3D bosma spirometr: 6 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

Muallif tomonidan batafsil:

Fusion 360 loyihalari »

Spirometrlar - bu havoni og'zingizdan chiqarib yuborish paytida bajariladigan klassik asbob. Ular siz nafas olayotgan naychadan iborat bo'lib, u bir nafasning hajmi va tezligini qayd qiladi, so'ngra bo'yi, og'irligi va jinsiga qarab normal qiymatlar to'plami bilan solishtiriladi va o'pka funktsiyasini bajarishda ishlatiladi. Men ishlab chiqargan asbob, o'lchagich yordamida aniqligi tekshirilgan bo'lsa-da, hech qanday tarzda tasdiqlangan tibbiy asbob emas, lekin u birdaniga o'tishi mumkin-bu standart FEV1, FEVC va tovush grafiklarining nisbiy takrorlanadigan va aniq hisoblarini beradi. Vaqt o'tishi bilan chiqish va tezlik. Men uni shunday bog'ladimki, qimmatbaho datchikli elektronika bitta bo'lakda, virusli kanallar bilan bog'liq bo'lgan bir martalik zarba trubkasi boshqa qismda bo'lishi kerak edi. Bu klinik usulda ishlatiladigan standart mashinalarning kamchiliklaridan biri bo'lib tuyuladi - almashtiriladigan kartonli og'iz bo'shlig'i, agar viruslar havodan yuqsa va sizdan qimmatbaho apparatga uzoq va qattiq zarba berish talab qilinsa, barcha xavflarni yo'q qilmaydi. Qurilmaning narxi 40 dollardan past va 3D -printerga ega bo'lgan har bir kishi xohlagancha chiqa oladi. Wifi dasturi uni vizualizatsiya qilish uchun smartfoningizdagi Blynk ilovasi bilan bog'laydi va kerakli ma'lumotlarni yuklab olish imkonini beradi.

1 -qadam: buyum sotib oling

Asosan, biz ajoyib ekranli/mikrokontrollerli analog sensorni qurmoqdamiz. Muhimi, sensorni to'g'ri tanlash. Ushbu qurilmalar uchun bir nechta boshqa dizaynlarda bu nafas olish elementlarini hisoblash uchun ma'lumotlarni taqdim etish uchun zarur sezuvchanlik bo'lmagan sensorlar ishlatilgan. ESP32 ADC ning noaniqligi bilan bog'liq yaxshi ma'lum muammolarga ega, lekin bu birlikning diapazonida unchalik ahamiyatli emas.

1. TTGO T-displeyli ESP32 CP2104 WiFi bluetooth moduli 1.14 dyuymli LCD displeyni ishlab chiqish paneli $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA bosim sensori, CMOSens®, 125 Pa, analog, differentsial $ 30 Newark, Digikey

3. Lipo batareyasi - 600 mah 2 dollar

4. Yoqish / o'chirish tugmasi-Adafruit-ni yoqish / o'chirish tugmasi

2 -qadam: 3D bosib chiqarish

Fusion 360 spirometrning ikkita joylashtiruvchi elementini loyihalashda ishlatilgan. Venturi trubkasi (zarba trubkasi) har xil dizaynga ega. Oqimni hisoblash uchun Bernulli tenglamasidan foydalanish uchun siz o'lchash trubkasidagi oqim hajmini biroz kamaytirishingiz kerak. Bu tamoyil har xil laminar oqimli suyuqliklar uchun har xil oqim sezgichlarida qo'llaniladi. Men Venturi trubkasida ishlatgan o'lchamlar aniq manbadan emas edi, lekin ular ishlayotganga o'xshardi. Sensor oqim hajmini hisoblash uchun tor va keng naychali joylardagi differentsial bosimdan foydalanadi. Men sensori Venturi trubkasini tez o'zgartirish va olib tashlash uchun osongina va teskari burab turishini xohlardim, shuning uchun men bosim sensori naychalarini modeldan chiqaradigan va uning tagida tugaydigan joyni joylashtirdim, u erda ular sensor naychalari boshlarining uchlarini bog'laydilar. Sensorning yuqori/past kutupluluğu bor, uni Venturi trubasining yuqori/past bosimli joylaridan saqlash kerak. Yuqori bosim tekis uchastkada, past bosim esa xuddi samolyot qanoti ustidagi kabi, cheklov egri chizig'ining ustidadir. Spirometr korpusi datchikni M3 (20 mm) vintlar bilan ushlab turish uchun vintlardek o'rnatish uchun mo'ljallangan. Ular M3x4x5mm issiqlik moslamali qistirmalarga joylashtiriladi. Dizaynning qolgan qismi TTGO -ni pastki qismidagi uyaga va ekran uchun oynaga mahkamlashni ta'minlaydi. Tugma va tugma qopqog'i ikki marta bosilgan bo'lib, TTGO kartasidagi ikkita tugmachaga o'ralgan holda kirish imkonini beradi. Qopqoq - bu chop etiladigan oxirgi qism va TTGO platasining yuqori qismidagi quvvat/zaryadlovchi vilkasidan foydalanishga ruxsat berish uchun mo'ljallangan. Barcha qismlar PLA -da qo'llab -quvvatlanmaydi.

