali viršyti viršutinę jutiklio ribą. Aš negalėjau to padaryti, bet tai įmanoma, tačiau šie žmonės greičiausiai neturės plaučių problemų …

Pirmajame ekrane pateikiami FEV1 ir FEVC. Kitame duomenų ekrane pateikiama smūgio trukmė, FEV1/FEVC santykis ir maksimalus srautas lit/sek. Aš jį maksimaliai išnaudojau dviem ekranais, kuriuose išsamiai aprašytas „Vol“laikui bėgant ir „Lit/sec“laikui bėgant. Ciferblatai rodo FEV1 ir FEVC, o skaitiklių spausdinimo trukmę ir FEV1/FEVC. Tačiau tiems, kurie yra susipažinę su „Blynk“, žinote, kad galite tai padaryti bet kokiu būdu telefono programoje ir atsisiųsti duomenis į el.

Prietaiso šone esantys mygtukai yra išardyti, jei norite juos užprogramuoti taip, kad jie suaktyvintų kvėpavimą, pakeisti ekrano išvestį arba pakeisti „Blynk“ryšį, jei norite jį naudoti neprisijungę. Mygtukai nuspaudžia 0 ir 35 kaiščius žemai, todėl tiesiog įrašykite tai į programą. Manoma, kad dėl COVID daugeliui žmonių yra užsitęsusių plaučių problemų, ir šis prietaisas gali būti naudingas tose šalyse, kur prieiga prie brangios medicinos įrangos gali būti ribota. Galite tai atspausdinti ir surinkti per porą valandų, o veltui atspausdinti saugiai pakeistas užterštas prietaiso dalis.

Antroji vieta akumuliatoriaus energijos konkurse