3D natisnjeni spirometer: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Avtor rabbitcreekSledi še avtorja:

Projekti Fusion 360 »

Spirometri so klasičen instrument za razčlenjevanje zraka, ko ga izpišete iz ust. Sestavljeni so iz cevi, v katero pihate, ki beleži volumen in hitrost enega vdiha, ki se nato primerja z nizom normalnih vrednosti, ki temeljijo na višini, masi in spolu in se uporabljajo za spremljanje delovanja pljuč. Inštrument, ki sem ga oblikoval, čeprav je bil natančno preizkušen z merilnikom pretoka, nikakor ni certificiran medicinski pripomoček, vendar bi v enem primeru zagotovo lahko opravil eno-podajal relativno ponovljive in natančne račune standardnih FEV1, FEVC in grafikonov prostornine izhod in hitrost skozi čas. Zasnoval sem ga tako, da je bila elektronika z dragim privezanim senzorjem omejena na en kos, enostavna pihalna cev za enkratno uporabo s povezanimi kanali, obremenjenimi z virusi, pa v drugem. Zdi se, da je to ena od pomanjkljivosti standardnih strojev, ki se uporabljajo v kliniki - zamenljivi kartonski ustniki v resnici ne odpravijo vseh tveganj, ko se virusi prenašajo po zraku in morate dolgo in močno pihati v zelo drag aparat. Stroški naprave so pod 40 USD in vsak, ki ima 3D tiskalnik, jih lahko izpelje kolikor hoče. Programska oprema Wifi jo poveže z aplikacijo Blynk na vašem pametnem telefonu za vizualizacijo in vam omogoča prenos vseh podatkov, ki jih želite.

1. korak: Kupite stvari

V bistvu gradimo analogni senzor z odlično kombinacijo zaslona/mikrokrmilnika. Pomembno je pri izbiri pravega senzorja. Več drugih modelov teh naprav je uporabljalo senzorje, ki nimajo občutljivosti, potrebne za posredovanje podatkov za izračun teh dihalnih elementov. ESP32 ima dobro znane težave z nelinearnostjo svojega ADC -ja, vendar se zdi, da to v obsegu te enote ni pomembno.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth modul 1,14-palčni LCD-razvojni odbor 8 USD Bangood

2. SDP816-125PA tlačni senzor, CMOSens®, 125 Pa, analogni, diferencialni 30 USD Newark, Digikey

3. Lipo baterija - 600mah 2 USD

4. Stikalo za vklop / izklop-stikalo za vklop / izklop Adafruit

Korak: 3D tiskanje

Fusion 360 je bil uporabljen za oblikovanje dveh gnezdilnih elementov spirometra. Venturijeva cev (pihalna cev) ima različne oblike. Če želite uporabiti Bernoullijevo enačbo za izračun pretoka, morate v merilni cevi nekoliko zmanjšati volumen pretoka. To načelo se uporablja v različnih senzorjih pretoka za vse vrste laminarnih tekočin. Dimenzije, ki sem jih uporabil v cevi Venturi, niso bile iz posebnega vira, ampak so delovale. Senzor uporablja diferenčni tlak v ozkih in širokih območjih cevi za izračun prostornine pretoka. Želel sem, da senzor zlahka in reverzibilno vklopi Venturijevo cev za hitro menjavo in odstranitev, zato sem oblikoval cevi senzorja tlaka, ki vodijo iz modela in se končajo na njegovem dnu, kjer bi spojile konice glav senzorske cevi. Senzor ima visoko/nizko polarnost, ki jo je treba vzdrževati z območja visokega/nizkega tlaka Venturijeve cevi. Visok tlak je v ravnem delu, nizek tlak pa je čez krivuljo omejitve-tako kot nad krilom letala. Telo spirometra je skrbno zasnovano tako, da omogoča pritrditev vijaka za pritrditev senzorja na mestu z vijaki M3 (20 mm). Ti so postavljeni v toplotno nastavljene vložke M3x4x5mm. Preostanek zasnove predvideva sidranje TTGO v režo na dnu in okno za zaslon. Gumb in pokrov gumba sta natisnjena dvakrat in omogočata dostop do obeh gumbov na plošči TTGO. Ovitek je zadnji kos za tiskanje in je zasnovan tako, da omogoča dostop do vtiča za napajanje/polnjenje do vrha plošče TTGO. Vsi kosi so natisnjeni v PLA brez nosilcev.

Korak: Povežite ga

Ožičenje senzorja in ESP32 ni veliko. Tipalo ima štiri vodi, zato morate prenesti podatkovni list za senzor, samo da se prepričate, ali so vodi pravilni: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Napaja se na 3,3 voltni izhod ESP32 in ozemljitev ter OCS sta povezana z ozemljitvijo. Analogni izhod senzorja je priključen na pin 33 na ESP. Ker te povezave kačijo skozi ozko odprtino v lupini, jih pred montažo enote ne povežite. Lipo baterija se prilega zadaj v ohišje, zato si priskrbite tisto, ki je primerne velikosti za mAh. TTGO ima polnilno vezje z majhnim priključkom JST na zadnji strani. Baterijo priključite na to s stikalom za vklop/izklop, ki prekine poz linijo.

