Цифров манометър/CPAP машинен монитор: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Някога събуждали ли сте се сутрин и сте открили, че CPAP маската ви е изключена? Това устройство ще ви алармира, ако неволно сте премахнали маската по време на сън.

CPAP (непрекъснато положително налягане в дихателните пътища) е най -честата форма на лечение за обструктивна сънна апнея (OSA). За пациентите с CPAP терапия е важно да носят CPAP маската през цялото време по време на сън, за да бъде ефективна терапията, а също и да отговарят на критериите за съответствие на CPAP, изисквани от застрахователните компании.

Въпреки това много хора имат проблеми, докато се приспособяват към сън с CPAP маска, включително проблема с постоянното събуждане, за да намерят маската си CPAP свалена. Въпреки че много съвременни CPAP устройства са достатъчно сложни, за да разграничат действително маската, която се намира на лицето, или ако лицето просто я включва, но не носи маската, не всички от тях имат аларма или аларма достатъчно силни, за да събудят пациента, когато CPAP маската се отстранява или има голям теч на въздух.

Този проект е за създаване на цифров манометър за наблюдение на налягането на въздуха в тръбите CPAP. Той ще покаже въздушното налягане в реално време в тръбите на CPAP и устройството ще издава звукова аларма, когато CPAP маската вероятно е изключена или има голям теч на въздух по време на терапията.

Консумативи

1. Пробивна платка MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 с I/O разширителна платка
3. Сериен LCD 1602 16x2 модул с адаптер IIC/I2C син или зелен
4. 12x12x7.3mm Моментен тактилен превключвател с бутон с капачка
5. DC 5V активен звуков зумер
6. 2 мм ID, 4 мм OD, гъвкава тръба от силиконова гума
7. 3D отпечатано тяло на сензора и кутията
8. Кабелни джъмпери Dupont и самонарезни винтове (M3x16mm, M1.4x6mm, по 6 броя)

Стъпка 1: Как работи

Манометърът е устройство за измерване на налягането. При нормално състояние по време на терапията с CPAP, има значителна промяна в налягането на въздуха в тръбите на CPAP поради дишането, докато пациентът вдишва и издишва въздуха. Ако има голям изтичане на въздух или маската е изключена, колебанията на въздушното налягане в тръбопровода ще станат много по -малки. Така че по същество можем да проверим състоянието на маската, като непрекъснато следим налягането на въздуха в тръбите CPAP с манометър.

Цифров манометър

В този проект MPXV7002DP интегриран силициев сензор за налягане се използва като преобразувател за преобразуване на въздушното налягане в цифрови сигнали. Пробивната платка MPXV7002DP е широко достъпна като сензор за диференциално налягане за измерване на въздушната скорост на RC моделите и е сравнително евтина. Това е същата технология в търговските машини CPAP.

MPXV7002DP е монолитен силиконов сензор за налягане, предназначен за широк спектър от приложения. Той има обхват на измерване на въздушното налягане от -2 kPa до 2 kPa (приблизително +/- 20,4 cmH2O), който покрива добре типичните нива на налягане за лечение на обструктивна сънна апнея от 6 до 15 cmH2O.

MPXV7002DP е проектиран като сензор за диференциално налягане и има два порта (P1 и P2). В този проект MPXV7002DP се използва като сензор за манометър, оставяйки задния порт (P2) отворен за околния въздух. По този начин налягането се измерва спрямо атмосферното атмосферно налягане.

MPXV7002DP ще извежда аналогово напрежение от 0-5V. Това напрежение се отчита от аналоговия щифт на Arduino и се прикрива до съответното въздушно налягане, като се използва трансферната функция, предоставена от производителя. Налягането се измерва в kPa, 1Pa = 0.10197162129779 mmH2O. След това резултатите се показват на LCD екрана в Pa (Pascal) и cmH2O.

CPAP машинен монитор

Проучването показва, че дихателните движения са симетрични и не се променят значително с увеличаване на възрастта. Средната честота на дишане е 14 при тихо дишане и за двата пола. Ритъмът (съотношение вдъхновение/издишване) е 1: 1.21 за мъжете и 1: 1.14 за жените по време на тихо дишане.

Необработените данни за измерванията на въздушното налягане от тръбите CPAP се издигат нагоре и надолу, когато хората дишат, а също така имат много „шипове“, тъй като захранването на Arduino 5.0V е доста шумно. Следователно данните трябва да бъдат изгладени и оценени с течение на времето, за да се установи надеждно промените в налягането, въведени чрез вдишване и издишване.

Скицата на Arduino предприема няколко мерки за обработка на данните и наблюдение на въздушното налягане. Накратко, скицата на Arduino използва библиотеката на текущите средни от Роб Тиларт, за да изчисли първо пълзящата средна стойност на измерванията на въздушното налягане в реално време, за да изглади точките от данни, след това да изчисли минималното и максималното наблюдавано налягане на въздуха на всеки няколко секунди за да се определи дали маската е била изключена чрез проверка на разликите между пиковите и най -ниските нива на въздушно налягане. Така че, ако входящата линия за данни стане плоска, вероятно е да има голям изтичане на въздух или маската да е била изключена, ще се чуе звукова аларма, която да събуди пациента, за да направи необходимите корекции. Вижте графиките с данни за визуализация на този алгоритъм.

Стъпка 2: Части и схеми

Всички части са достъпни от Amazon.com, а спецификацията с връзки е предоставена по -горе.

Освен това тялото на сензора и кутията, които се състоят от кутия на устройството и заден панел, трябва да бъдат 3D отпечатани с помощта на файловете STL по -долу. Корпусът на сензора трябва да бъде отпечатан във вертикално положение с поддръжка за за най -добри резултати.

