3D დაბეჭდილი სპირომეტრი: 6 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

დაიცავით მეტი ავტორის მიერ:

Fusion 360 პროექტები »

სპირომეტრები არის კლასიკური ინსტრუმენტი, რომელიც ასრულებს ჰაერის ანალიზს პირის ღრუსგან. ისინი შედგება მილისგან, რომელშიც თქვენ ჩადიხართ, რომელიც აღწერს ერთი სუნთქვის მოცულობას და სიჩქარეს, რომელიც შეადარებენ სიმაღლის, წონის და სქესის მიხედვით ნორმალურ მნიშვნელობებს და გამოიყენება ფილტვების ფუნქციის შესასრულებლად. ინსტრუმენტი, რომელიც მე შევიმუშავე, მიუხედავად იმისა, რომ სიზუსტით შემოწმებულია ნაკადის გამრიცხველიანებით, არანაირად არ არის სერტიფიცირებული სამედიცინო მოწყობილობა, მაგრამ ის, რა თქმა უნდა, შეიძლება ერთზე გადავიდეს-სტანდარტული FEV1, FEVC და მოცულობის გრაფიკების შედარებით რეპროდუქციულ და ზუსტ ანგარიშებს. გამომავალი და სიჩქარე დროთა განმავლობაში. მე ის ისე შევიმუშავე, რომ ძვირადღირებული სენსორით აღჭურვილი ელექტრონიკა შემოიფარგლებოდა ერთ ნაწილში, ხოლო ადვილად ერთჯერადი დარტყმის მილი ასოცირებული ვირუსებით დატვირთული არხებით მეორეში. როგორც ჩანს, ეს არის კლინიკურად გამოყენებული სტანდარტული აპარატების ერთ -ერთი ნაკლი - ჩანაცვლებითი მუყაოს ბუდეები ნამდვილად არ გამორიცხავს ყველა რისკს, როდესაც ვირუსები ჰაერში ხვდებიან და თქვენ მოგთხოვთ გრძელი და ძლიერი დარტყმა ძალიან ძვირადღირებულ აპარატში. მოწყობილობის ღირებულება 40 დოლარამდეა და ყველას, ვინც 3D პრინტერს ფლობს, გამოჩნდება რამდენიც უნდა. პროგრამული უზრუნველყოფა Wifi აკავშირებს მას Blynk აპლიკაციას თქვენს სმარტფონზე ვიზუალიზაციისთვის და გაძლევთ საშუალებას გადმოწეროთ თქვენთვის სასურველი ნებისმიერი მონაცემი.

ნაბიჯი 1: იყიდეთ ნივთები

არსებითად ჩვენ ვაშენებთ ანალოგიურ სენსორს დიდი ეკრანის/მიკროკონტროლერის კომბინაციით. მნიშვნელობა არის სწორი სენსორის არჩევაში. ამ მოწყობილობების რამდენიმე სხვა დიზაინში გამოყენებულია სენსორები, რომლებსაც არ გააჩნიათ მგრძნობელობა, რომელიც აუცილებელია მონაცემების უზრუნველსაყოფად ამ სუნთქვის ელემენტების გამოსათვლელად. ESP32– ს აქვს კარგად ცნობილი საკითხები მისი ADC– ის არაწრფივობასთან დაკავშირებით, მაგრამ ეს არ ჩანს მნიშვნელოვანი ამ ერთეულის დიაპაზონში.

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

2. SDP816-125PA წნევის სენსორი, CMOSens®, 125 Pa, ანალოგი, დიფერენციალური $ 30 Newark, Digikey

3. ლიპო ბატარეა - 600mah 2 $

4. ჩართვა / გამორთვა გადამრთველი-ჩართვის-გამორთვის დენის ღილაკი / ღილაკზე გადამრთველი გადამრთველი ადაფრუტი

