3D drukāts spirometrs: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Seko vairāk autoram:

Fusion 360 projekti »

Spirometri ir klasisks instruments, kas ļauj analizēt gaisu, kad tas tiek izpūsts no mutes. Tie sastāv no caurulītes, kurā jūs iepūšat un kurā tiek reģistrēts vienas elpas apjoms un ātrums, kas pēc tam tiek salīdzināti ar normālo vērtību kopumu, pamatojoties uz augumu, svaru un dzimumu, un tiek izmantotas, lai sekotu plaušu funkcijai. Manis izstrādātais instruments, lai gan tā precizitāte ir pārbaudīta ar plūsmas mērītāju, nekādā ziņā nav sertificēta medicīniska ierīce, taču ar nelielu šķipsnu tas noteikti varētu izturēt vienu-sniedzot relatīvi reproducējamus un precīzus standarta FEV1, FEVC un apjoma grafiku pārskatus. jauda un ātrums laika gaitā. Es to izstrādāju tā, lai elektronika ar dārgo piesieto sensoru būtu ierobežota vienā gabalā, un viegli lietojamā trieciencaurule ar saistītajiem vīrusu piekrautajiem kanāliem būtu citā. Šķiet, ka tas ir viens no standarta mašīnu trūkumiem, ko izmanto klīniski - nomaināmi kartona iemuti īsti nenovērš visus riskus, ja vīrusi ir gaisā un jums tiek lūgts ilgi un smagi iepūst ļoti dārgu aparātu. Ierīces izmaksas ir zem 40 USD, un ikviens, kam ir 3D printeris, var izrādīties tik daudz, cik vēlas. Programmatūra Wifi piesaista to viedtālruņa lietotnei Blynk vizualizācijai un ļauj lejupielādēt visus vajadzīgos datus.

1. darbība: iegādājieties preces

Būtībā mēs veidojam analogo sensoru ar lielisku ekrāna/mikrokontrollera kombināciju. Galvenais ir izvēlēties pareizo sensoru. Vairākās citās šo ierīču konstrukcijās ir izmantoti sensori, kuriem trūkst jutības, kas nepieciešama, lai sniegtu datus šo elpošanas elementu aprēķināšanai. ESP32 ir labi zināmas problēmas ar tās ADC nelinearitāti, taču tas, šķiet, nav nozīmīgs šīs vienības diapazonā.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi Bluetooth modulis 1,14 collu LCD attīstības padome $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA spiediena sensors, CMOSens®, 125 Pa, analogs, diferenciālis $ 30 Newark, Digikey

3. Lipo akumulators - 600mAh 2 USD

4. Ieslēgšanas / izslēgšanas slēdzis-ieslēgšanas / izslēgšanas poga / spiedpogu pārslēdzējs Adafruit

2. darbība: 3D drukāšana

Fusion 360 tika izmantots, lai izstrādātu divus spirometra ligzdojošos elementus. Venturi caurulei (izpūšanas caurulei) ir dažādi dizaini. Lai plūsmas aprēķināšanai izmantotu Bernulli vienādojumu, ir nedaudz jāsamazina plūsmas tilpums mērcaurulē. Šo principu izmanto dažādos plūsmas sensoros visu veidu laminārās plūsmas šķidrumiem. Izmēri, kurus izmantoju Venturi caurulē, nebija no konkrēta avota, bet šķita, ka tie vienkārši darbojas. Lai aprēķinātu plūsmas tilpumu, sensors izmanto spiediena starpību šaurās un platās caurules zonās. Es gribēju, lai sensors varētu viegli un atgriezeniski ieslēgt Venturi cauruli ātrai nomaiņai un noņemšanai, tāpēc es izveidoju spiediena sensora caurules tā, lai tās izietu no modeļa un beigtos pie pamatnes, kur tās saspiestu sensora cauruļu galus. Sensoram ir augsta/zema polaritāte, kas jāuztur no Venturi caurules augsta/zema spiediena apgabaliem. Augsts spiediens atrodas taisnajā daļā, un zemais-virs ierobežojuma līknes-gluži kā virs lidmašīnas spārna. Spirometra korpuss ir rūpīgi izstrādāts tā, lai nodrošinātu skrūvju stiprinājumus sensora noturēšanai ar M3 (20 mm) skrūvēm. Tie ir ievietoti siltumizolācijas M3x4x5mm ieliktņos. Pārējā konstrukcija paredz TTGO nostiprināšanu slotā apakšā un logu ekrānam. Poga un pogas pārsegs tiek drukāti divreiz, un tie ļauj ar kastes palīdzību piekļūt divām TTGO tāfeles pogām. Vāks ir pēdējais izdrukājamais gabals, un tas ir paredzēts, lai barošanas/uzlādes spraudnim piekļūtu TTGO plates augšpusē. Visi gabali ir drukāti PLA bez balstiem.

