מד ספירומט מודפס בתלת מימד: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

עקוב אחר המחבר:

פרויקטים של Fusion 360 »

ספירומטרים הם הכלי הקלאסי לביצוע ניתוח האוויר כשהוא מוציא מהפה. הם מורכבים מצינור שאתה מנפח לתוכו המתעד את עוצמת הנשימה והמהירות של נשימה אחת ולאחר מכן משווים אותם לקבוצת ערכים תקינים המבוססים על גובה, משקל ומין ומשמשים לעקוב אחר תפקודי הריאות. המכשיר שעיצבתי, אם כי נבדק לדיוק עם מד זרימה אינו בשום אופן מכשיר רפואי מוסמך, אך בקמצוץ הוא בהחלט יכול לעבור לאחד-נותן חשבונות יחסיים לשחזור ומדויק של FEV1, FEVC וגרפי נפח סטנדרטיים. תפוקה ומהירות לאורך זמן. תכננתי את זה כך שהאלקטרוניקה עם החיישן הקשור היקר תוחם לחלק אחד וצינור המכה החד פעמי עם ערוצים עמוסי וירוסים קשורים באחד אחר. נראה כי זהו אחד החסרונות של מכונות סטנדרטיות המשמשות קלינית - פיות קרטון הניתנות להחלפה לא ממש מבטלות את כל הסיכונים כאשר וירוסים מוטסים באוויר ומתבקשים לפוצץ זמן רב במכשיר יקר מאוד. עלות המכשיר היא מתחת ל -40 דולר וכל מי שיש לו מדפסת תלת מימד יכול להוציא כמה שהם רוצים. התוכנה Wifi מקשרת אותו לאפליקציית Blynk בסמארטפון שלך להדמיה ומאפשרת לך להוריד את כל הנתונים שאתה רוצה.

שלב 1: קנה דברים

בעיקרו של דבר אנו בונים חיישן אנלוגי עם שילוב מסך/מיקרו נהדר. החשיבות היא בבחירת החיישן הנכון. מספר עיצובים אחרים למכשירים אלה השתמשו בחיישנים חסרי רגישות הדרושה כדי לספק את הנתונים לחישוב רכיבי הנשימה הללו. ל- ESP32 יש בעיות ידועות באי -לינאריות של ה- ADC שלה, אך נראה כי הדבר אינו משמעותי בטווח היחידה הזו.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi מודול Bluetooth 1.14 אינץ 'LCD פיתוח לוח $ 8 Bangood

2. חיישן לחץ SDP816-125PA, CMOSens®, 125 Pa, אנלוגי, דיפרנציאלי 30 $ Newark, Digikey

3. סוללת ליפו - 600mah $ 2

4. מתג הפעלה / כיבוי-כפתור הפעלה / כיבוי / לחצן החלפת מתג Adafruit

שלב 2: הדפסה תלת מימדית

פיוז'ן 360 שימש לעיצוב שני רכיבי הקינון של הספירומטר. לצינור הוונטורי (צינור המכה) מגוון עיצובים. כדי להשתמש במשוואת ברנולי לחישוב הזרימה, עליך להפחית מעט נפח הזרימה בצינור המדידה. עקרון זה משמש במגוון חיישני זרימה לכל מיני נוזלי זרימה למינרית. המידות שבהן השתמשתי בצינור הוונטורי לא היו ממקור מסוים אבל נראה היה שהן פועלות. החיישן משתמש בלחץ ההפרש על פני אזורי הצינור הצרים והרחבים כדי לחשב את נפח הזרימה. רציתי שהחיישן יוכל לרתק בקלות ובהיפוך את צינור הוונטורי לשינוי והסרה מהירים ולכן עיצבתי את צינורות חיישן הלחץ שיוציאו מהדגם ויסתיימו בבסיסו שם הם ירתקו את קצות ראשי צינור החיישן. לחיישן יש קוטביות גבוהה/נמוכה שיש לשמור על אזורי הלחץ הגבוה/הנמוך של צינור הוונטורי. הלחץ הגבוה הוא בחלק הישר והלחץ הנמוך הוא מעל עקומת ההגבלה-ממש כמו מעל כנף מטוס. גוף הספירומטר מתוכנן בקפידה כדי לספק תושבות בורג שיחזיקו את החיישן במקומו בעזרת ברגים מסוג M3 (20 מ מ). אלה ממוקמים בתוספות M3x4x5mm שנקבעו על ידי חום. שאר העיצוב מספק עיגון TTGO בחריץ בתחתית וחלון למסך. כפתור הכפתור וכפתור מודפסים שניהם פעמיים ומאפשרים גישה לזריקות לשני הלחצנים בלוח TTGO. הכריכה היא היצירה האחרונה להדפסה ונועדה לתת גישה לתקע החשמל/הטעינה לחלק העליון של לוח ה- TTGO. כל החלקים מודפסים ב- PLA ללא תומכים.

