כיצד לייצר חיישן קצב זרימת אוויר מדויק עם Arduino עבור מאוורר COVID-19 מתחת ל 20 £: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

עיין בדוח זה לעיצוב העדכני ביותר של חיישן זרימת פתח זה:

מדריכים אלה מראים כיצד לבנות חיישן קצב זרימת אוויר באמצעות חיישן לחץ דיפרנציאלי בעלות נמוכה וחומרים זמינים. העיצוב מיועד לחיישן זרימה מסוג פתח, הפתח (במקרה שלנו מכונת כביסה) מספק הגבלה ונוכל לחשב את הזרימה על ידי מדידת הפרש הלחץ על פני הפתח.

במקור עיצבנו ובנינו חיישן זה לפרויקט שלנו בשם OpenVent-Bristol שהוא עיצוב קוד פתוח של מכשיר הנשמה לייצור מהיר לטיפול ב- COVID-19. עם זאת ניתן להשתמש בחיישן זה כמעט בכל יישום לחישת זרימת אוויר.

הגרסה הראשונית הזו של העיצוב שלנו מיוצרת כולה באמצעות חלקי מדף, אין צורך בהדפסה תלת מימדית או חיתוך בלייזר.

הציור המצורף מראה ציור חתך של העיצוב. זה פשוט 2 אורכים של צינור אינסטלציה עם מכונת כביסה המודבקת ביניהם, מדידת לחץ דיפרנציאלי לרוחב הפתח לחישוב קצב הזרימה.

תהנה!! ותן לנו הערה אם אתה מייצר בעצמך.

שלב 1: קנה חלקים

אלה החלקים שתזדקקו להם:

• אורכי 2x15 ס"מ של צינור אינסטלציה מ- 22 מ"מ OD
• 1x מזהה מכונת כביסה מתכת 5.5 מ"מ OD סביב 20 מ"מ (בין 19.5-22 מ"מ זה בסדר)

• חיישן לחץ הפרש (כ -10 ליש ט). השתמשנו ב- MPX5010DP אך ייתכן שתרצה לבחור אחד אחר שיתאים ללחצים במערכת שלך. כמה חנויות לדוגמה שמוכרות חיישנים אלה מפורטים להלן:

  • uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/en/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• צינורות ברז לחץ חתוכים באורך של כ- 20 מ"מ: כל צינור קשיח OD 2 מ"מ צריך להיות מתאים כגון צינור פליז. מרוב ייאוש השתמשתי בזרבובית התרסיס מפחית WD-40, זה עבד אבל הדבק העל לא נדבק בצורה מבריקה
• דבק מגע
• צינורות סיליקון/PVC לחיבור ליציאות הלחץ של חיישן הלחץ. מזהה 2-3 מ"מ אמור להיות בסדר, ייתכן שתזדקק לקשור כבל קטן אם הצינור שלך גדול מדי.

ייתכן שתרצה לרכוש 1 או 2 מחברי אינסטלציה אם ברצונך להתאים את צנרת חיישן הזרימה לצינור אחר של 22 מ מ:

הערה: החומרים שנבחרו אינם תואמים את תקנות המוצר הרפואי, במיוחד את ה- PVC.

שלב 2: חותכים צינור אינסטלציה

חותכים 2 אורכים מצינור האינסטלציה. השתמשנו באורך 15 ס מ אבל זה יכול לעבוד בסדר קצת יותר קצר. את החיתוכים עשיתי בעזרת מסור כירורגי מכיוון שחשוב לקבל חתך מרובע יפה. השתמש בנייר חול כדי להחליק כל קורים

שלב 3: הרכבת צינורות אינסטלציה

• הדבק את מכונת הכביסה שלך לקצה צינור אחד, וודא שהמכונת הכביסה היא קונצנטרית עם הצינור והקפידי ליצור חרוז דבק רציף לאורך כל ההיקף של הכביסה כדי להבטיח שלא ידלוף לחץ אוויר החוצה.
• לאחר מכן הדבק על אורך הצינור השני לצד השני של מכונת הכביסה. שוב, הקפד להדביק את כל הדרך כך שאוויר לא ידלוף החוצה

שלב 4: הוספת ברזי לחץ

1. מקדחים 2 חורים במרחקים מהכביסה בהתאם לתמונה המצורפת
2. דחוף את מוטות ה- OD 2 מ"מ לתוך החורים, וודא שההתאמה צמודה (הצינור שלי היה 2.2 OD אבל המקדח שלי היה 2 מ"מ, אז פשוט הכשכתי קצת במקדח עד שהצינור יתאים היטב)
3. הדבק את הצינור לתוך החור, וודא שהוא אטום לאורך כל הדרך
4. כרוך סרט בידוד סביב ברז הלחץ עד שצינור הסיליקון יתאים היטב והדוק

שלב 5: בדוק וכיול

חבר את חיישן הלחץ ל- Arduino שלך וחבר את ברזי הלחץ ליציאות חיישן הלחץ. וודא שהסיכה האנלוגית הפיזית של החיישן תואמת את הסיכה לתוכנה.

