3D nyomtatott spirométer: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Kövesse a szerző további információit:

Fusion 360 projektek »

A spirométerek a klasszikus műszerek a szájból kifújott levegő elemzésére. Ezek egy csőből állnak, amelyet belefújnak, és amely rögzíti egy lélegzetvétel hangerejét és sebességét, amelyet aztán összehasonlítanak a magasság, a tömeg és a nem alapú normál értékek halmazával, és a tüdőfunkció követésére szolgálnak. Az általam tervezett műszer, bár a pontosságát áramlásmérővel tesztelték, semmiképpen sem minősített orvosi eszköz, de egy csipetnyi idővel biztosan átmegy-így viszonylag reprodukálható és pontos beszámolót ad a szabványos FEV1, FEVC és térfogati grafikonokról teljesítmény és sebesség idővel. Úgy terveztem, hogy az elektronika a drága lekötött érzékelővel csak egy darabra legyen korlátozva, a könnyen eldobható fúvócső és a hozzá tartozó vírusos csatornák pedig egy másikra. Úgy tűnik, ez a klinikailag használt szabványos gépek egyik hátránya - a cserélhető karton szájfúvókák valójában nem szüntetnek meg minden kockázatot, ha a vírusok levegőben szállnak, és arra kérik, hogy hosszan és keményen fújjanak egy nagyon drága készülékbe. Az eszköz költsége 40 dollár alatt van, és bárki, akinek van 3D nyomtatója, annyit kereshet, amennyit csak akar. A Wifi szoftver az okostelefon Blynk alkalmazásához köti a vizualizációhoz, és lehetővé teszi a kívánt adatok letöltését.

1. lépés: Vásároljon cuccokat

Lényegében egy analóg érzékelőt építünk nagyszerű képernyő/mikrokontroller kombinációval. Fontos a megfelelő érzékelő kiválasztása. Ezeknek az eszközöknek számos más konstrukciója olyan érzékelőket használt, amelyek nem rendelkeznek a légzőelemek kiszámításához szükséges adatok eléréséhez szükséges érzékenységgel. Az ESP32 jól ismert problémái vannak az ADC nemlinearitásával, de ez nem tűnik jelentősnek az egység tartományában.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth modul 1,14 hüvelykes LCD fejlesztőlap $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA nyomásérzékelő, CMOSens®, 125 Pa, analóg, differenciálmű 30 dollár Newark, Digikey

3. Lipo akkumulátor - 600 mAh 2 dollár

4. Be / Ki kapcsoló-Be- / kikapcsoló gomb / nyomógombos kapcsoló Adafruit

2. lépés: 3D nyomtatás

A Fusion 360 -at használták a spirométer két fészkelő elemének megtervezéséhez. A Venturi cső (fúvócső) sokféle kialakítású. A Bernoulli -egyenlet használatához az áramlás kiszámításához némileg csökkentenie kell az áramlást a mérőcsőben. Ezt az elvet alkalmazzák különféle áramlásérzékelőkben mindenféle lamináris áramlású folyadékhoz. A Venturi csőben használt méretek nem külön forrásból származtak, de úgy tűnt, hogy működnek. Az érzékelő a nyomáskülönbséget használja a keskeny és széles csőterületeken az áramlási térfogat kiszámításához. Azt akartam, hogy az érzékelő könnyen és visszafordíthatóan bekapcsolódhasson a Venturi csőbe a gyors cseréhez és eltávolításhoz, ezért úgy terveztem meg, hogy a nyomásérzékelő csövek úgy vezessenek ki a modellből, hogy az aljánál végződjenek, ahol az érzékelőcső fejek hegyét érintik. Nagy/alacsony polaritás van az érzékelőnél, amelyet a Venturi cső magas/alacsony nyomású területeiről kell fenntartani. A magas nyomás az egyenes szakaszon van, az alacsony nyomás pedig a korlátozás görbéje felett-akárcsak a repülőgép szárnyán. A spirométer testét gondosan úgy tervezték, hogy csavarokat rögzítsen az érzékelő M3 (20 mm) csavarokkal való rögzítéséhez. Ezeket hőre állított M3x4x5mm betétekbe helyezik. A kialakítás többi része a TTGO rögzítését biztosítja az alsó nyílásba és a képernyő ablakát. A gomb és a gombfedél is kétszer van kinyomtatva, és lehetővé teszik a dobozban való hozzáférést a két gombhoz a TTGO táblán. A borító az utolsó nyomtatandó darab, és úgy lett kialakítva, hogy hozzáférést biztosítson a táp/töltő csatlakozóhoz a TTGO kártya tetején. Minden darab PLA -ban nyomtatott, támaszok nélkül.

