3D çaplı spirometr: 6 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:42

Müəllif tərəfindən daha çox izlənilir:

Fusion 360 Layihələri »

Spirometrlər, ağzınızdan çıxarılan havanı analiz etmək üçün istifadə olunan klassik bir cihazdır. Bir nəfəsin həcmini və sürətini qeyd etdiyiniz bir borudan ibarətdir, sonra boy, çəki və cinsdən asılı olaraq normal dəyərlər dəsti ilə müqayisə edilir və ağciyər funksiyasını izləmək üçün istifadə olunur. Hazırladığım cihaz, bir ölçü cihazı ilə dəqiqliyi yoxlansa da, heç bir şəkildə təsdiqlənmiş tibbi cihaz deyil, ancaq bir az da olsa keçə bilər-standart FEV1, FEVC və həcm qrafiklərinin nisbi təkrarlanan və dəqiq hesablarını verir. zamanla çıxış və sürət. Elə dizayn etdim ki, bahalı bağlanmış sensoru olan elektronika bir parça ilə məhdudlaşsın və əlaqəli virus yüklənmiş kanalları olan birdəfəlik zərbə borusu digərində olsun. Bu, klinik olaraq istifadə edilən standart maşınların çatışmazlıqlarından biri kimi görünür - dəyişdirilə bilən karton ağızlıqlar, viruslar havadan yayıldıqda və çox bahalı bir aparata uzun və ağır zərbələr endirmək istənəndə bütün riskləri ortadan qaldırmır. Cihazın qiyməti 40 dollardan aşağıdır və 3D printeri olan hər kəs istədiyi qədər çıxara bilər. Wifi proqramı, görüntüləmək üçün smartfonunuzdakı bir Blynk tətbiqinə bağlayır və istədiyiniz məlumatları yükləməyinizə imkan verir.

Addım 1: əşyalar alın

Əslində əla bir ekran/mikrokontrolör birləşməsi olan bir analoq sensoru qururuq. Əsas odur ki, düzgün sensor seçməkdir. Bu qurğular üçün bir neçə digər dizaynda, bu nəfəs elementlərini hesablamaq üçün məlumat vermək üçün lazım olan həssaslığı olmayan sensorlar istifadə edilmişdir. ESP32, ADC -nin qeyri -xətti olması ilə bağlı yaxşı bilinən problemlərə malikdir, lakin bu bölmənin aralığında əhəmiyyətli görünmür.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth Modulu 1.14 İnç LCD İnkişaf Etmə Paneli $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA Təzyiq Sensoru, CMOSens®, 125 Pa, Analog, Diferensial 30 $ Newark, Digikey

3. Lipo Batareyası - 600 mah 2 dollar

4. Açma / Söndürmə Açarı-Açma-Kapatma Güc Düyməsi / Düymə Adafruit Keçid Açarı

Addım 2: 3D çap

Fusion 360, spirometrin iki yuva elementini dizayn etmək üçün istifadə edilmişdir. Venturi borusu (üfleme borusu) müxtəlif dizaynlara malikdir. Axının hesablanması üçün Bernoulli tənliyini istifadə etmək üçün ölçü borusundakı axın həcmində bir qədər azalma olmalıdır. Bu prinsip, hər cür laminar axın mayeləri üçün müxtəlif axın sensörlərində istifadə olunur. Venturi borusunda istifadə etdiyim ölçülər heç bir xüsusi mənbədən alınmadı, amma sadəcə işlədikləri görünürdü. Sensor, axın həcmini hesablamaq üçün dar və geniş boru sahələrində diferensial təzyiqdən istifadə edir. Sensorun Venturi borusunu asanlıqla dəyişdirmək və geri çəkmək üçün tez bir zamanda dəyişdirilməsini və geri çəkilməsini istədim, buna görə də təzyiq sensoru borularını modeldən çıxarıb baza hissəsində, sensor boru başlıqlarının uclarını bağlayacaq şəkildə dizayn etdim. Venturi borusunun yüksək/aşağı təzyiq sahələrində saxlanılması lazım olan sensorun yüksək/aşağı polaritesi var. Yüksək təzyiq düz hissədə, aşağı təzyiq isə məhdudiyyət əyrisi üzərindədir-eynilə bir təyyarə qanadının üzərində. Spirometrin gövdəsi, M3 (20 mm) vintlər ilə sensoru yerində saxlamaq üçün vint bağlayıcıları təmin etmək üçün diqqətlə hazırlanmışdır. Bunlar istiliklə quraşdırılmış M3x4x5mm ölçülü əlavələrə yerləşdirilir. Dizaynın qalan hissəsi, TTGO -nun altındakı bir yuvaya və ekran üçün bir pəncərəyə bağlanmasını təmin edir. Düymə və düymə qapağı həm iki dəfə çap olunur, həm də TTGO lövhəsindəki iki düyməyə boş yerə giriş imkanı verir. Qapaq, yazdırılan son parçadır və TTGO lövhəsinin üstündəki güc/şarj fişinə giriş imkanı vermək üçün hazırlanmışdır. Bütün parçalar dəstəyi olmayan PLA -da çap olunur.