3 -qadam: uni simga ulang

Sensor va ESP32 simlarini ulashda ko'p narsa yo'q. Sensorning to'rtta simlari bor va siz simlarning to'g'riligiga ishonch hosil qilish uchun datchik uchun ma'lumot varag'ini yuklab olishingiz kerak: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Quvvat 3,3 voltsli quvvatga o'tadi ESP32, er va OCS erga ulangan. Sensorning analog chiqishi ESP 33 -piniga ulangan. Ushbu ulanishlar qobiqdagi tor teshikdan o'tib ketishi sababli, ularni montajdan oldin ulamang. Lipo batareyasi korpusning orqa qismiga mos keladi, shuning uchun mAh uchun mos o'lchamli batareyani oling. TTGO zaryadlash sxemasiga ega, uning orqasida kichik JST ulagichi bor. Batareyani bu yoqish/o'chirish tugmasi yordamida pos -liniyasini uzing.

4 -qadam: yig'ish

Uch o'lchovli chop etish modifikatsiyasi quvurga o'tkaziladi. Plastmassa akvarium quvurlarining ikkita bo'lagi jihozning pastki teshiklariga o'rnatiladi, so'ngra qaychi bilan yuviladi. Bu sensor naychasining teshiklari bilan osongina bog'lanishi uchun elastik ochilishni ta'minlaydi. Asosiy birlik ramkadagi ikkita teshikka issiqlik moslamali guruch qo'shimchalarini o'rnatishni talab qiladi. Sensorni o'rnatish teshiklari 3 mm (20 mm uzunlikdagi) vintlar uchun mos o'lchamli bit bilan biroz kattalashtirilishi kerak. Sensorni ikkita vint bilan mahkamlang va TTGO kartasiga elektr ulanishini tugating. Superglue yordamida yoqish/o'chirish tugmachasini ulang va o'rnating. Adafruit -dan foydalaning, chunki korpus uni aniq ushlab turish uchun mo'ljallangan. Ikkita tugma korpusga super yopishtiruvchi bilan o'rnatiladi. TTGO panelidagi tugmalar teshiklar ostida joylashganligiga ishonch hosil qiling. Tugma o'rnatiladi, keyin tugma korpusi yopishtiriladi. Tugmani uyga yopishtirmasligingizga ishonch hosil qiling, u ichida erkin harakatlanishi kerak. TTGO -ning yuqori qismini barqarorlashtirish uchun, uni ushlab turish uchun ikkala yelkasiga issiq yopishtiruvchi mayda naychalarni joylashtiring. Batareya taxtaning orqa tomoniga o'tadi. Yuqori qismini yopishtirib yig'ishni tugating. Dasturlash va batareyani zaryadlash uchun USB-C ulagichiga oson kirish imkoni bo'lishi kerak.

5 -qadam: Dasturlash

Bu asbob uchun dasturiy ta'minot sensordan analog qiymatni oladi, uning qiymatini voltga o'zgartiradi va uni paskal bosim bosimiga aylantirish uchun sensorlar varag'idagi formuladan foydalanadi. Bu Bernoullis formulasidan foydalanib, trubadan o'tayotgan havo sekundini va massasini/sonini aniqlaydi. Keyin u buni individual nafasda tahlil qiladi va bir nechta ma'lumotlar massividagi qiymatlarni eslab qoladi va ma'lumotlarni ekranda taqdim etadi va nihoyat Blynk serveriga qo'ng'iroq qilib telefoningizga yuklaydi. Ma'lumotlar faqat siz yana nafas olguningizcha esda qoladi. Spirometrni klinik ishlatish, odatda, bemorni iloji boricha katta nafas olishini va uni iloji boricha uzoq va qattiq puflashni so'rash orqali amalga oshiriladi. Balandlik, vazn va jinsga asoslangan keng tarqalgan algoritmlar odatiy yoki g'ayritabiiy deb ta'riflanadi. Ushbu ma'lumotlarning turli xil tartiblari ham taqdim etilgan, ya'ni FEV1/FEVC -umumiy hajm birinchi sekundda hajmga bo'linadi. Barcha parametrlar Spirometrlar ekranida, shuningdek, vaqt o'tishi bilan qilgan harakatlaringizning kichik grafigida keltirilgan. Ma'lumotlar Wi -Fi -ga yuklanganida, ekran "Blow" ga qaytadi. Quvvat uzilganidan keyin barcha ma'lumotlar yo'qoladi.