3. lépés: Csatlakoztassa

Az érzékelő és az ESP32 kábelezése nem sok mindent tartalmaz. Az érzékelő négy vezetékkel rendelkezik, és csak azért kell letöltenie az adatlapot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a vezetékek helyesek -e: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Az áram 3,3 voltos kimenetre megy Az ESP32, valamint a föld és az OCS egyaránt földhöz van kötve. Az érzékelő analóg kimenete az ESP 33 -as érintkezőjéhez van csatlakoztatva. Mivel ezek a csatlakozók a burkolat keskeny nyílásán keresztül kígyóznak, ne csatlakoztassa őket az egység összeszerelése előtt. A Lipo akkumulátor utólag illeszkedik a tokba, ezért szerezzen be egy, az mAh -nak megfelelő méretű elemet. A TTGO töltőáramköre apró JST csatlakozóval rendelkezik a hátlapon. Csatlakoztassa az akkumulátort ehhez a be/ki kapcsolóval, amely megszakítja a poz.

4. lépés: Összeszerelés

A 3D nyomtatás utáni módosítás a fúvócsövön történik. A műanyag akváriumcsövek két szakaszát az egység alsó lyukaiba ütközésig ütközik, majd levágókkal vágják le. Ez rugalmas nyílást biztosít az érzékelőcsőnyílásokhoz, amelyekkel könnyen párosíthatók. A főegységhez hőszigetelt sárgaréz betéteket kell felszerelni a keret két lyukába. A 3 mm -es (20 mm hosszú) csavarokhoz az érzékelő rögzítőfuratait kissé meg kell bővíteni egy megfelelő méretű bit segítségével. Szerelje fel az érzékelőt két csavarral, és fejezze be az elektromos csatlakozásokat a TTGO kártyához. Csatlakoztassa és szerelje fel a ki/be kapcsolót szuperragasztóval. Használja az Adafruit egyikét, mivel a tok úgy van kialakítva, hogy pontosan megtartsa. A két gomb szuperragasztóval van rögzítve a tokhoz. Győződjön meg arról, hogy a TTGO táblán lévő gombok a nyílások alatt helyezkednek el. A gombot felhelyezik, majd a gombházat, amely szuperragasztott. Ügyeljen arra, hogy ne ragassza a gombot a házához, annak szabadon kell mozognia. A TTGO felső részének stabilizálásához tegyen kis csípő forró ragasztót mindkét vállára, hogy a helyén maradjon. Az akkumulátor a tábla mögött helyezkedik el. A szerelést úgy fejezze be, hogy a tetejét felragasztja. Könnyű hozzáférést kell biztosítani az USB-C csatlakozóhoz a programozáshoz és az akkumulátor töltéséhez.

5. lépés: Programozás

Ennek a műszernek a szoftvere az érzékelő analóg értékét veszi fel, és az értékét voltra változtatja, és az érzékelő adatlapjának képletével alakítja át nyomáspaszkálissá. Ebből Bernoullis képletet használ a csövön átmenő levegő térfogat/másodperc és tömeg/másodperc meghatározására. Ezt azután egyes lélegzetvételre elemzi, és több adattömbben megjegyzi az értékeket, és bemutatja az adatokat a beépített képernyőn, végül felhívja a Blynk szervert, és feltölti a telefonjára. Az adatok csak addig emlékeznek, amíg nem vesz egy újabb levegőt. A spirométer klinikai használatát általában úgy végzik, hogy megkérik a beteget, hogy vegyen a lehető legnagyobb levegőt, és fújja ki, amíg csak lehet. A magasságon, súlyon és nemen alapuló, általánosan használt algoritmusokat ezután normálisnak vagy abnormálisnak írják le. Ezen adatok különböző elrendezései is megjelennek, azaz FEV1/FEVC -a teljes térfogat osztva a térfogattal az első másodpercben. Az összes paraméter megjelenik a Spirométerek képernyőn, valamint egy kis grafikon az időbeli teljesítményről. Amikor az adatokat feltöltötte a Wifi -re, a képernyő visszatér a "Blow" állapotba. A tápellátás leállítása után minden adat elvész.

