Spirometer Bercetak 3D: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Oleh rabbitcreek Ikuti Lagi oleh pengarang:

Projek Fusion 360 »

Spirometer adalah alat klasik untuk melakukan penghuraian udara kerana ditiup keluar dari mulut anda. Mereka terdiri daripada tiub yang anda hembus untuk mencatat jumlah dan kelajuan satu nafas yang kemudian dibandingkan dengan satu set nilai normal berdasarkan tinggi, berat badan dan jantina dan digunakan untuk mengikuti fungsi paru-paru. Alat yang saya reka, walaupun diuji ketepatannya dengan flowmeter sama sekali bukan alat perubatan yang diperakui, tetapi dalam keadaan sedikit pasti ia dapat digunakan - memberikan akaun relatif dan tepat yang boleh direproduksi dan tepat mengenai FEV1, FEVC dan grafik isipadu standard output dan kelajuan dari masa ke masa. Saya merancangnya supaya elektronik dengan sensor tethering yang mahal hanya terbatas pada satu bahagian dan tiub pukulan mudah guna dengan saluran yang berkaitan dengan virus ada di bahagian lain. Ini nampaknya merupakan salah satu kelemahan mesin standard yang digunakan secara klinikal - penutup mulut kadbod yang boleh diganti tidak benar-benar menghilangkan semua risiko apabila virus disebarkan ke udara dan anda diminta untuk meniup lama dan keras ke alat yang sangat mahal. Kos peranti di bawah $ 40 dan sesiapa sahaja yang mempunyai pencetak 3D boleh mengeluarkan seberapa banyak yang mereka mahukan. Perisian Wifi memasukkannya ke aplikasi Blynk pada telefon pintar anda untuk visualisasi dan membolehkan anda memuat turun data yang anda mahukan.

Langkah 1: Beli Barang

Pada dasarnya kami sedang membina sensor analog dengan kombo skrin / mikrokontroler yang hebat. Yang penting ialah memilih sensor yang betul. Beberapa reka bentuk lain untuk peranti ini telah menggunakan sensor yang tidak mempunyai kepekaan yang diperlukan untuk menyediakan data untuk menghitung unsur pernafasan ini. ESP32 mempunyai masalah yang terkenal dengan ketiadaan ADCnya tetapi ini tidak begitu ketara dalam rangkaian unit ini.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 Modul Bluetooth WiFi 1.14 Inch LCD Development Board $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA Sensor Tekanan, CMOSens®, 125 Pa, Analog, Pembezaan $ 30 Newark, Digikey

3. Bateri Lipo - 600mah $ 2

4. Suis Hidup / Mati - Butang Kuasa On-Off / Tombol Tekan Tombol Tukar Adafruit

Langkah 2: Cetakan 3D

Fusion 360 digunakan untuk merancang dua elemen bersarang Spirometer. Tiub Venturi (tiub pukulan) mempunyai pelbagai reka bentuk. Untuk menggunakan persamaan Bernoulli untuk pengiraan aliran, anda mesti mempunyai sedikit pengurangan jumlah aliran dalam tabung penyukat. Prinsip ini digunakan dalam pelbagai sensor aliran untuk semua jenis cecair aliran laminar. Dimensi yang saya gunakan dalam tiub Venturi bukan dari sumber tertentu tetapi nampaknya berfungsi. Sensor menggunakan tekanan pembezaan di kawasan tiub sempit dan lebar untuk mengira isipadu aliran. Saya mahu sensor dapat menggunakan tiub Venturi dengan mudah dan terbalik untuk perubahan dan penyingkiran yang cepat, jadi saya merancang tiub sensor tekanan untuk keluar dari model dan berakhir di pangkalnya di mana mereka akan menggunakan hujung kepala tiub sensor. Terdapat polaritas tinggi / rendah ke sensor yang harus dijaga dari kawasan tekanan tinggi / rendah tiub Venturi. Tekanan tinggi berada di bahagian lurus dan tekanan rendah melebihi lekukan sekatan - sama seperti sayap kapal terbang. Badan Spirometer dirancang dengan teliti untuk menyediakan pelekap skru untuk menahan sensor di tempatnya dengan skru M3 (20 mm). Ini diletakkan dalam sisipan M3x4x5mm set panas. Selebihnya reka bentuk menyediakan penahan TTGO dalam slot di bahagian bawah dan tetingkap untuk skrin. Kedua-dua butang dan penutup butang dicetak dua kali dan membolehkan akses casing ke dua butang pada papan TTGO. Sampul adalah bahagian terakhir untuk dicetak dan direka untuk memberi akses kepada plag kuasa / pengecasan ke bahagian atas papan TTGO. Semua kepingan dicetak dalam PLA tanpa penyokong.

