3D -prinditud spiromeeter: 6 sammu (piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Jälgige rohkem autorilt:

Fusion 360 projektid »

Spiromeetrid on klassikaline instrument õhu parsimiseks, kui see suust välja puhutakse. Need koosnevad tuubist, millesse puhute ja mis salvestab ühe hingetõmbe mahu ja kiiruse, mida seejärel võrreldakse pikkuse, kehakaalu ja soo põhjal põhinevate normaalväärtuste kogumiga ning mida kasutatakse kopsufunktsiooni jälgimiseks. Minu kavandatud mõõteriist, kuigi selle voolumõõturi täpsust on testitud, ei ole mingil moel sertifitseeritud meditsiiniseade, kuid näpuotsaga võib see kindlasti läbida-andes suhteliselt reprodutseeritava ja täpse ülevaate standardist FEV1, FEVC ja mahu graafikutest väljund ja kiirus aja jooksul. Ma kujundasin selle nii, et kalli lõastatud anduriga elektroonika piirdus ühe tükiga ja hõlpsasti ühekordselt kasutatav puhketoru koos sellega seotud viirusega koormatud kanalitega teises. See näib olevat üks kliiniliselt kasutatavate standardmasinate puudustest - vahetatavad papist huulikud ei kõrvalda tegelikult kõiki riske, kui viirused levivad õhus ja teil palutakse puhuda kaua ja kõvasti väga kallisse aparaati. Seadme maksumus on alla 40 dollari ja igaüks, kellel on 3D -printer, võib välja tulla nii palju kui tahab. Tarkvara Wifi ühendab selle visualiseerimiseks nutitelefoni Blynk -rakendusse ja võimaldab teil soovitud andmed alla laadida.

Samm: ostke asju

Põhimõtteliselt ehitame suurepärase ekraani/mikrokontrolleri kombinatsiooniga analoogandurit. Oluline on õige anduri valimine. Mitmed teised nende seadmete disainilahendused on kasutanud andureid, millel puudub nende hingamisteede arvutamiseks vajalike andmete esitamiseks vajalik tundlikkus. ESP32 -l on hästi tuntud probleemid selle ADC mittelineaarsusega, kuid see ei tundu selle seadme vahemikus märkimisväärne.

1. TTGO T-ekraan ESP32 CP2104 WiFi bluetooth moodul 1,14 tolli LCD arendusplaat 8 dollarit Bangood

2. SDP816-125PA rõhuandur, CMOSens®, 125 Pa, analoog, diferentsiaal $ 30 Newark, Digikey

3. Lipo aku - 600mah 2 dollarit

4. Sisse / välja lüliti-toitelüliti / nupp Lüliti Adafruit

Samm: 3D -printimine

Spiromeetri kahe pesalehe kujundamiseks kasutati Fusion 360. Venturi torul (puhumistoru) on erinevaid kujundusi. Voolu arvutamiseks Bernoulli võrrandi kasutamiseks peab voolutugevus mõõtetorus pisut vähenema. Seda põhimõtet kasutatakse mitmesuguste laminaarse voolu vedelike vooluandurites. Mõõtmed, mida ma Venturi torus kasutasin, ei olnud pärit mingist konkreetsest allikast, kuid tundusid lihtsalt toimivat. Andur kasutab vooluhulga arvutamiseks rõhkude erinevust kitsastes ja laiades torupiirkondades. Tahtsin, et andur saaks hõlpsalt ja pöörduvalt Venturi toru kiireks vahetamiseks ja eemaldamiseks haakuda, nii et konstrueerisin rõhuanduri torud nii, et need viiksid mudelist välja ja lõppeksid selle alusega, kus need haakuksid anduritorude otstega. Anduril on kõrge/madal polaarsus, mida tuleb hoida Venturi toru kõrge/madalrõhualadest. Kõrge rõhk on sirgel lõigul ja madal rõhk üle piirangu kõvera-täpselt nagu lennuki tiiva kohal. Spiromeetri korpus on hoolikalt kavandatud pakkuma kruvikinnitusi, mis hoiavad andurit paigal M3 (20 mm) kruvidega. Need asetatakse soojuskomplektidesse M3x4x5mm. Ülejäänud kujundus näeb ette TTGO ankurdamise allosas olevasse pilusse ja ekraani aknasse. Mõlemad nupud ja nuppude kate on trükitud kaks korda ja võimaldavad visata ümbrist TTGO-plaadi kahele nupule. Kaas on viimane trükitükk ja selle eesmärk on anda juurdepääs toite-/laadimispistikule TTGO -plaadi ülaosale. Kõik tükid on trükitud PLA -s ilma toeta.