Addım 3: Tel çəkin

Sensorun və ESP32 -nin naqillərində çox şey yoxdur. Sensorun dörd qurğusu var və yalnız kabellərin düzgün olduğuna əmin olmaq üçün sensorun məlumat vərəqini yükləməlisiniz: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Güc 3.3 Volt çıxışına gedir ESP32 və torpaq və OCS hər ikisi də yerə bağlıdır. Sensorun analoq çıxışı ESP -də 33 -cü pinlə bağlıdır. Bu əlaqələr qabığın dar bir açılışından keçdiyindən, vahidin montajından əvvəl onları bağlamayın. Lipo batareyası arxa tərəfə uyğundur, buna görə mAh üçün uyğun bir ölçü götürün. TTGO, arxasında kiçik bir JST konnektoru olan bir şarj dövrəsinə malikdir. Batareyanı açma/söndürmə açarı ilə pos xəttini qıraraq bağlayın.

Addım 4: Montaj

Şüşə borusuna 3D çapdan sonrakı dəyişikliklər edilir. Plastik akvarium borularının iki bölməsi cihazın alt çuxurlarına düşdükləri qədər yerləşdirilir və sonra qayçı ilə yuyulur. Bu, sensor boru açılışlarının asanlıqla birləşə biləcəyi elastik bir açılış təmin edir. Əsas bölmə, çərçivədəki iki çuxura istilik quraşdırılmış pirinç əlavələrin quraşdırılmasını tələb edir. 3 mm (20 mm uzunluğunda) vintlər üçün sensorun montaj delikləri uyğun ölçüdə olan bir az vintlər üçün genişləndirilməlidir. Sensoru iki vida ilə bağlayın və TTGO lövhəsinə elektrik əlaqələrini tamamlayın. Açma/söndürmə düyməsini super yapışqan ilə bağlayın və quraşdırın. Adafruit -dən birini istifadə edin, çünki qutu tam tutmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur. İki düymə superglue ilə qutuya quraşdırılmışdır. TTGO lövhəsindəki düymələrin deliklərin altında yerləşdiyinə əmin olun. Düymənin ardınca üst -üstə bərkidilmiş düymə yuvası quraşdırılır. Düyməni yuvasına yapışdırmadığınızdan əmin olun, içərisində sərbəst hərəkət etməlidir. TTGO -nun yuxarı hissəsini sabitləşdirmək üçün hər iki çiyninə kiçik yapışqan köpüklər qoyun və yerində saxlayın. Batareya lövhənin arxasına keçir. Üst hissəyə yapışdıraraq montajı tamamlayın. Proqramlaşdırma və batareyanın doldurulması üçün USB-C konnektoruna asan giriş olmalıdır.

Addım 5: Proqramlaşdırma

Bu cihaz üçün proqram analoq dəyərini sensordan alır və onun dəyərini volta dəyişir və təzyiq paskalına çevirmək üçün sensorun məlumat vərəqindəki düsturdan istifadə edir. Buradan borudan keçən havanın həcmini/saniyəsini və kütləsini/saniyəsini təyin etmək üçün Bernoullis düsturundan istifadə edir. Daha sonra bunu fərdi nəfəslərdə təhlil edir və bir neçə məlumat dizisindəki dəyərləri xatırlayır və məlumatları daxili ekranda təqdim edir və nəhayət Blynk serverinə zəng edərək telefonunuza yükləyir. Məlumatlar yalnız başqa bir nəfəs alana qədər xatırlanır. Bir spirometrin klinik istifadəsi ümumiyyətlə xəstədən mümkün qədər böyük bir nəfəs almasını və bacardıqları qədər uzun və sərt bir şəkildə nəfəs almasını istəməklə edilir. Boy, çəki və cinsə əsaslanan ümumi istifadə olunan alqoritmlər daha sonra normal və ya anormal olaraq təsvir edilir. Bu məlumatların fərqli tənzimləmələri də təqdim olunur, yəni FEV1/FEVC -ümumi həcm birinci saniyədə həcmə bölünür. Bütün parametrlər Spirometrlər ekranında, həm də zamanla səy göstərdiyiniz kiçik bir qrafikdə təqdim olunur. Məlumat Wifi -yə yükləndikdə ekran "Blow" a qayıdır. Elektrik kəsildikdən sonra bütün məlumatlar itir.