Langkah 3: Wire It

Tidak banyak pendawaian sensor dan ESP32. Sensor mempunyai empat petunjuk dan anda harus memuat turun lembaran data untuk sensor hanya untuk memastikan petunjuknya betul: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Kuasa pergi ke output 3.3 Volt dari ESP32 dan tanah dan OCS kedua-duanya disambungkan ke tanah. Output analog sensor disambungkan ke pin 33 pada ESP. Oleh kerana sambungan ini tersekat melalui bukaan sempit di cangkang, jangan sambungkannya sebelum pemasangan unit. Bateri Lipo sesuai dengan posteriornya, jadi dapatkan bateri yang bersaiz sesuai untuk mAh. TTGO mempunyai litar pengisian dengan penyambung JST kecil di bahagian belakang. Sambungkan bateri ke ini dengan suis hidup / mati yang melanggar garisan pos.

Langkah 4: Perhimpunan

Pengubahsuaian pencetakan 3D dilakukan ke tiub tiup. Dua bahagian tiub akuarium plastik dipasang ke lubang bawah unit sejauh mungkin dan kemudian dipangkas dengan gunting. Ini memberikan bukaan elastik agar bukaan tiub sensor mudah dicantumkan. Unit utama memerlukan pemasangan sisipan tembaga set panas ke dalam dua lubang pada bingkai. Lubang pemasangan sensor harus diperbesar sedikit untuk skru 3mm (20 mm) dengan bit bersaiz yang sesuai. Pasang sensor dengan dua skru dan selesaikan sambungan elektrik ke papan TTGO. Sambungkan dan pasang suis hidup / mati dengan superglue. Gunakan yang dari Adafruit kerana casingnya dirancang untuk menahannya dengan tepat. Kedua-dua butang dipasang ke casing dengan superglue. Pastikan butang pada papan TTGO berbaris di bawah bukaan. Butang dipasang diikuti oleh perumahan butang yang dilekatkan. Pastikan anda tidak merekatkan butang ke perumahannya, ia mesti bergerak di dalamnya dengan bebas. Untuk menstabilkan bahagian atas TTGO letakkan sedikit gam panas di kedua bahu untuk menahannya. Bateri masuk ke belakang papan. Selesaikan pemasangan dengan melekatkan bahagian atasnya. Harus ada akses mudah ke penyambung USB-C untuk pengaturcaraan dan pengisian bateri.

Langkah 5: Pengaturcaraan

Perisian untuk instrumen ini mengambil nilai analog dari sensor mengubah nilainya menjadi volt dan menggunakan formula dari lembaran data sensor untuk mengubahnya menjadi Pascals of pressure. Dari ini ia menggunakan formula Bernoullis untuk menentukan vol / saat dan jisim / saat udara yang melalui tiub. Ia kemudian menganalisisnya menjadi satu nafas dan mengingat nilai dalam beberapa susunan data dan membentangkan data pada skrin terpasang dan akhirnya memanggil pelayan Blynk dan memuat naiknya ke telefon anda. Data hanya diingat sehingga anda menarik nafas. Penggunaan spirometer secara klinikal biasanya dilakukan dengan meminta pesakit untuk menarik nafas sebanyak mungkin dan menghembuskannya selama dan sekeras mungkin. Algoritma yang biasa digunakan berdasarkan ketinggian, berat badan dan jantina kemudian digambarkan sebagai normal atau tidak normal. Susunan data yang berbeza juga disajikan iaitu FEV1 / FEVC - jumlah keseluruhan dibahagi dengan jumlah pada saat pertama. Semua parameter ditunjukkan pada layar Spirometer serta grafik kecil usaha anda dalam vol dari masa ke masa. Apabila data telah diunggah ke Wifi, layar kembali ke "Blow". Semua data hilang setelah kuasa dimatikan.