3. samm: ühendage see juhtmega

Anduri ja ESP32 juhtmestikuga pole palju tegemist. Anduril on neli juhet ja peaksite andurite andmelehe alla laadima, et veenduda juhtmete õigsuses: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Toide läheb seadme 3,3 -voldisele väljundile ESP32, maa ja OCS on mõlemad maaga ühendatud. Anduri analoogväljund on ühendatud ESP pistikuga 33. Kuna need ühendused tungivad läbi kesta kitsa ava, ärge ühendage neid enne seadme kokkupanekut. Lipo aku sobib korpuse taha, nii et hankige aku, mis on mAh -le sobiva suurusega. TTGO -l on laadimisahel, mille tagaküljel on pisike JST -pistik. Ühendage aku sellega, kui sisse/välja lüliti katkestab positsiooni.

4. samm: kokkupanek

Pärast 3D -printimist muudetakse puhumistoru. Kaks plastikust akvaariumi toru osa paigaldatakse seadme alumistesse aukudesse nii kaugele kui võimalik ja lõigatakse seejärel lõikuritega. See tagab elastse ava anduritoru avade hõlpsaks paaritumiseks. Põhiseade nõuab raami kahte auku paigaldamist kuumakomplektiga messingist sisetükke. Anduri kinnitusavasid tuleb 3 mm (20 mm pikkuste) kruvide jaoks veidi suurendada sobiva suurusega kruviga. Paigaldage andur kahe kruviga ja lõpetage elektriühendused TTGO -plaadiga. Ühendage ja paigaldage sisse/välja lüliti superliimiga. Kasutage Adafruit'i toodet, kuna ümbris on mõeldud täpselt hoidma. Kaks nuppu on korpusele kinnitatud superliimiga. Veenduge, et TTGO -plaadi nupud asetseksid avade all. Nupp on paigaldatud, millele järgneb üleliimitud nuppude korpus. Veenduge, et te ei kleepiks nuppu selle korpuse külge, see peab selles vabalt liikuma. TTGO ülemise sektsiooni stabiliseerimiseks asetage kummalegi õlale väikesed tupsud kuuma liimi, et see paigal hoida. Aku läheb plaadi taha. Lõpetage kokkupanek, liimides ülaosa üle. Programmeerimiseks ja aku laadimiseks peaks olema lihtne juurdepääs USB-C pistikule.

Samm: programmeerimine

Selle instrumendi tarkvara võtab andurilt analoogväärtuse, muudab selle väärtuseks volti ja kasutab anduri andmelehe valemit selle teisendamiseks rõhupaskaliteks. Sellest lähtudes kasutab ta Bernoullisi valemit, et määrata toru läbiva õhu maht/sek ja mass/sek. Seejärel analüüsib see seda individuaalsete hingetõmmetega ja mäletab mitme andmemassiivi väärtusi ning esitab andmed sisseehitatud ekraanil ja lõpuks helistab Blynk serverisse ja laadib need teie telefoni üles. Andmeid mäletatakse ainult seni, kuni te uuesti hingates hingate. Spiromeetri kliinilist kasutamist kasutatakse tavaliselt nii, et palutakse patsiendil hingata nii palju kui võimalik ja puhuda see välja nii kaua kui võimalik. Tavaliselt kirjeldatakse pikkuse, kaalu ja soo põhjal põhinevaid algoritme normaalsete või ebanormaalseteks. Esitatud on ka nende andmete erinevad paigutused, st FEV1/FEVC -kogumaht jagatud mahuga esimese sekundi jooksul. Spiromeetrite ekraanil kuvatakse kõik parameetrid ja väike graafik teie jõupingutustest aja jooksul. Kui andmed on Wifi -sse üles laaditud, naaseb ekraan "Blow". Pärast toite väljalülitamist kaotatakse kõik andmed.

