3D štampani spirometar: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Od rabbitcreekSledi Još autora:

Fusion 360 projekti »

Spirometri su klasični instrument za raščlanjivanje zraka koji izlazi iz usta. Sastoje se od cijevi u koju duvate i koja bilježi volumen i brzinu jednog udisaja koji se zatim uspoređuju sa skupom normalnih vrijednosti na osnovu visine, težine i spola i koriste se za praćenje funkcije pluća. Instrument koji sam dizajnirao, iako je testiran na točnost pomoću mjerača protoka, ni na koji način nije certificirani medicinski uređaj, ali u jednom slučaju bi sigurno mogao proći jedan-dajući relativne reproducibilne i tačne podatke o standardnim FEV1, FEVC i grafikonima volumena izlaz i brzinu tokom vremena. Dizajnirao sam ga tako da je elektronika sa skupim privezanim senzorom ograničena na jedan komad, a cijev za puhanje s jednokratnom upotrebom s povezanim kanalima opterećenim virusima bila je u drugom. Čini se da je ovo jedan od nedostataka standardnih strojeva koji se klinički koriste - zamjenjivi kartonski nastavci zapravo ne eliminiraju sve rizike kada se virusi prenose zrakom i od vas se traži da dugo i jako pušete u vrlo skup aparat. Cijena uređaja je ispod 40 USD i svako s 3D printerom može ispostaviti koliko god želi. Softver Wifi ga povezuje s aplikacijom Blynk na vašem pametnom telefonu radi vizualizacije i omogućava vam preuzimanje svih podataka koje želite.

Korak 1: Kupite stvari

U osnovi gradimo analogni senzor sa odličnom kombinacijom ekrana/mikrokontrolera. Važnost je u odabiru pravog senzora. Nekoliko drugih dizajna ovih uređaja koristilo je senzore kojima nedostaje osjetljivost potrebna za pružanje podataka za izračunavanje ovih elemenata disanja. ESP32 ima dobro poznate probleme s nelinearnošću ADC -a, ali čini se da to nije značajno u rasponu ove jedinice.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth modul 1,14 inča LCD razvojna ploča 8 USD Bangood

2. SDP816-125PA Senzor pritiska, CMOSens®, 125 Pa, analogni, diferencijal 30 USD Newark, Digikey

3. Lipo baterija - 600mah 2 USD

4. Prekidač za uključivanje / isključivanje-prekidač za uključivanje-isključivanje / prekidač za uključivanje / isključivanje Adafruit

Korak 2: 3D štampanje

Fusion 360 je korišten za projektiranje dva gniježđena elementa spirometra. Venturijeva cijev (duvačka cijev) ima različite dizajne. Da biste koristili Bernoullijevu jednadžbu za proračun protoka morate imati određeno smanjenje volumena protoka u mjernoj cijevi. Ovaj princip se koristi u raznim senzorima protoka za sve vrste laminarnih fluida. Dimenzije koje sam koristio u Venturijevoj cijevi nisu iz nekog posebnog izvora, ali samo su djelovale. Senzor koristi diferencijalni tlak u uskim i širokim područjima cijevi za izračun volumena protoka. Htio sam da senzor može lako i reverzibilno uključiti Venturijevu cijev za brzu zamjenu i uklanjanje, pa sam dizajnirao cijevi osjetnika pritiska kako bi izlazile iz modela i završavale u podnožju gdje bi zahvaćale vrhove glava cijevi senzora. Senzor ima veliki/nizak polaritet koji se mora održavati iz područja visokog/niskog pritiska Venturijeve cijevi. Visok pritisak je u pravom dijelu, a nizak je iznad krivulje ograničenja-baš kao i iznad krila aviona. Kućište spirometra pažljivo je dizajnirano tako da osigurava vijke za držanje senzora na mjestu pomoću vijaka M3 (20 mm). Oni se postavljaju u umetnute umetke M3x4x5mm. Ostatak dizajna predviđa sidrenje TTGO u otvor na dnu i prozor za ekran. Dugme i poklopac dugmeta odštampani su dva puta i omogućavaju pristup dva dugmeta na ploči TTGO iz kutije. Korice su posljednji komad za štampanje i dizajnirane su tako da omoguće pristup priključku za napajanje/punjenje do vrha TTGO ploče. Svi komadi su štampani u PLA bez nosača.

Korak 3: Povežite ga žicom

Ožičenje senzora i ESP32 nema mnogo. Senzor ima četiri izvoda i trebali biste preuzeti podatkovnu tablicu senzora samo kako biste bili sigurni da su provodnici ispravni: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Napajanje ide na izlaz od 3,3 V ESP32 i uzemljenje i OCS su spojeni na masu. Analogni izlaz senzora spojen je na pin 33 na ESP -u. Budući da ove veze prolaze kroz uski otvor u ljusci, nemojte ih spajati prije sastavljanja jedinice. Lipo baterija pristaje straga u kućište pa nabavite bateriju odgovarajuće veličine za mAh. TTGO ima kolo za punjenje sa malim JST konektorom na poleđini. Na to spojite bateriju prekidačem za uključivanje/isključivanje prekida liniju poz.

