3D ispisani spirometar: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Od rabbitcreekSlijedi Više od autora:

Fusion 360 projekti »

Spirometri su klasični instrument za raščlanjivanje zraka koji izlazi iz usta. Sastoje se od cijevi u koju pušete i koja bilježi volumen i brzinu jednog udisaja koji se zatim uspoređuju sa skupom normalnih vrijednosti na temelju visine, težine i spola i koriste se za praćenje funkcije pluća. Instrument koji sam dizajnirao, iako je testiran na točnost s mjeračem protoka, ni na koji način nije certificirani medicinski uređaj, ali u jednom slučaju sigurno bi mogao proći jedan-dajući relativne ponovljive i točne izvještaje o standardnim FEV1, FEVC i grafikonima volumena izlaz i brzinu tijekom 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 koriste klinički - zamjenjivi kartonski nastavci zapravo ne uklanjaju sve rizike kada se virusi prenose zrakom, a od vas se traži da dugo i jako pušete u vrlo skup aparat. Cijena uređaja je ispod 40 USD i svatko s 3D pisačem može ispostaviti koliko god želi. Softver Wifi povezuje ga s aplikacijom Blynk na vašem pametnom telefonu radi vizualizacije i omogućuje vam preuzimanje svih podataka koje želite.

Korak 1: Kupite stvari

U osnovi gradimo analogni senzor s odličnom kombinacijom zaslona/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 ispis

Fusion 360 korišten je za projektiranje dva gniježđena elementa spirometra. Venturijeva cijev (cijev za puhanje) ima različite dizajne. Za korištenje Bernoullijeve jednadžbe za izračun protoka morate imati određeno smanjenje volumena protoka u mjernoj cijevi. Ovaj se princip koristi u raznim senzorima protoka za sve vrste laminarnih tekućina. 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 jednostavno i reverzibilno uključiti Venturijevu cijev za brzu izmjenu i uklanjanje pa sam dizajnirao cijevi osjetnika tlaka da izlaze iz modela i završavaju na njegovoj bazi gdje bi zahvaćale vrhove glava cijevi senzora. Senzor ima veliki/nizak polaritet koji se mora održavati iz područja visokog/niskog tlaka Venturijeve cijevi. Visoki tlak nalazi se u ravnom dijelu, a niski tlak je iznad krivulje ograničenja-baš kao i iznad krila aviona. Tijelo spirometra pažljivo je dizajnirano tako da osigurava vijčane držače koji drže senzor na mjestu vijcima M3 (20 mm). Oni su postavljeni u termo-umetnute umetke M3x4x5mm. Ostatak dizajna predviđa sidrenje TTGO -a u otvor na dnu i prozor za zaslon. Gumb i poklopac gumba ispisani su dva puta i omogućuju pristup dvama gumbima na ploči TTGO. Naslovnica je posljednji komad za ispis i dizajnirana je za omogućavanje pristupa priključku za napajanje/punjenje do vrha ploče TTGO. Svi komadi su tiskani 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 vodiči ispravni: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Napajanje ide na izlaz od 3,3 V ESP32 i uzemljenje i OCS spojeni su 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 onu odgovarajuće veličine za mAh. TTGO ima krug za punjenje s malim JST konektorom na stražnjoj strani. Spojite bateriju na ovo tako da prekidač za uključivanje/isključivanje prekine poz liniju.

