Hogyan készítsünk pontos légáramlás-érzékelőt Arduino-val 20 font alatti COVID-19 lélegeztetőgépre: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Kérjük, tekintse meg ezt a jelentést a nyílásáramlás -érzékelő legújabb kialakításáról:

Ez az oktatóanyag bemutatja, hogyan lehet légáramlás -érzékelőt építeni alacsony költségű nyomáskülönbség -érzékelő és könnyen hozzáférhető anyagok felhasználásával. A kialakítás egy nyílás típusú áramlásérzékelőre vonatkozik, a nyílás (esetünkben alátét) korlátozást biztosít, és az áramlást a nyíláson belüli nyomáskülönbség mérésével tudjuk kiszámítani.

Eredetileg ezt az érzékelőt terveztük és építettük az OpenVent-Bristol nevű projektünkhöz, amely egy nyílt forráskódú gyorsgyártású lélegeztetőgép a COVID-19 kezelésére. Ez az érzékelő azonban szinte bármilyen légáramlás -érzékelő alkalmazásban használható.

Tervezésünk kezdeti változata teljes egészében polcról készült alkatrészek felhasználásával készült, nincs szükség 3D nyomtatásra vagy lézervágásra.

A mellékelt rajz a terv keresztmetszeti rajzát mutatja. Ez nagyon egyszerűen 2 hosszúságú vízvezeték -cső, alátéttel szuperragasztva, mérve a nyomáskülönbséget a nyíláson az áramlási sebesség kiszámításához.

Élvezd!! és ha van saját véleményed, írd meg nekünk.

1. lépés: Alkatrészek vásárlása

Ezekre az alkatrészekre lesz szüksége:

• 2x 15 cm hosszú, 22 mm -es OD PVC vízvezeték cső
• 1x fém alátét azonosító 5,5 mm OD körülbelül 20 mm (19,5-22 mm között jó)

• Nyomáskülönbség -érzékelő (kb. £ 10). MPX5010DP -t használtunk, de érdemes másikat választani a rendszer nyomásának megfelelően. Az alábbiakban felsorolunk néhány példaüzletet, amelyek ezeket az érzékelőket értékesítik:

  • 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…
• Nagynyomású csapcső körülbelül 20 mm hosszúra vágva: Bármilyen 2 mm -es OD merev csőnek alkalmasnak kell lennie, például sárgaréz csőnek. Kétségbeesésemből egy szórófejet használtam egy WD-40 dobozból, működött, de a szuper ragasztó nem ragadt ragyogóan
• pillanatragasztó
• Szilikon/PVC cső a nyomásérzékelő nyomáscsatlakozóihoz való csatlakoztatáshoz. A 2-3 mm-es azonosítónak megfelelőnek kell lennie, szükség lehet egy kis kábelkötegre, ha a cső túlméretezett.

Érdemes 1 vagy 2 vízvezeték-csatlakozót vásárolni, ha egy másik 22 mm-es csőre szeretné szerelni az áramlásérzékelő csöveit:

Megjegyzés: A kiválasztott anyagok nem felelnek meg az orvosi termékekre vonatkozó előírásoknak, különösen a PVC -nek.

2. lépés: Vágja le a vízvezeték csövet

Vágjon 2 hosszúságot a vízvezeték csőből. 15 cm hosszúságot használtunk, de lehet, hogy rövidebb ideig működik. A vágásokat gérfűrésszel végeztem, mivel fontos, hogy szép négyzet alakú vágást kapjunk. Csiszolópapírral simítsa ki a hornyokat

Lépés: Szerelje össze a vízvezeték csöveket

• Ragassza fel a mosógépet az egyik cső végére, győződjön meg arról, hogy az alátét koncentrikus a csővel, és ügyeljen arra, hogy folytonos ragasztócsíkot készítsen az alátét kerülete mentén, hogy ne szivárogjon ki légnyomás.
• Ezután ragasztja a cső másik hosszúságát az alátét másik oldalára. Ismét győződjön meg róla, hogy teljesen ragasztja, nehogy kifolyjon a levegő

4. lépés: Nyomáscsapok hozzáadása

1. Fúrjon 2 lyukat az alátéttől való távolságra a mellékelt kép szerint
2. Nyomja be a 2 mm -es OD rudakat a lyukakba, győződjön meg róla, hogy szorosan illeszkedik (a csövem 2,2 OD volt, de a fúróm 2 mm -es, ezért csak kicsit csóváltam a fúrót, amíg a cső szorosan illeszkedik)
3. Ragassza be a csövet a lyukba, ügyelve arra, hogy teljesen le legyen zárva
4. Tekerje a szigetelő szalagot a nyomáscsap köré, amíg a szilíciumcső szépen és szorosan rá nem illeszkedik

5. lépés: Tesztelje és kalibrálja

Csatlakoztassa a nyomásérzékelőt az Arduino készülékéhez, és a nyomáscsapokat a nyomásérzékelő portjaihoz. Győződjön meg arról, hogy az érzékelő fizikai analóg csapja illeszkedik a szoftverhez.