Kodun birinci bölməsi Blynk tokeninizi daxil etməyi tələb edir. Sonrakı Wifi parol və şəbəkə adı tələb edir. Şamandıra sahəsi_1, daralmadan əvvəl spirometr borusunun kv m sahəsindəki sahədir və Float sahəsi_2, daralmanın birbaşa hissəsindəki sahədir. Borunu yenidən dizayn etmək istəyirsinizsə bunları dəyişdirin. Vol və volSec , zamanla və hava hərəkətinin sürətilə həcm artımını saxlayan iki serialdır. Döngü funksiyası tənəffüs dərəcələrinin hesablanması ilə başlayır. Növbəti hissədə sensoru oxuyur və təzyiqi hesablayır. Aşağıdakı if ifadəsi, zərbənizin bitdiyini başa düşməyə çalışır-düşündüyünüzdən daha çətindir, tez-tez vuruşun ortasında birdən-birə təzyiq bir anda bir saniyə azalır. Növbəti bölmədə təzyiqə əsaslanan kütlə axını hesablanır. Yeni bir nəfəs aşkar edilərsə, bütün məlumatlar dondurulur və parametrlər hesablanır və ekrana göndərilir, sonra bir qrafik funksiyası və nəhayət məlumatları yükləmək üçün Blynk çağırışı aparılır. Blynk bağlantısı aşkar edilmədikdə, "Blow" a qayıdacaq.

Addım 6: İstifadə edin

Bu alət nə etmək istədiyinə görə kifayət qədər dəqiqdirmi? Spirometrə bərkidilmiş 3D çaplı laminar hava kamerasından keçən hava mənbəyinə bağlı kalibrlənmiş bir axın sayğacından istifadə etdim və səbəbiylə hava axınının 5 lit/dəqdən 20 lit/dəqiqəyə qədər dəqiq proqnozlaşdırılmasını təmin etdim. Maşında istirahət etdiyim gelgit həcmi təxminən 500cc və çox təkrarlanır. Hər hansı bir klinik testlə, əldə edilən məlumatın faydası ilə səy baxımından ağlabatan olanı yadda saxlamalısınız … özünüzü ən yaxın qrama qədər çəkə bilərsiniz, amma hansı fayda üçün? Nəticəyə istiqamətli könüllü sınaq səylərinə xas olan dəyişkənliyi nəzərə alsaq, əksər klinik vəziyyətlər üçün adekvat ola bilər. Digər narahatlıq, böyük ağciyər tutumuna malik olan bəzi insanların yuxarı sensor həddini aşa bilməsidir. Bunu edə bilmədim, amma mümkündür, amma bu insanların ağciyər problemi olma ehtimalı yoxdur …

İlk ekran FEV1 və FEVC təqdim edir. Növbəti məlumat ekranı zərbənin müddəti, FEV1/FEVC nisbəti və MaxFlow -u Lit/Sec -də təqdim edir. Vaxt keçdikcə Vol və zamanla Lit/san detallarını əks etdirən iki ekranla əldə etdim. Zənglər FEV1 və FEVC -ni, sayğacların çap müddətini və FEV1/FEVC -ni ələ salır. Ancaq Blynk ilə tanış olanlar üçün bunu telefon tətbiqində istədiyiniz şəkildə edə biləcəyinizi və məlumatları bir toxunuşla e -poçtunuza yükləyə biləcəyinizi bilirsiniz.

Cihazı bir nəfəslə aktivləşdirmək və ya ekran çıxışını dəyişdirmək və ya oflayn istifadə etmək istəsəniz Blynk bağlantısını dəyişdirmək üçün proqramlaşdırmaq istəsəniz alətin yan tərəfindəki düymələr qırılır. Düymələr 0 və 35 pinləri aşağı çəkir, buna görə bunu proqrama yazın. COVID -in bir çoxlarını uzun müddət ağciyər problemi ilə üz -üzə qoyduğu və bu cihazın bahalı tibbi avadanlıqlara çıxışının məhdud olduğu ölkələrdə faydalı ola biləcəyi ehtimal olunur. Bunu bir neçə saat ərzində çap edə və yığa bilərsiniz və cihazın çirklənmiş hissələrini təhlükəsiz əvəz edə bilərsiniz.

Batareyadan Güc Yarışında İkincilik