Kodning birinchi qismi Blynk tokenini kiritishingizni talab qiladi. Keyingisi Wi -Fi parolini va tarmoq nomini talab qiladi. Float maydoni_1 - toraygunga qadar spirometr naychasining kv m maydonidagi maydon va Float maydoni_2 - to'g'ridan -to'g'ri toraygan qismidagi kesma maydoni. Agar siz quvurni qayta loyihalashni xohlasangiz, ularni o'zgartiring. Vol va volSec - bu vaqt o'tishi va havo harakatining tezligi oshib boradigan ikkita massiv. Loop funktsiyasi nafas olish tezligini hisoblash bilan boshlanadi. Keyingi bo'lim sensorni o'qiydi va bosimni hisoblab chiqadi. Quyidagi if bayonoti sizning zarbangiz bajarilganligini aniqlashga harakat qiladi-siz o'ylagandan ko'ra qiyinroq, ko'pincha bosim birdaniga millisekundga tushadi. Keyingi bo'lim bosimga qarab massa oqimini hisoblab chiqadi. Agar yangi nafas aniqlansa, barcha ma'lumotlar muzlatiladi va parametrlar hisoblab chiqariladi va ekranga yuboriladi, so'ngra grafika funktsiyasi va nihoyat ma'lumotlarni yuklash uchun Blynk qo'ng'irog'i. Agar Blynk aloqasi aniqlanmasa, u "Blow" ga qaytadi.

6 -qadam: undan foydalanish

Bu asbob nima qilmoqchi ekanligi aniqmi? Men spirometrga biriktirilgan 3D bosilgan laminar havo kamerasi orqali o'tadigan havo manbaiga ulangan kalibrlangan oqim o'lchagichni ishlatardim va u 5 l/min dan 20 l/min gacha bo'lgan havo oqimi aniq bashorat qilingan. Mashinada dam olayotgan to'lqinlarim hajmi taxminan 500 sm ni tashkil qiladi va juda ko'p takrorlanadi. Har qanday klinik tekshiruvdan so'ng, olingan ma'lumotlarning foydasi va harakatiga qarab, nima oqilona ekanligini yodda tutish kerak … siz o'zingizni grammga yaqin o'lchashingiz mumkin, lekin qanday foyda? Natijaga qarab ixtiyoriy sinov harakatining o'ziga xos o'zgaruvchanligini hisobga olsak, u ko'pgina klinik holatlarga mos kelishi mumkin. Boshqa tashvish shundaki, o'pkaning katta sig'imiga ega bo'lgan odamlar sensorning yuqori chegarasidan yuqori bo'lishi mumkin. Men buni qila olmadim, lekin mumkin, lekin bu odamlarda o'pka muammosi yo'q …

Birinchi ekranda FEV1 va FEVC tasvirlangan. Keyingi ma'lumotlar ekranida zarba davomiyligi, FEV1/FEVC nisbati va MaxFlow Lit/sek. Vaqt o'tishi bilan Vol va vaqt o'tishi bilan Lit/sek tafsilotlarini ikkita ekran bilan aniqladim. Tugmalar FEV1 va FEVC, hisoblagichlarning bosib chiqarish davomiyligi va FEV1/FEVC ni masxara qiladi. Lekin siz Blynk bilan tanish bo'lganlar uchun bilasizki, siz buni telefon ilovasida xohlagan usulda qilishingiz va ma'lumotlarni elektron pochtangizga tegib yuklab olishingiz mumkin.

Agar siz mashinani nafas bilan faollashtirish yoki ekran chiqishini o'zgartirish yoki Blynk ulanishini oflayn rejimda ishlatishni xohlasangiz, asbob yonidagi tugmalar uzilib qoladi. Tugmalar 0 va 35 pinlarni pastga tortadi, shuning uchun uni dasturga yozing. Aytishlaricha, COVID ko'pchilikni o'pkada uzoq muddatli muammolarga duchor qilgan va bu qurilma qimmat tibbiy asbob -uskunalardan foydalanish imkoniyati cheklangan mamlakatlarda foydali bo'lishi mumkin. Siz buni bir necha soat ichida chop etishingiz va yig'ishingiz va qurilmaning xavfsiz ifloslangan qismlarini bekorga chop etishingiz mumkin.

Batareyadan quvvat oladigan musobaqada ikkinchi o'rinni egalladi