Схемата е предоставена за справка.

Стъпка 3: Изграждане и първоначално тестване

Първо подгответе всички части за окончателно сглобяване. Запоявайте щифтовете към платката Nano, ако е необходимо, след това инсталирайте платката Nano към платката за разширение на I/O. След това прикрепете или запоявайте кабелите на джъмпера към превключвателя на бутона и зумера. Използвах някои останали серво конектори вместо джъмперни проводници. За MPXV7002DP можете или да използвате проводника, който се доставя с разкъсващата платка, без да запоявате, или да запоявате проводника към пробивната платка, както е показано на снимката. Също така изрежете около 30 мм силиконова гумена тръба и я прикрепете към горния порт (P1) на MPXV7002DP.

След като частите са подготвени, окончателният монтаж е много прост поради използването на I/O разширителната платка и серийния I2C LCD.

Стъпка 1: Инсталирайте пробивната платка MPXV7002DP в корпуса на сензора за 3D отпечатване. Инертирайте отворения край на силиконовата тръба към измервателния отвор и след това закрепете дъската с 2 малки винта. Свържете сензора към S щифта на порт A0 на платката за разширение.

• Аналог А0
• VCC V
• GND -> G

Стъпка 2: Свържете LCD към S пиновете на разширителната платка Nano към портове A4 и A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Стъпка 3: Свържете зумера и превключете към порта за разширителна платка D5 и D6

• Превключвател: към порт 5 между S и G
• Звуков сигнал: към порт 6, положителният към S и земята към G

Стъпка 4: Окончателно сглобяване

Закрепете корпуса на сензора към задната плоча с 4 винта M3, след това поставете LCD екрана и разширителната платка Nano и ги закрепете с малки винтове. Натиснете копчето и зумера в кутията и ги закрепете с горещо лепило.

Стъпка 5: Програмиране

1. Добавете библиотеките към вашата Arduino IDE. Библиотеките могат да бъдат намерени на: LiquidCrystal-I2C и RunningAverage.
2. Свържете вашия Arduino към компютъра и инсталирайте скицата на Arduino.

Това е. Сега включете устройството чрез USB или подайте захранване 9-12V към DC порта на платката за разширение (препоръчително). Ако подсветката на LCD дисплея е включена, но екранът е празен или буквите са трудни за четене, регулирайте контраста на екрана, като завъртите синия потенциометър на гърба на LCD I2C модула.

Накрая прикрепете задната плоча към предната кутия с 4 винта M3.

Стъпка 4: Проста настройка на прост манометър

Бях любопитен за точността на този цифров манометър и изградих прост щанд за сравнение, за да сравня показанията на измервателния уред с класически воден манометър. С електрическа въздушна помпа, управлявана от регулатор на скоростта на двигателя, успях да генерирам променливо въздушно налягане и направих измерванията едновременно чрез цифрови и водни манометри, свързани последователно. Измерванията на налягането са доста близки при различни нива на въздушно налягане.

Стъпка 5: Приложете го в действие

Използването на това устройство е доста просто. Първо свържете устройството вградено между CPAP машината и маската, използвайте стандартна 15 мм тръба CPAP. Свържете едната страна на монитора към CPAP машината, а след това другата страна на монитора към маската, така че въздухът да може да премине.

Калибриране при включване

Сензорът MPXV7002DP трябва да се калибрира до нулево налягане спрямо атмосферното атмосферно налягане всеки път при включване, за да се гарантира неговата точност. Уверете се, че машината CPAP е изключена и няма допълнително въздушно налягане в тръбите при включване. След като калибрирането приключи, измервателният уред ще покаже изместената стойност и съобщение за готовност на устройството.

Измервателят работи или в режим на манометър, или в режим на аларма CPAP с натискане на бутона. Струва си да се отбележи, че задното осветление на LCD дисплея се управлява в съответствие с режима на работа и стойността на сензора, за да направи измервателното устройство по -малко разсейващо по време на сън.

Режим на манометър

Това е режим на готовност и знак "-" ще се покаже в долния десен ъгъл на екрана. Алармената функция е деактивирана в този режим. Екранът ще показва въздушното налягане в реално време както в Pascal (P), така и в cmH20 (H) на първия ред, както и минималното и максималното налягане, както и разликата между Min. и Макс. наблюдавано през последните 3 секунди на втория ред. В този режим подсветката на LCD дисплея ще свети постоянно, но ще изтече, ако нулевото относително въздушно налягане се измерва непрекъснато за повече от 10 секунди.

Режим на аларма CPAP

Това е режимът на аларма и знак "*" ще се покаже в долния десен ъгъл на екрана. В този режим измервателният уред ще проверява разликите между пиковите и най -ниските нива на въздушно налягане. Задното осветление на LCD дисплея ще изтече след 10 секунди и ще остане изключено, докато не е установена разлика в ниското налягане. Задната светлина ще се включи отново, ако е установена разлика по -малка от 100 Паскала. И зумерът ще издаде звукова аларма със съобщение "Check Mask", което се показва на екрана, ако разликата в измерените нива на въздушно налягане е постоянно ниска за повече от 10 секунди. След като пациентът коригира отново маската и разликата в налягането се върне над 100 Pascal, тогава и алармата, и задната светлина ще се изключат отново.

Стъпка 6: Отказ от отговорност

Това устройство не е медицинско изделие, нито аксесоар към медицинското изделие. Измерването не трябва да се използва за диагностични или терапевтични цели.

Вицешампион в състезанието за сензори