Koodi esimene jaotis nõuab Blynk -märgi sisestamist. Järgmine nõuab Wifi parooli ja võrgu nime. Float area_1 on spiromeetri toru pindala ruutmeetrites enne kitsendamist ja Float area_2 on ristlõikepindala otse kitsendamisel. Muutke neid, kui soovite toru ümber kujundada. Vol ja volSec on kaks massiivi, mis hoiavad helitugevust aja jooksul ja õhu liikumise kiirust. Silmusfunktsioon algab hingamissageduse arvutamisega. Järgmises osas loetakse andurit ja arvutatakse rõhku. Järgmine, kui väide püüab välja selgitada, kas olete oma löögi lõpetanud-raskem kui arvate, langeb rõhk sageli ootamatult millisekundi jooksul otse löögi keskele. Järgmine osa arvutab massi voolu rõhu põhjal. Kui tuvastatakse uus hingamine, külmutatakse kõik andmed ja arvutatakse parameetrid ning saadetakse need ekraanile, millele järgneb graafikafunktsioon ja lõpuks Blynk -kõne andmete üleslaadimiseks. Kui Blynk -ühendust ei tuvastata, naaseb see olekusse "Blow".

6. samm: selle kasutamine

Kas see instrument on oma eesmärkide jaoks piisavalt täpne? Kasutasin kalibreeritud vooluhulgamõõturit, mis oli ühendatud õhuvooluga, mis läbis spiromeetri külge kinnitatud 3D -prinditud laminaarse õhukambri ja see ennustas täpselt õhuvoolu vahemikus 5 l/min kuni 20 l/min. Minu puhke- ja loodete maht masinal on umbes 500 cm3 ja väga korratav. Mis tahes kliiniliste testidega peate meeles pidama, mis on mõistlik saadud teabe ja pingutuste osas … võite kaaluda end grammi täpsusega, kuid mis kasu? Arvestades vabatahtliku testimise tulemustega seotud varieeruvust, võib see enamiku kliiniliste olukordade jaoks olla piisav. Teine mure on see, et mõned tohutu kopsumahuga inimesed võivad anduri ülemise piiri ületada. Ma ei suutnud seda teha, kuid see on võimalik, kuid neil inimestel pole tõenäoliselt kopsuprobleeme …

Esimesel ekraanil on FEV1 ja FEVC. Järgmisel andmeekraanil kuvatakse löögi kestus, FEV1/FEVC suhe ja MaxFlow liitrites/sekundis. Maksimeerisin selle kahe ekraaniga, mis kirjeldasid Volit aja jooksul ja Lit/sek aja jooksul. Nupud näevad välja FEV1 ja FEVC ning arvestite printimise kestust ja FEV1/FEVC. Kuid need, kes te Blynkiga tuttavad olete, teate, et saate seda telefonirakenduses teha nii, nagu soovite, ja puudutades oma e -posti andmed alla laadida.

Instrumendi küljel olevad nupud on katki, kui soovite neid programmeerida masina aktiveerimiseks hingeõhuga või muuta ekraani väljundit või muuta Blynk-ühendust, kui soovite seda võrguühenduseta kasutada. Nupud tõmbavad nööpnõelad 0 ja 35 madalaks, nii et kirjutage see lihtsalt programmi. Väidetavalt on COVID paljudel jätkuvalt jätkuvate kopsuprobleemidega tegelenud ja see seade võib olla abiks nendes riikides, kus juurdepääs kallitele meditsiiniseadmetele võib olla piiratud. Saate selle mõne tunni jooksul välja printida ja kokku panna ning ilma asjata printida ohutuid saastunud seadme osi.

Akuga töötava võistluse teine koht