3D отпечатан спирометър: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

От rabbitcreek Следвайте още от автора:

Проекти на Fusion 360 »

Спирометрите са класическият инструмент за анализиране на въздуха, когато той се издухва от устата ви. Те се състоят от тръба, в която духате, която записва обема и скоростта на един дъх, които след това се сравняват с набор от нормални стойности въз основа на височина, тегло и пол и се използват за проследяване на белодробната функция. Инструментът, който проектирах, макар и тестван за точност с разходомер, по никакъв начин не е сертифицирано медицинско изделие, но в крайна сметка със сигурност би могъл да премине за едно-давайки относително възпроизводими и точни отчети на стандартните FEV1, FEVC и графики на обема изход и скорост във времето. Проектирах го така, че електрониката със скъпия свързан сензор беше ограничена до едно парче, а лесно изхвърлящата тръба за еднократна употреба със свързаните с вируси канали е в друга. Това изглежда е един от недостатъците на стандартните машини, използвани клинично - сменяемите мундщуци от картон всъщност не елиминират всички рискове, когато вирусите се пренасят във въздуха и се изисква да духате дълго и силно в много скъп апарат. Цената на устройството е под 40 долара и всеки, който има 3D принтер, може да получи колкото иска. Софтуерният Wifi го свързва към приложение Blynk на вашия смартфон за визуализация и ви позволява да изтеглите всички данни, които искате.

Стъпка 1: Купете неща

По същество ние изграждаме аналогов сензор с чудесна комбинация от екран/микроконтролер. Важното е да изберете правилния сензор. Няколко други дизайна на тези устройства са използвали сензори, които нямат чувствителността, необходима за предоставяне на данните за изчисляване на тези дихателни елементи. ESP32 има добре известни проблеми с нелинейността на своя ADC, но това изглежда не е значително в обхвата на това устройство.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi Bluetooth модул 1.14 инчов LCD съвет за разработка $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA сензор за налягане, CMOSens®, 125 Pa, аналогов, диференциален $ 30 Newark, Digikey

3. Lipo батерия - 600mah $ 2

4. Превключвател за включване / изключване-Бутон за включване / изключване на бутона за включване / изключване Adafruit

Стъпка 2: 3D печат

Fusion 360 беше използван за проектиране на двата гнездови елемента на спирометъра. Тръбата Вентури (тръба за издухване) има различни дизайни. За да използвате уравнението на Бернули за изчисляване на дебита, трябва да имате известно намаляване на обема на потока в измервателната тръба. Този принцип се използва в различни сензори за поток за всички видове течности с ламинарен поток. Размерите, които използвах във тръбата Вентури, не бяха от конкретен източник, но просто изглеждаха работещи. Сензорът използва диференциалното налягане в тесните и широки тръбни области, за да изчисли обема на потока. Исках сензорът да може лесно и обратимо да задейства тръбата на Вентури за бърза смяна и отстраняване, затова проектирах тръбите на сензора за налягане да излизат от модела и да завършват в основата му, където те биха захванали върховете на сензорните тръбни глави. Има висок/нисък полярност към сензора, който трябва да се поддържа от зоните с високо/ниско налягане на тръбата Вентури. Високото налягане е в прав участък, а ниското налягане е над кривата на ограничението-точно както над самолетно крило. Корпусът на спирометъра е внимателно проектиран да осигури винтови стойки за задържане на сензора на място с винтове М3 (20 мм). Те са поставени в термозалепващи вложки M3x4x5mm. Останалата част от дизайна предвижда закрепване на TTGO в слот в долната част и прозорец за екрана. Бутонът и капакът на бутона са отпечатани два пъти и позволяват достъп до двата бутона на платката TTGO. Капакът е последното парче за отпечатване и е проектирано да дава достъп за захранването/щепсела за зареждане до горната част на платката TTGO. Всички парчета са отпечатани в PLA без опори.

Стъпка 3: Свържете го

Не е много свързано с окабеляването на сензора и ESP32. Сензорът има четири проводника и трябва да изтеглите информационния лист за сензора, само за да се уверите, че проводниците са правилни: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Захранването преминава към изхода от 3.3 волта на ESP32 и земята и OCS са свързани към земята. Аналоговият изход на сензора е свързан към щифт 33 на ESP. Тъй като тези връзки преминават през тесен отвор в корпуса, не ги свързвайте преди сглобяването на устройството. Lipo батерията се побира отзад в кутията, така че вземете такава, която е с подходящ размер за mAh. TTGO има схема за зареждане с малък JST конектор на гърба. Свържете батерията към това, като превключвателят за включване/изключване прекъсне позиционната линия.