Bahagian pertama kod menghendaki anda memasukkan token Blynk anda. Yang berikutnya memerlukan kata laluan Wifi dan nama rangkaian. Float area_1 adalah luas dalam meter persegi tiub spirometer sebelum penyempitan dan Float area_2 adalah kawasan yang melintang tepat pada penyempitan. Tukar ini jika anda ingin merancang semula tiub. Vol dan volSec adalah dua tatasusunan yang menahan peningkatan kelantangan dari masa ke masa dan kelajuan pergerakan udara. Fungsi gelung dimulakan dengan mengira kadar pernafasan. Bahagian seterusnya membaca sensor dan mengira tekanan. Pernyataan berikut jika cuba untuk mengetahui sama ada anda selesai dengan pukulan anda - lebih sukar daripada yang anda fikirkan, selalunya tekanan turun secara tiba-tiba selama satu milisaat tepat di tengah-tengah tamparan. Bahagian seterusnya mengira aliran jisim berdasarkan tekanan. Sekiranya nafas baru dikesan, semua data dibekukan dan parameter dikira dan dihantar ke skrin, diikuti dengan fungsi grafik dan akhirnya panggilan Blynk untuk memuat naik data. Sekiranya tiada sambungan Blynk yang dikesan, ia akan kembali ke "Blow".

Langkah 6: Menggunakannya

Adakah instrumen ini cukup tepat untuk apa yang dimahukan? Saya menggunakan meter aliran yang dikalibrasi yang disambungkan ke sumber udara yang melewati ruang udara laminar bercetak 3D yang dilekatkan pada Spirometer dan ia diramalkan dengan tepat dalam sebab aliran udara dari 5 lit / min hingga 20 lit / min. Isipadu pasang surut mesin saya kira-kira 500cc dan sangat boleh dihasilkan semula. Dengan sebarang ujian klinikal, anda harus ingat apa yang munasabah dari segi manfaat maklumat yang diterima berbanding dengan usaha … anda boleh menimbang diri anda dengan gram terdekat tetapi untuk faedah apa? Mengingat kebolehubahan yang wujud dalam usaha pengujian sukarela terhadap hasilnya mungkin memadai untuk kebanyakan situasi klinikal. Masalah lain ialah sebilangan orang dengan kapasiti paru-paru yang besar mungkin melebihi had sensor atas. Saya tidak dapat melakukan ini tetapi mungkin, tetapi orang-orang ini tidak mungkin menghadapi masalah paru-paru…

Skrin pertama membentangkan FEV1 dan FEVC. Skrin data seterusnya menunjukkan Tempoh pukulan, nisbah FEV1 / FEVC dan MaxFlow dalam Lit / Sec. Saya memaksimumkannya dengan dua skrin yang memperincikan Vol dari masa ke masa dan Lit / saat dari masa ke masa. Dail mengejek FEV1 dan FEVC dan tempoh cetakan meter dan FEV1 / FEVC. Tetapi bagi anda yang biasa dengan Blynk tahu bahawa anda boleh melakukan ini dengan cara yang anda mahukan di aplikasi telefon dan memuat turun data ke e-mel anda dengan satu sentuhan.

Butang di sisi instrumen pecah sekiranya anda ingin memprogramnya untuk mengaktifkan mesin dengan sesak nafas atau mengubah output skrin atau menukar sambungan Blynk jika anda ingin menggunakannya di luar talian. Butang tarik pin 0 dan 35 rendah jadi tulis ini ke dalam program. COVID kononnya meninggalkan banyak masalah paru-paru yang berlarutan dan alat ini mungkin berguna di negara-negara di mana akses ke peralatan perubatan mahal mungkin terhad. Anda boleh mencetak dan memasangnya dalam beberapa jam dan mencetak bahagian selamat dari alat yang tercemar dengan selamat.

Naib Johan dalam Peraduan Bertenaga Bateri