בדוק את זה באמצעות הקוד המצורף. שים לב, יש צורך בספריות הבאות:

• Wire.h
• ו- Sensirion_SFM3000_arduino (ספרייה זו מיועדת לחיישן אחר, אך ביצעתי כמה שינויים בקוד שלי לשם כך)

באופן אידיאלי אתה רוצה לכייל את החיישן שלך, השתמשנו ב- Sensirion SFM3300 המחובר בסדרה עם החיישן הביתי. חיבורים ל- SFM3300 הם:

• Vcc - 5V
• GND - GND
• SDA - A4
• SCL - A5

באופן אידיאלי מקור האוויר שלך לבדיקת הכיול אמור לתת זרימה קבועה ולהיות נשלט על מנת לתת טאטא מבוקר של קצבי הזרימה. השתמשנו במשאבת מיטת אוויר שנפרצה כדי להפעיל אותה באמצעות בקר מהירות DC מוברש אלקטרוני הנשלט באמצעות פוטנציומטר. אם יש לך ספק כוח DC שיעבוד בסדר גמור גם כן.

הקוד, כמו גם היכולת לקרוא את הלחץ והזרימה מהחיישן שלנו, הוא יכול לקרוא גם מה- Sensirion SFM3300 באמצעות i2c, שהוא החיישן בו השתמשנו לכיול. יהיה עליך להתאים את הקוד בהתאם אם יש לך קוד אחר. חיישן כיול. (למרבה הפלא, חיישן ה- DIY נתן קריאות עקביות יותר עקביות מאשר ה- SFM3300)

הגרסה הראשונה של הקוד משתמשת בטבלת חיפוש מכוילת לצורך הפקת קריאות קצב זרימה. הכנו את זה על ידי

• רישום הלחץ על סחף מלא ממקור האוויר שלנו (כקובץ.csv)
• לקחת את הנתונים לאקסל
• מעביר אותו באמצעות משוואה כדי לחשב את קצב הזרימה
• לאחר מכן יצירת טבלת חיפוש מופרדת בפסיקים שהועתקה/הודבקה למערך שלם של Arduino

מסמך האקסל עם המשוואה מאוחסן …

הגרסה השנייה של הקוד תשתמש במשוואה בקוד מהסיבות הבאות:

• להתחשב בטמפרטורה (מה שישפיע על קריאות קצב הזרימה)
• כדי לקחת בחשבון שינוי בהגבלה במורד הזרם, הדבר יורגש בעזרת חיישן לחץ נפרד במורד הזרם

שלב 6: אופציה נכונה לשיטת כיול Janky

אם אין לך חיישן זרימה מדף לכיול שלו כגון Sensirion SFM3300, זו דרך אחת לקבל מושג גס SUPER על תפוקת הזרימה. עם זאת זה יעבוד רק עם מקור זרימת לחץ גבוה (אפילו משאבת מיטת האוויר עלולה להיאבק בניפוח בלון) ותעבוד רק אם תוכל לכבות שוב ושוב את אספקת האוויר שלך.

• חבר בלון לפלט המערכת ומדוד את הקוטר אליו הוא מתנפח על כל אינפלציה
• ממלאים כד מדידה במים (אולי בערך באמצע הדרך)
• לנפח מחדש את הבלון שלך באותו קוטר ואז לטבול אותו לחלוטין בתוך פך המים שלך ולרשום את ההבדל במפלס המים לפני ואחרי החדרת הבלון
• בשלב הבא תצטרך למדוד את הנפח לכל ניפוח בלונים בקוד שלך, זה נעשה על ידי שילוב הזרימה לאורך זמן. אני לא יכול לתת לך קוד מדויק לשם כך מכיוון שהוא יצטרך להיות שונה בהתאם למקור הזרימה שלך וכיצד הקוד שלך יחוש התחלה והפסקת הזרימה אך צירפתי פונקציה בקובץ טקסט שיוציא עוצמת הקול, רק תצטרך להגיד לו מתי להתחיל ולהפסיק לחשב את עוצמת הקול (כלומר, עבור הבדיקה שלנו זה היה בתחילת והעצירה של כל נשימה), זה מסומן לתפקוד באמצעות המשתנה הבוליאני שנקרא "breathStatus". זכור להעביר את קצב הזרימה ב- ml/s לפונקציה זו כאשר אתה קורא לה.

שלב 7: השתלב במערכת שלך

חבר אותו להתקנה שלך אשר תהא ותהנה ממדידת קצב הזרימה בפחות מ -15 ליש ט:)

מצורפת תמונה לדוגמה של כמה זרימות, לחצים ונפחים מיישום ההנשמה שלנו.

מפרקי צימוד ישרים לאינסטלציה נהדרים להצטרף לחיישן זה לצינור OD נוסף של 22 מ מ.