Korak 4: Montaža

Nakon 3D ispisa mijenja se cijev za puhanje. Dva dijela plastičnih cijevi za akvarij ugrađena su u donje rupe jedinice do kraja, a zatim se obrezuju u ravni sa škarama. To osigurava 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 (duljine 20 mm) s bitom odgovarajuće veličine. Montirajte senzor s dva vijka i dovršite električne priključke na ploču TTGO. Spojite i montirajte prekidač za uključivanje/isključivanje sa superljepilom. Koristite onaj iz Adafruta jer je kućište dizajnirano za točno držanje. Dva gumba su pričvršćena na kućište pomoću superljepila. Pazite da se gumbi na ploči TTGO poravnaju ispod otvora. Gumb je instaliran nakon čega slijedi kućište gumba 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 mrlje vrućeg ljepila na bilo koje rame kako biste ga držali na mjestu. Baterija ide straga od 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 prima analognu vrijednost od senzora, mijenja svoju vrijednost u volte i koristi formulu iz podatkovnog lista senzora za pretvaranje u Paskale tlaka. 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 zaslonu i na kraju poziva poslužitelj Blynk i prenosi ih na vaš telefon. Podaci se pamte samo dok ne udahnete još jednom. Klinička upotreba spirometra obično se provodi tako da se od pacijenta traži da udahne što je moguće više i ispuhuje ga što dulje i jače može. Uobičajeno korišteni algoritmi na temelju visine, težine i spola tada se opisuju kao normalni ili abnormalni. Prikazani su i različiti aranžmani ovih podataka, tj. FEV1/FEVC -ukupni volumen podijeljen s volumenom u prvoj sekundi. Svi parametri prikazani su na ekranu Spirometra, kao i mali grafikon vašeg napora u volumenu tijekom vremena. Kad su podaci preneseni na Wifi, zaslon se vraća na "Puhanje". Svi se podaci gube nakon isključivanja napajanja.

Prvi odjeljak 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 izravno na suženju. Promijenite ih ako želite redizajnirati cijev. Vol i volSec dva su niza koji zadržavaju povećanje volumena tijekom vremena i brzinu kretanja zraka. Funkcija petlje počinje izračunavanjem brzine disanja. Sljedeći odjeljak čita senzor i izračunava tlak. Sljedeće ako izjava pokušava shvatiti jeste li završili s udarcem-teže nego što mislite, često pritisak naglo padne za milisekundu točno usred udarca. Sljedeći odjeljak izračunava protok mase na temelju tlaka. Ako se otkrije novi dah, svi se podaci zamrznu, a parametri izračunaju i pošalju na zaslon, nakon čega slijedi funkcija grafikona i na kraju Blynk poziv za prijenos podataka. Ako nije otkrivena nikakva Blynk veza, vratit će se na "Blow".

Korak 6: Upotreba

Je li ovaj instrument razumno točan za ono što se misli učiniti? Koristio sam kalibrirani mjerač protoka spojen na izvor zraka koji je prošao kroz 3D tiskanu laminarnu zračnu komoru pričvršćenu na spirometar i točno je predvidio unutar zraka protok zraka od 5 lit/min do 20 lit/min. Moj plimni volumen u mirovanju na stroju je oko 500 ccm i vrlo se može reproducirati. S bilo kojim kliničkim ispitivanjem morate imati na umu ono što je razumno u smislu dobivene informacijske koristi u odnosu na uloženi trud … možete se odvagnuti do grama, ali do koje koristi? Uzimajući u obzir varijabilnost svojstvenu naporima voljnog testiranja prema ishodu, ona može biti primjerena za većinu kliničkih situacija. Druga zabrinutost je da neki ljudi s velikim kapacitetom pluća mogu preći gornju granicu senzora. Nisam to mogao učiniti, ali moguće je, ali ti ljudi vjerojatno neće imati problema s plućima …

Prvi zaslon prikazuje FEV1 i FEVC. Sljedeći zaslon s podacima prikazuje Trajanje udarca, omjer FEV1/FEVC i MaxFlow u lit/s. Maksimalno sam to postigao s dva ekrana s detaljima Vol tijekom vremena i Lit/sec tijekom vremena. Brojači ispisuju FEV1 i FEVC te trajanje ispisa mjerača i FEV1/FEVC. No, za vas koji poznajete Blynk, znate da to možete učiniti na bilo koji način u aplikaciji za telefon i jednim dodirom preuzeti podatke na svoju e -poštu.

Gumbi na bočnoj strani instrumenta su razbijeni u slučaju da ih želite programirati za aktiviranje stroja dahom ili za promjenu izlaznog zaslona ili za promjenu Blynk veze ako ga želite koristiti izvan mreže. Gumbi povlače pinove 0 i 35 nisko pa samo upišite ovo u program. COVID je navodno mnogima ostavio dugotrajne probleme s plućima, a ovaj bi uređaj mogao biti od pomoći u zemljama u kojima pristup skupoj medicinskoj opremi može biti ograničen. Ovo možete ispisati i sastaviti za nekoliko sati i uzalud ispisati kontaminirane dijelove uređaja koji su sigurni za zamjenu.

Drugoplasirani u natjecanju na baterije