3. darbība: pievienojiet vadu

Sensora un ESP32 elektroinstalācijai nav daudz. Sensoram ir četri vadi, un jums vajadzētu lejupielādēt sensora datu lapu, lai pārliecinātos, ka vadi ir pareizi: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Jauda tiek piegādāta 3,3 voltu izejai. ESP32 un zeme un OCS ir savienoti ar zemi. Sensora analogā izeja ir pievienota ESP 33. tapai. Tā kā šie savienojumi izlido caur šauru korpusa atveri, pirms ierīces montāžas tos nesavieno. Lipo akumulators ir piemērots aizmugurē, tāpēc iegādājieties akumulatoru, kas ir piemērots mAh. TTGO ir uzlādes ķēde ar nelielu JST savienotāju aizmugurē. Pievienojiet tam akumulatoru, ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzim pārtraucot pozīcijas līniju.

4. solis: montāža

Pēc 3D drukāšanas modifikācija tiek veikta trieciencaurulē. Divas plastmasas akvārija cauruļu daļas ir ievietotas ierīces apakšējos caurumos līdz galam un pēc tam tiek nošķeltas ar griezējiem. Tas nodrošina elastīgu atveri sensoru cauruļu atverēm, ar kurām viegli savienoties. Galvenajai vienībai divos rāmja caurumos ir jāinstalē siltuma komplekta misiņa ieliktņi. Sensora stiprinājuma caurumi ir nedaudz jāpalielina 3 mm (20 mm garumā) skrūvēm ar atbilstoša izmēra uzgali. Piestipriniet sensoru ar divām skrūvēm un pabeidziet elektriskos savienojumus ar TTGO plāksni. Pievienojiet un uzstādiet ieslēgšanas/izslēgšanas slēdzi ar superlīmi. Izmantojiet Adafruit izstrādājumu, jo futrālis ir paredzēts tā turēšanai. Abas pogas ir piestiprinātas pie korpusa ar superlīmi. Pārliecinieties, vai pogas uz TTGO plates atrodas zem atverēm. Poga ir uzstādīta, kam seko pogas korpuss, kas ir pielīmēts. Pārliecinieties, ka nelīmējat pogu pie korpusa, tai ir brīvi jāpārvietojas. Lai stabilizētu TTGO augšējo sekciju, uz abiem pleciem novietojiet mazas karstās līmes uzlikas, lai tās noturētos vietā. Akumulators atrodas aizmugurē pie dēļa. Pabeidziet montāžu, uzlīmējot augšdaļu. Programmēšanai un akumulatora uzlādēšanai jābūt ērtai piekļuvei USB-C savienotājam.

5. solis: programmēšana

Šī instrumenta programmatūra uztver sensora analogo vērtību, maina vērtību uz voltiem un izmanto sensora datu lapas formulu, lai to pārvērstu spiediena paskālos. No tā tiek izmantota Bernoullis formula, lai noteiktu caur cauruli izplūstošā gaisa tilpumu/sek un masu/sek. Pēc tam tas analizē to atsevišķos elpas vilcienos un atceras vērtības vairākos datu blokos un parāda datus iebūvētajā ekrānā un visbeidzot piezvana Blynk serverim un augšupielādē to jūsu tālrunī. Dati tiek atcerēti tikai līdz brīdim, kad jūs atkal ieelpojat elpu. Spirometra klīnisko izmantošanu parasti veic, lūdzot pacientam pēc iespējas vairāk ievilkt elpu un izpūst to tik ilgi, cik vien iespējams. Parasti izmantotie algoritmi, kuru pamatā ir augums, svars un dzimums, tiek aprakstīti kā normāli vai neparasti. Tiek parādīti arī dažādi šo datu izkārtojumi, ti, FEV1/FEVC -kopējais tilpums, dalīts ar tilpumu pirmajā sekundē. Spirometru ekrānā tiek parādīti visi parametri, kā arī neliels grafiks par jūsu pūlēm laika gaitā. Kad dati ir augšupielādēti Wifi, ekrāns atgriežas pie “Blow”. Pēc strāvas izslēgšanas tiek zaudēti visi dati.