Tesztelje a mellékelt kód használatával. Megjegyzés: a következő könyvtárakra van szükség:

• Drót.h
• és a Sensirion_SFM3000_arduino (ez a könyvtár egy másik érzékelőre vonatkozik, de ennek érdekében néhány módosítást végeztem a kódomban)

Ideális esetben, ha kalibrálni szeretné az érzékelőt, a Sensirion SFM3300 -at használtuk sorba kötve a házi készítésű érzékelővel. Az SFM3300 csatlakozói a következők:

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

Ideális esetben a kalibrációs teszthez használt levegőforrásnak állandó áramlást kell biztosítania, és szabályozhatónak kell lennie, hogy szabályozott áramlási sebességet biztosítson. Légágyas szivattyút használtunk, amelyet egy potenciométerrel vezérelt elektronikus, szálcsiszolt egyenáramú fordulatszám -szabályozó segítségével tápláltak. Ha egyenáramú tápegysége van, akkor is jól fog működni.

Amellett, hogy képes leolvasni az érzékelőnk nyomását és áramlását, a Sensirion SFM3300 -ból is kiolvasható az i2c -n keresztül, amely az érzékelő, amelyet a kalibráláshoz használtunk. Ennek megfelelően módosítania kell a kódot, ha más kalibrációs érzékelő. (Elképesztően a DIY érzékelő egyenletesebb és következetesebb leolvasást adott, mint az SFM3300)

A kód első verziója kalibrált keresési táblázatot használ az áramlási sebesség leolvasásához. Ezt mi készítettük

• a légnyomás naplózása egy teljes söprésen keresztül a levegőforrásunkból (.csv fájlként)
• az adatok átvitelét az excelbe
• egyenleten átvezetve az áramlási sebességet
• majd vesszővel elválasztott keresési tábla létrehozása, amelyet egy Arduino egész tömbbe másoltak/illesztettek be

Az Excel dokumentum egyenlettel tárolódik…

A kód második verziója egy egyenletet fog használni a kódban a következő okok miatt:

• a hőmérséklet figyelembevétele (ami befolyásolja az áramlási sebességet)
• hogy figyelembe vegyük a downstream korlátozás változását, ezt egy külön downstream nyomásérzékelővel fogjuk érzékelni

6. lépés: Megfelelő Janky kalibrálási módszer

Ha nincs kész áramlásérzékelője a kalibráláshoz, például Sensirion SFM3300, akkor ez az egyik módja annak, hogy SUPER durva képet kapjon az áramlás kimenetéről. Ez azonban csak nagynyomású áramlás esetén működik (még a légágyas szivattyú is nehezen tud felfújni egy léggömböt), és csak akkor működik, ha ismételten ki tudja kapcsolni a levegőellátást

• Csatlakoztasson egy léggömböt a rendszer kimenetéhez, és mérje meg a felfújható átmérőt minden felfújáskor
• Töltsön fel egy mérőedényt vízzel (talán félig)
• Töltse fel újra a léggömböt ugyanarra az átmérőre, majd merítse teljesen a kancsójába, és jegyezze fel a vízszint különbségét a ballon behelyezése előtt és után
• Ezután meg kell mérni a ballononkénti infláció mennyiségét a kódban, ezt az áramlás időbeli integrálásával lehet elérni. Nem tudok pontos kódot adni ehhez, mert ennek eltérőnek kell lennie a folyamat forrásától és attól függően, hogy a kód hogyan fogja érzékelni a folyamat kezdetét és leállását, de csatoltam egy függvényt egy szöveges fájlban, amely térfogat, akkor csak meg kell mondania, mikor kell elkezdeni és leállítani a hangerő kiszámítását (azaz tesztünknél ez minden lélegzetvétel elején és végén volt), ezt a funkció a "breatStatus" nevű logikai változón keresztül jelzi. Ne felejtse el átadni az áramlási sebességet ml/s -ban ennek a funkciónak a hívásakor.

7. lépés: Integrálás a rendszerbe

Csatlakoztassa a rendszerhez, bármi legyen is, és élvezze az áramlási sebesség mérését 15 font alatt:)

A mellékelt példakép a lélegeztetőgép -alkalmazásunk néhány áramlásáról, nyomásáról és térfogatáról.

A vízvezeték -egyenes csatlakozócsuklók nagyszerűek ahhoz, hogy ezt az érzékelőt egy másik 22 mm -es OD csőhöz csatlakoztassák.