שלב 3: חוט אותו

אין הרבה בחיווט של החיישן ו- ESP32. לחיישן יש ארבעה הפניות וכדאי להוריד את גליון הנתונים של החיישן רק כדי לוודא שיש לך את הלידים הנכונים: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf הכוח עובר ליציאת 3.3 וולט של ESP32 והקרקע ו- OCS מחוברים שניהם לקרקע. הפלט האנלוגי של החיישן מחובר לסיכה 33 ב- ESP. מכיוון שהחיבורים הללו נחשפים דרך פתח צר במעטפת אין לחבר אותם לפני הרכבת היחידה. סוללת ליפו מתאימה לאחור במארז, אז קנה אחת בגודל המתאים עבור mAh. ל- TTGO מעגל טעינה עם מחבר JST זעיר מאחור. חבר את הסוללה לזה באמצעות מתג ההפעלה/כיבוי ששובר את קו הפוזה.

שלב 4: הרכבה

שינוי ההדפסה לאחר תלת -ממד מתבצע לצינור המכה. שני חלקים של צינורות אקווריום מפלסטיק מותקנים לתוך החורים התחתונים של היחידה עד שהם יגיעו ולאחר מכן נקצצו סומק בעזרת קוצץ. זה מספק פתח אלסטי לפתחי צינור החיישן להזדווג איתם בקלות. היחידה הראשית דורשת התקנה של תוספות פליז סט לחום בשני החורים שבמסגרת. יש להגדיל מעט את חורי ההרכבה של החיישן עבור הברגים בגודל 3 מ"מ (20 מ"מ) עם סיביות בגודל מתאים. התקן את החיישן בשני ברגים וסיים את החיבורים החשמליים ללוח TTGO. חבר והרכב את מתג ההפעלה/כיבוי באמצעות דבק -על. השתמש באחד מ- Adafruit מכיוון שהארז נועד להחזיק אותו בדיוק. שני הכפתורים מותקנים על המארז עם דבק על. וודא שהכפתורים בלוח TTGO מסתדרים מתחת לפתחים. הכפתור מותקן ואחריו בית הכפתורים שהוא דבק על. הקפד לא להדביק את הכפתור למארז שלו הוא חייב לנוע בתוכו בחופשיות. כדי לייצב את החלק העליון של TTGO הניחו טיפות קטנות של דבק חם על כל כתף כדי להחזיק אותו במקומו. הסוללה הולכת אחורית ללוח. סיים את ההרכבה על ידי הדבקת החלק העליון של החלק העליון. צריכה להיות גישה נוחה למחבר USB-C לתכנות וטעינת סוללות.

שלב 5: תכנות

התוכנה למכשיר זה לוקחת את הערך האנלוגי מהחיישן משנה את ערכו לוולט ומשתמשת בנוסחה מתוך גליון נתוני החיישן כדי להפוך אותו לפסקלים של לחץ. מכאן הוא משתמש בנוסחת ברנוליס כדי לקבוע את נפח/שניות ומסה/שניות של אוויר העובר בצינור. לאחר מכן הוא מנתח זאת לנשימות אישיות וזוכר את הערכים במספר מערכי נתונים ומציג את הנתונים על המסך המובנה ולבסוף מתקשר לשרת Blynk ומעלה אותם לטלפון שלך. הנתונים נזכרים רק עד שנושמים עוד נשימה. השימוש הקליני בספירומטר נעשה בדרך כלל על ידי כך שהוא מבקש מהמטופל לנשום נשימה גדולה ככל האפשר ולפוצץ אותו זמן רב וקשה ככל שהם יכולים. אלגוריתמים נפוצים המבוססים על גובה, משקל ומין מתוארים אז כרגיל או לא תקין. מוצגים גם סידורים שונים של נתונים אלה, כלומר FEV1/FEVC -סך הכל נפח חלקי נפח בשנייה הראשונה. כל הפרמטרים מוצגים במסך הספירומטרים וכן גרף קטן של המאמץ שלך בהיקף לאורך זמן. כאשר הנתונים הועלו ל- Wifi המסך חוזר ל- "מכה". כל הנתונים הולכים לאיבוד לאחר כיבוי החשמל.