Стъпка 4: Монтаж

Модификацията след 3D печат се извършва на тръбата за издухване. Две секции от пластмасови тръби за аквариум са монтирани в долните отвори на уреда, доколкото могат да стигнат, и след това се подрязват в едно ниво с машинки за подстригване. Това осигурява еластичен отвор за лесно свързване на отворите на сензорната тръба. Основният модул изисква инсталиране на месингови вложки за топлина в двата отвора в рамката. Отворите за монтаж на сензора трябва леко да се увеличат за 3 мм (20 мм дължина) винтове с подходящ размер бит. Монтирайте сензора с два винта и завършете електрическите връзки към платката TTGO. Свържете и монтирайте превключвателя за включване/изключване със суперлепило. Използвайте този от Adafruit, тъй като калъфът е проектиран да го държи точно. Двата бутона са монтирани към корпуса със суперлепило. Уверете се, че бутоните на платката TTGO са подравнени под отворите. Бутонът е инсталиран, последван от корпуса на бутона, който е суперлепен. Уверете се, че не залепвате бутона към корпуса му, той трябва да се движи свободно в него. За да стабилизирате горната част на TTGO, поставете малки парченца горещо лепило на всяко рамо, за да го задържите на място. Батерията отива отзад към платката. Завършете монтажа, като залепите отгоре отгоре. Трябва да има лесен достъп до конектора USB-C за програмиране и зареждане на батерията.

Стъпка 5: Програмиране

Софтуерът за този инструмент приема аналоговата стойност от сензора, променя стойността си във волта и използва формулата от информационния лист на сензора, за да го преобразува в паскали на налягане. От това той използва формулата на Бернули за определяне на обем/сек и маса/сек на въздух, преминаващ през тръбата. След това той анализира това на отделни вдишвания и запомня стойностите в няколко масива с данни и представя данните на вградения екран и накрая извиква Blynk сървъра и го качва на вашия телефон. Данните се запомнят само докато поемете още един дъх. Клиничното използване на спирометър обикновено се извършва, като се иска от пациента да поеме възможно най -голям дъх и да го издуха колкото се може по -дълго и силно. След това често използваните алгоритми въз основа на ръст, тегло и пол се описват като нормални или ненормални. Представени са и различни подредби на тези данни, т.е. FEV1/FEVC -общ обем, разделен на обема в първата секунда. Всички параметри са представени на екрана на спирометрите, както и малка графика на вашите усилия в обем във времето. Когато данните са качени в Wifi, екранът се връща към „Blow“. Всички данни се губят след спиране на захранването.

Първият раздел на кода изисква да въведете своя токен Blynk. Следващият изисква парола за Wifi и име на мрежата. Float area_1 е площта в квадратни метра на тръбата на спирометъра преди стесняване и Float area_2 е площта в напречното сечение директно при стесняването. Променете тези, ако искате да препроектирате тръбата. Vol и volSec са двата масива, които задържат увеличаването на обема с течение на времето и скоростта на движение на въздуха. Функцията за цикъл започва с изчисляване на скоростта на дишане. Следващият раздел чете сензора и изчислява налягането. Следното, ако изявлението се опитва да разбере дали сте приключили с удара си-по-трудно, отколкото си мислите, често налягането спада внезапно за милисекунда точно в средата на удара. Следващият раздел изчислява масовия поток въз основа на налягането. Ако бъде открит нов дъх, всички данни се замразяват и параметрите се изчисляват и изпращат на екрана, последвано от графична функция и накрая повикване на Blynk за качване на данните. Ако не се открие Blynk връзка, тя ще се върне към "Blow".

Стъпка 6: Използвайте го

Достатъчно ли е точен този инструмент за това, което той смята да прави? Използвах калибриран разходомер, свързан към източник на въздух, преминал през 3D отпечатана ламинарна въздушна камера, прикрепена към спирометъра, и той точно прогнозира в рамките на разумния поток на въздуха от 5 литра/мин до 20 литра/мин. Моят дихателен обем в покой на машината е около 500 кубика и е много възпроизводим. При всяко клинично изпитване трябва да имате предвид кое е разумно от гледна точка на получената информация в сравнение с усилията … можете да се претеглите до най -близкия грам, но до каква полза? Като се има предвид променливостта, присъща на усилията за волево тестване към резултата, тя може да бъде адекватна за повечето клинични ситуации. Другото притеснение е, че някои хора с огромен белодробен капацитет могат да надхвърлят горната граница на сензора. Не успях да направя това, но е възможно, но няма вероятност тези хора да имат белодробни проблеми …

Първият екран представя FEV1 и FEVC. Следващият екран с данни представя Продължителност на удара, съотношение FEV1/FEVC и MaxFlow в Lit/Sec. Максимизирах го с два екрана, детайлизиращи Vol с течение на времето и Lit/sec с течение на времето. Циферблатите макетират FEV1 и FEVC и продължителността на отпечатване на измервателните уреди и FEV1/FEVC. Но за тези от вас, които са запознати с Blynk, знаете, че можете да направите това по какъвто начин искате в приложението за телефон и да изтеглите данните в имейла си с едно докосване.

Бутоните отстрани на инструмента са счупени, в случай че искате да ги програмирате за активиране на машината с дъх или за промяна на изхода на екрана или за промяна на Blynk връзката, ако искате да я използвате офлайн. Бутоните издърпват щифтове 0 и 35 ниско, така че просто напишете това в програмата. Предполага се, че COVID е оставил много хора с продължителни белодробни проблеми и това устройство може да бъде полезно в онези страни, където достъпът до скъпо медицинско оборудване може да бъде ограничен. Можете да отпечатате и сглобите това за няколко часа и да разпечатате безопасно подменящи се замърсени части на устройството за нищо.

Вицешампион в състезанието с батерии