A kód első része megköveteli a Blynk token megadását. A következő Wifi jelszót és hálózati nevet igényel. Az úszófelület_1 a spirométer cső négyzetméteres területe a szűkítés előtt, az úszófelület_2 pedig a keresztmetszet területe közvetlenül a szűkítésnél. Változtassa meg ezeket, ha újra szeretné tervezni a csövet. A Vol és a volSec az a két tömb, amelyek tartják a hangerőt az idő múlásával és a légmozgás sebességét. A hurok funkció a légzésszám kiszámításával kezdődik. A következő szakasz az érzékelőt olvassa és kiszámítja a nyomást. A következő, ha az állítás megpróbálja kitalálni, hogy befejezte-e az ütését-nehezebb, mint gondolná, gyakran a nyomás hirtelen csökken ezredmásodpercig az ütés kellős közepén. A következő szakasz a tömegáramot a nyomás alapján számítja ki. Ha új lélegzetet észlel, az összes adat lefagy, a paramétereket kiszámítja és elküldi a képernyőre, majd egy grafikus funkciót, végül egy Blynk hívást az adatok feltöltéséhez. Ha nem észlel Blynk kapcsolatot, akkor visszatér a "Blow" állapotba.

6. lépés: Használata

Ez az eszköz viszonylag pontos ahhoz, amit szándékozik tenni? Egy kalibrált áramlásmérőt használtam, amely a spirometrához csatlakoztatott 3D nyomtatott lamináris légkamrán áthaladó levegőforráshoz volt csatlakoztatva, és pontosan előre jelezte a levegő áramlását az 5 liter/perc és 20 liter/perc között. A nyugalmi árapály -térfogatom a gépen körülbelül 500 cm3 és nagyon reprodukálható. Bármilyen klinikai tesztelés során szem előtt kell tartania, hogy mi ésszerű a kapott információs haszon és az erőfeszítés szempontjából … mérheti magát grammnyi pontossággal, de milyen előnyökkel jár? Figyelembe véve az akaratlagos tesztelésben rejlő változékonyságot az eredmény irányában, ez a legtöbb klinikai helyzetben megfelelő lehet. A másik aggodalomra ad okot, hogy néhány hatalmas tüdőkapacitással rendelkező ember felülmúlhatja az érzékelő felső határát. Nem tudtam ezt megtenni, de lehetséges, de ezeknek az embereknek nem valószínű, hogy tüdőproblémáik vannak…

Az első képernyőn a FEV1 és a FEVC látható. A következő adatképernyő bemutatja az ütés időtartamát, a FEV1/FEVC arányt és a MaxFlow értéket Lit/sec -ban. Maximalizáltam két képernyővel, amelyek részletezték a Vol idővel és a Lit/sec idővel. A tárcsák a FEV1 és FEVC értékeket, valamint a mérők nyomtatási időtartamát és a FEV1/FEVC értékeket mutatják. De azoknak, akik ismerik a Blynk -et, tudják, hogy ezt bármikor megtehetik a telefonos alkalmazásban, és érintéssel letölthetik az adatokat az e -mail címükre.

A műszer oldalán található gombok ki vannak törve arra az esetre, ha be akarjuk programozni őket a gép légzésre történő aktiválására, vagy a képernyő kimenetének módosítására, vagy a Blynk kapcsolat megváltoztatására, ha offline akarjuk használni. A gombok alacsonyan húzzák a 0 -as és 35 -ös csapokat, ezért csak írja be ezt a programba. A COVID állítólag sokaknak elhúzódó tüdőproblémáit okozta, és ez az eszköz hasznos lehet azokban az országokban, ahol a drága orvosi berendezésekhez való hozzáférés korlátozott lehet. Ezt néhány óra alatt kinyomtathatja és összeszerelheti, és a készülék biztonságosan cserélhető szennyezett részeit kinyomtathatja semmiért.

Második hely az akkumulátoros versenyben