4. korak: Montaža

Post -3D tiskanje se spremeni na pihalni cevi. Dva dela plastičnih cevi za akvarij sta do konca nameščena v spodnje luknje enote in nato obrezana s škarjami. To zagotavlja elastično odprtino za odpiranje odprtin senzorske cevi. Glavna enota zahteva vgradnjo toplotno nastavljenih medeninastih vložkov v dve luknji v okvirju. Montažne luknje senzorja je treba za 3 mm (20 mm dolžine) vijake nekoliko povečati z nastavkom ustrezne velikosti. Senzor namestite z dvema vijakoma in dokončajte električne povezave s ploščo TTGO. Priključite in namestite stikalo za vklop/izklop s superlepilom. Uporabite tistega iz Adafruit -a, saj je ohišje zasnovano tako, da ga drži. Dva gumba sta pritrjena na ohišje s superlepilom. Prepričajte se, da so gumbi na plošči TTGO poravnani pod odprtinami. Gumb je nameščen, sledi ohišje gumba, ki je superlepljeno. Pazite, da gumba ne prilepite na ohišje, ampak se mora prosto premikati. Za stabilizacijo zgornjega dela TTGO na obe rami položite majhne madeže vročega lepila, da ga držite na mestu. Akumulator gre zadaj na ploščo. Montažo zaključite tako, da zgornji del lepite. Moral bi biti enostaven dostop do priključka USB-C za programiranje in polnjenje baterije.

5. korak: Programiranje

Programska oprema tega instrumenta vzame analogno vrednost od senzorja, spremeni svojo vrednost v volte in uporabi formulo iz podatkovnega lista senzorja za pretvorbo v paskale tlaka. Od tega uporablja Bernoullisovo formulo za določanje vol/s in maso/s zraka, ki teče skozi cev. Nato to analizira v posamezne vdihe in si zapomni vrednosti v več podatkovnih nizih ter predstavi podatke na vgrajenem zaslonu ter na koncu pokliče strežnik Blynk in jih naloži v vaš telefon. Podatki se zapomnijo le, dokler še enkrat ne vdihnete. Klinična uporaba spirometra se običajno opravi tako, da se od pacienta zahteva, da vdihne čim več in ga izdihne čim dlje in močneje. Pogosto uporabljeni algoritmi, ki temeljijo na višini, teži in spolu, se nato opišejo kot normalni ali nenormalni. Predstavljeni so tudi različni razporedi teh podatkov, npr. FEV1/FEVC -skupna prostornina, deljena z volumnom v prvi sekundi. Vsi parametri so predstavljeni na zaslonu spirometrov, pa tudi majhen graf vašega truda v času. Ko so podatki naloženi na Wi -Fi, se zaslon vrne na "Blow". Po izklopu napajanja se izgubijo vsi podatki.

Prvi del kode zahteva, da vnesete žeton Blynk. Naslednji zahteva geslo za Wifi in ime omrežja. Float area_1 je površina v kvadratnih metrih cevi spirometra pred zožitvijo in Float area_2 je površina v preseku neposredno pri zožitvi. Če želite preoblikovati cev, jih spremenite. Vol in volSec sta dva niza, ki zadržujeta povečanje glasnosti s časom in hitrost gibanja zraka. Funkcija zanke se začne z izračunom hitrosti dihanja. Naslednji razdelek bere senzor in izračuna tlak. Naslednje, če poskuša ugotoviti, ali ste končali s svojim udarcem-težje, kot si mislite, pogosto pritisk nenadoma pade za milisekundo prav sredi udarca. Naslednji razdelek izračuna masni pretok na podlagi tlaka. Če zazna nov vdih, so vsi podatki zamrznjeni, parametri izračunani in poslani na zaslon, čemur sledi grafična funkcija in nazadnje klic Blynk za nalaganje podatkov. Če povezava Blynk ni zaznana, se bo vrnila v "Blow".

6. korak: Uporaba

Ali je ta instrument razumno natančen, kaj naj bi naredil? Uporabil sem kalibriran merilnik pretoka, povezan z virom zraka, ki je tekel skozi 3D tiskano laminarno zračno komoro, pritrjeno na spirometer, in natančno predvideval pretok zraka od 5 litrov na minuto do 20 litrov na minuto. Moj dihalni volumen v mirovanju na stroju je približno 500 ccm in se zelo reproducira. Pri vsakem kliničnem testiranju morate upoštevati, kaj je smiselno glede na prejeto informacijsko korist v primerjavi s trudom … lahko stehtate na najbližji gram, toda kakšne koristi? Glede na variabilnost, ki je del voljnega preizkušanja pri rezultatu, je lahko ustrezna za večino kliničnih situacij. Druga skrb je, da lahko nekateri ljudje z ogromno pljučno zmogljivostjo presežejo zgornjo mejo senzorja. Tega nisem mogel storiti, vendar je možno, vendar ti ljudje verjetno ne bodo imeli težav s pljuči …

Prvi zaslon prikazuje FEV1 in FEVC. Naslednji zaslon s podatki prikazuje Trajanje udarca, razmerje FEV1/FEVC in MaxFlow v Lit/Sec. Povečal sem z dvema zaslonoma, ki podrobno opisujeta Vol skozi čas in Lit/sec skozi čas. Številčnice ponazarjajo FEV1 in FEVC ter trajanje tiskanja števcev in FEV1/FEVC. Toda za tiste, ki poznate Blynk, veste, da lahko to storite na kakršen koli način v aplikaciji za telefon in z dotikom naložite podatke na svoj e -poštni naslov.

Gumbi na strani instrumenta so razčlenjeni, če jih želite programirati za aktiviranje stroja z vdihom ali za spreminjanje izhoda zaslona ali za spremembo povezave Blynk, če jo želite uporabljati brez povezave. Gumbi potegnejo nožici 0 in 35 nizko, zato to samo vpišite v program. COVID je domnevno pri mnogih pustil dolgotrajne težave s pljuči, ta naprava pa je lahko v pomoč v tistih državah, kjer je dostop do drage medicinske opreme omejen. To lahko natisnete in sestavite v nekaj urah in zastonj natisnete kontaminirane dele naprave, ki so varno zamenjani.

Drugouvrščeni na natečaju na baterije