Koda pirmajā sadaļā ir jāievada Blynk marķieris. Nākamajam ir nepieciešama Wifi parole un tīkla nosaukums. Pludiņa laukums_1 ir spirometra caurules laukums kvadrātmetros pirms sašaurināšanās, un pludiņa laukums_2 ir laukums šķērsgriezumā tieši pie sašaurinājuma. Mainiet tos, ja vēlaties pārveidot cauruli. Vol un volSec ir divi masīvi, kas saglabā skaļuma pieaugumu laika gaitā un gaisa kustības ātrumu. Cilpas funkcija sākas ar elpošanas ātruma aprēķināšanu. Nākamajā sadaļā tiek lasīts sensors un aprēķināts spiediens. Ja paziņojums mēģina noskaidrot, vai esat pabeidzis sitienu-grūtāk, nekā jūs domājat, bieži spiediens pēkšņi samazinās par milisekundi tieši trieciena vidū. Nākamajā sadaļā masas plūsma tiek aprēķināta, pamatojoties uz spiedienu. Ja tiek atklāta jauna elpa, visi dati tiek iesaldēti un parametri tiek aprēķināti un nosūtīti uz ekrānu, kam seko grafikas funkcija un visbeidzot Blynk zvans, lai augšupielādētu datus. Ja Blynk savienojums netiek atklāts, tas atgriezīsies uz "Blow".

6. darbība: tā izmantošana

Vai šis instruments ir pietiekami precīzs, kā tas paredzēts? Es izmantoju kalibrētu plūsmas mērītāju, kas savienots ar gaisa avotu, kas tika izvadīts caur 3D drukātu lamināru gaisa kameru, kas pievienota spirometram, un tas precīzi paredzēja gaisa plūsmu no 5 litriem minūtē līdz 20 litriem minūtē. Mans plūdmaiņas tilpums mašīnā ir aptuveni 500 kubikcentimetru un ļoti reproducējams. Veicot jebkādu klīnisko pārbaudi, jums jāpatur prātā, kāds ir saprātīgais ieguvums no informācijas un pūles … jūs varat nosvērt sevi līdz gramam, bet kāds labums? Ņemot vērā mainīgumu, kas raksturīgs brīvprātīgas pārbaudes centieniem attiecībā uz rezultātu, tas var būt piemērots lielākajai daļai klīnisko situāciju. Otra problēma ir tā, ka daži cilvēki ar milzīgu plaušu ietilpību var pārsniegt sensora augšējo robežu. Es nevarēju to izdarīt, bet tas ir iespējams, taču šiem cilvēkiem, visticamāk, nebūs plaušu problēmu …

Pirmajā ekrānā ir FEV1 un FEVC. Nākamajā datu ekrānā tiek parādīts trieciena ilgums, FEV1/FEVC attiecība un maksimālā plūsma litrosekundēs. Es to maksimāli palielināju ar diviem ekrāniem, kuros laika gaitā detalizēti aprakstīts Vol un laika gaitā Lit/sek. Skaitļi izspēlē FEV1 un FEVC, un skaitītāju drukāšanas ilgumu un FEV1/FEVC. Bet tiem, kas pazīst Blynk, jūs zināt, ka varat to izdarīt tālruņa lietotnē jebkurā veidā un ar pieskārienu lejupielādēt datus uz savu e -pastu.

Instrumenta sānos esošās pogas ir sadalītas, ja vēlaties tās ieprogrammēt mašīnas aktivizēšanai ar elpu vai mainīt ekrāna izvadi vai mainīt Blynk savienojumu, ja vēlaties to izmantot bezsaistē. Pogas velk 0 un 35 tapas zemas, tāpēc vienkārši ierakstiet to programmā. Covid, iespējams, daudziem ir izraisījis ilgstošas plaušu problēmas, un šī ierīce var būt noderīga valstīs, kur pieeja dārgam medicīnas aprīkojumam var būt ierobežota. Jūs to varat izdrukāt un salikt pāris stundu laikā un bez maksas izdrukāt drošas nomaiņas ierīces daļas.

Otrās vietas ieguvējs ar akumulatoru darbināmā konkursā