החלק הראשון של הקוד מחייב אותך להזין את אסימון ה- Blynk שלך. הבא דורש סיסמת Wifi ושם רשת. שטח הצפה_1 הוא השטח במ"ר של צינור הספירומטר לפני היצרות ואזור הצפה_2 הוא השטח בחתך ישירות בצמצום. שנה אותם אם ברצונך לעצב מחדש את הצינור. Vol ו- volSec הם שני המערכים שמחזיקים את עוצמת הקול לאורך זמן ומהירות תנועת האוויר. פונקציית הלולאה מתחילה בחישוב קצבי נשימה. החלק הבא קורא את החיישן ומחשב את הלחץ. ההצהרה הבאה אם מנסה להבין אם סיימת עם המכה שלך-קשה יותר ממה שאתה חושב, לעתים הלחץ יורד לפתע למשך אלפית השנייה ממש באמצע המכה. החלק הבא מחשב את זרימת ההמונים על בסיס הלחץ. אם מתגלה נשימה חדשה כל הנתונים קפואים והפרמטרים מחושבים ונשלחים למסך, ואחריו פונקציית גרפים ולבסוף קריאה של Blynk להעלאת הנתונים. אם לא זוהה חיבור Blynk הוא יחזור ל- "מכה".

שלב 6: שימוש בו

האם מכשיר זה מדויק למדי לגבי מה שהוא מתכוון לעשות? השתמשתי במד זרימה מכויל המחובר למקור אוויר שעבר בתא אוויר למינרי מודפס בתלת מימד המחובר לספירומטר והוא ניבא במדויק את זרימת האוויר בין 5 ליטר לדקה ל -20 ליטר לדקה. נפח הגאות והשעות שלי במכונה הוא כ -500 סמ ק ומאד ניתן לשחזור. בכל בדיקה קלינית עליך לזכור מה סביר מבחינת הטבת המידע המתקבלת מול המאמץ … אתה יכול לשקול את עצמך לגרם הקרוב ביותר, אך לאיזו תועלת? בהתחשב בשונות הטמונה במאמץ בדיקות רצוני לקראת התוצאה היא עשויה להיות מתאימה לרוב המצבים הקליניים. החשש הנוסף הוא שחלק מהאנשים בעלי כושר הריאה העצום עשויים לחרוג מגבול החיישן העליון. לא הצלחתי לעשות זאת אבל זה אפשרי, אך לא סביר שלאנשים אלה יהיו בעיות ריאה …

המסך הראשון מציג FEV1 ו- FEVC. מסך הנתונים הבא מציג משך המכה, יחס FEV1/FEVC ו- MaxFlow בליט/שניות. הגדלתי את זה עם שני מסכים המפרטים את הווליום לאורך זמן ואת הליטרים/שניות לאורך זמן. החוגות מדמיקות את FEV1 ו- FEVC ואת משך ההדפסה של המונים ו- FEV1/FEVC. אבל למי מכם שמכיר את Blynk יודע שאתה יכול לעשות זאת בכל דרך שתרצה באפליקציית הטלפון ולהוריד את הנתונים למייל שלך במגע.

הכפתורים בצד המכשיר נשברים למקרה שתרצה לתכנת אותם להפעלת המכשיר בנשימה או לשינוי פלט המסך או לשינוי חיבור Blynk אם ברצונך להשתמש בו במצב לא מקוון. הכפתורים מושכים את הפינים 0 ו -35 נמוכים אז פשוט כתוב זאת לתוכנית. COVID גרמה לכאורה לבעיות ריאה מתמשכות ומכשיר זה עשוי להועיל במדינות שבהן הגישה לציוד רפואי יקר עשויה להיות מוגבלת. אתה יכול להדפיס ולהרכיב את זה תוך כמה שעות ולהדפיס חלקים מזוהמים להחלפה בטוחה ללא תשלום.

סגנית בתחרות המופעלת באמצעות סוללות