Korak 4: Montaža

Post 3D štampanje se menja na cevi za duvanje. Dva dijela plastičnih cijevi za akvarij ugrađena su u donje rupe jedinice do kraja, a zatim se obrezuju škarama. Ovo pruža elastični otvor za lako spajanje otvora senzorske cijevi. Glavna jedinica zahtijeva ugradnju termički postavljenih mesinganih umetaka u dvije rupe na okviru. Otvori za montažu senzora moraju se malo povećati za vijke od 3 mm (dužine 20 mm) s bitom odgovarajuće veličine. Montirajte senzor s dva vijka i dovršite električne priključke na TTGO ploču. Spojite i montirajte prekidač za uključivanje/isključivanje sa superljepilom. Koristite onaj iz Adafruta jer je kućište dizajnirano da ga točno drži. Dva dugmeta su pričvršćena na kućište sa superljepilom. Pazite da se tipke na TTGO ploči poravnaju ispod otvora. Dugme je instalirano, a zatim slijedi kućište dugmeta koje je superlijepljeno. Pazite da ne zalijepite gumb na njegovo kućište, mora se slobodno kretati unutar njega. Da biste stabilizirali gornji dio TTGO -a, stavite male mrvice vrućeg ljepila na bilo koje rame kako biste ga držali na mjestu. Baterija ide iza ploče. Završite montažu superljepljenjem vrha. Trebao bi biti lak pristup USB-C konektoru za programiranje i punjenje baterije.

Korak 5: Programiranje

Softver za ovaj instrument uzima analognu vrijednost od senzora, mijenja svoju vrijednost u volte i koristi formulu iz podatkovnog lista senzora za pretvaranje u Paskale pritiska. Od toga koristi Bernoullisovu formulu za određivanje vol/sec i mase/sec zraka koji prolazi kroz cijev. Zatim to analizira u pojedinačne udisaje i pamti vrijednosti u nekoliko nizova podataka te prikazuje podatke na ugrađenom ekranu i na kraju poziva Blynk server i postavlja ih na vaš telefon. Podaci se pamte samo dok ne udahnete još jednom. Klinička upotreba spirometra obično se vrši tako što se od pacijenta traži da udahne što je moguće više i izdahne što duže i jače. Uobičajeno korišteni algoritmi zasnovani na visini, težini i spolu tada se opisuju kao normalni ili abnormalni. Predstavljeni su i različiti aranžmani ovih podataka, tj. FEV1/FEVC -ukupna zapremina podijeljena s volumenom u prvoj sekundi. Svi parametri su prikazani na ekranu Spirometra, kao i mali grafikon vašeg uloženog truda tokom vremena. Kada se podaci učitaju na Wifi, zaslon se vraća na "Puhanje". Svi podaci se gube nakon isključivanja napajanja.

Prvi dio koda zahtijeva da unesete svoj Blynk token. Sljedeći zahtijeva Wifi lozinku i naziv mreže. Float area_1 je površina u kvadratnim metrima cijevi spirometra prije suženja, a Float area_2 je površina u presjeku direktno na suženju. Promijenite ih ako želite redizajnirati cijev. Vol i volSec su dva niza koji drže povećanje volumena tokom vremena i brzinu kretanja vazduha. Funkcija petlje počinje izračunavanjem brzine disanja. Sljedeći odjeljak čita senzor i izračunava pritisak. Sledeće, ako izjava pokušava da utvrdi da li ste završili sa udarcem-teže nego što mislite, često pritisak naglo padne za milisekundu tačno usred udarca. Sljedeći odjeljak izračunava protok mase na temelju tlaka. Ako se otkrije novi udah, svi se podaci zamrznu, a parametri izračunaju i pošalju na ekran, nakon čega slijedi funkcija grafikona i na kraju Blynk poziv za učitavanje podataka. Ako nije otkrivena nikakva Blynk veza, vratit će se na "Blow".

Korak 6: Upotreba

Je li ovaj instrument razumno tačan za ono što se namjerava raditi? Koristio sam kalibrirani mjerač protoka spojen na izvor zraka koji je prošao kroz 3D tiskanu laminarnu zračnu komoru pričvršćenu na spirometar i precizno je predvidio unutar razloga protok zraka od 5 lit/min do 20 lit/min. Moj plimni volumen u mirovanju na mašini je oko 500 ccm i vrlo se može reproducirati. Pri svakom kliničkom testiranju morate imati na umu ono što je razumno u smislu dobijanja informacija u odnosu na uloženi trud … možete se izvagati do grama, ali do koje koristi? Uzimajući u obzir varijabilnost svojstvenu naporima voljnog testiranja prema ishodu, ona može biti odgovarajuća za većinu kliničkih situacija. Druga zabrinutost je da neki ljudi s velikim kapacitetom pluća mogu preći gornju granicu senzora. Nisam mogao to učiniti, ali moguće je, ali ti ljudi vjerojatno neće imati problema s plućima …

Prvi ekran prikazuje FEV1 i FEVC. Sljedeći ekran s podacima prikazuje trajanje udarca, omjer FEV1/FEVC i maksimalni protok u lit/s. Maksimalno sam to postigao sa dva ekrana sa detaljima Vol tokom vremena i Lit/sec tokom vremena. Točkići za preslikavanje FEV1 i FEVC te trajanje ispisa mjerača i FEV1/FEVC. Ali za one od vas koji poznaju Blynk znaju da to možete učiniti na bilo koji način u aplikaciji za telefon i jednim dodirom preuzeti podatke na svoju e -poštu.

Dugmad na bočnoj strani instrumenta su razbijena u slučaju da ih želite programirati za aktiviranje mašine dahom ili za promjenu izlaznog ekrana ili za promjenu Blynk veze ako je želite koristiti van mreže. Dugmad povlače pinove 0 i 35 nisko pa samo upišite ovo u program. COVID je navodno mnogima ostavio dugotrajne probleme s plućima, a ovaj uređaj može biti od pomoći u onim zemljama u kojima je pristup skupoj medicinskoj opremi ograničen. Možete ovo odštampati i sastaviti za nekoliko sati i besplatno odštampati kontaminirane dijelove uređaja na sigurnoj zamjeni.

Drugoplasirani u takmičenju na baterije