ნაბიჯი 2: 3D ბეჭდვა

Fusion 360 გამოიყენეს სპირომეტრის ორი ბუდის ელემენტის შესაქმნელად. ვენტურის მილს (დარტყმის მილი) აქვს მრავალფეროვანი დიზაინი. ბერნულის განტოლების ნაკადის გამოსათვლელად, თქვენ უნდა გქონდეთ ნაკადის მოცულობის შემცირება საზომი მილში. ეს პრინციპი გამოიყენება სხვადასხვა სახის ნაკადის სენსორებში ყველა სახის ლამინარული ნაკადის სითხეებისთვის. ზომები, რომლებიც მე ვენტურის მილში გამოვიყენე, არ იყო რაიმე განსაკუთრებული წყაროდან, მაგრამ ისინი უბრალოდ მუშაობდნენ. სენსორი იყენებს დიფერენციალურ წნევას ვიწრო და ფართო მილის მიდამოებში ნაკადის მოცულობის გამოსათვლელად. მე მინდოდა, რომ სენსორს შეეძლო ადვილად და შექცევად მიეღო ვენტური მილაკი სწრაფი ცვლილებისა და მოცილებისთვის, ამიტომ მე შევიმუშავე წნევის სენსორული მილები, რომელიც გამოდიოდა მოდელიდან და მთავრდებოდა მის ბაზაზე, სადაც ისინი ჩართავდნენ სენსორული მილის თავების რჩევებს. სენსორს აქვს მაღალი/დაბალი პოლარობა, რომელიც უნდა შენარჩუნდეს ვენტური მილის მაღალი/დაბალი წნევის არეებიდან. მაღალი წნევა არის პირდაპირ მონაკვეთზე და დაბალი წნევა აღემატება შეზღუდვის მოსახვევს-ისევე როგორც თვითმფრინავის ფრთაზე. სპირომეტრის კორპუსი საგულდაგულოდ არის შემუშავებული, რათა უზრუნველყოს ხრახნიანი საყრდენები სენსორის დასაკავებლად M3 (20 მმ) ხრახნებით. ისინი მოთავსებულია სითბოს კომპლექტში M3x4x5 მმ ჩანართებში. დანარჩენი დიზაინი ითვალისწინებს TTGO- ს მიმაგრებას ქვედა ნაწილში და ფანჯრის ეკრანზე. ღილაკი და ღილაკის ყდა ორივე ორჯერ არის დაბეჭდილი და იძლევა წვდომას შემთხვევისთვის, TTGO დაფაზე არსებულ ორ ღილაკზე. გარეკანი არის ბოლო ნაჭერი დასაბეჭდად და შექმნილია იმისთვის, რომ უზრუნველყოს დენის/დატენვის დანამატი წვდომა TTGO დაფის თავზე. ყველა ნაჭერი იბეჭდება PLA– ში, საყრდენების გარეშე.

ნაბიჯი 3: შეაერთეთ იგი

სენსორისა და ESP32– ის გაყვანილობაზე ბევრი არაფერია. სენსორს აქვს ოთხი ლიდერი და თქვენ უნდა გადმოწეროთ სენსორის მონაცემების ფურცელი, რათა დარწმუნდეთ, რომ მიწოდებები სწორია: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf სიმძლავრე მიდის 3.3 ვოლტის გამომუშავებაზე ESP32 და მიწა და OCS ორივე დაკავშირებულია მიწასთან. სენსორის ანალოგური გამომავალი დაკავშირებულია ESP– ის პინ 33 – თან. მას შემდეგ, რაც ეს კავშირები გველის ვიწრო ხვრელში, არ დააკავშიროთ ისინი ერთეულის შეკრებამდე. Lipo ბატარეა ჯდება უკანა ნაწილში, ასე რომ აიღეთ შესაბამისი ზომა mAh– ისთვის. TTGO– ს აქვს დატენვის წრე, რომელსაც უკანა მხარეს აქვს პატარა JST კონექტორი. შეაერთეთ ეს ბატარეა ჩართვის/გამორთვის გადამრთველით, რომელიც არღვევს პოზი ხაზს.

ნაბიჯი 4: შეკრება

3D ბეჭდვის შემდგომი მოდიფიკაცია ხდება დარტყმის მილზე. პლასტმასის აკვარიუმის მილების ორი მონაკვეთი მოთავსებულია ქვედა ნაწილის ხვრელებში, რამდენადაც ისინი მიდიან და შემდეგ ირეცხება საფრქვევით. ეს უზრუნველყოფს ელასტიურ გახსნას სენსორული მილის ღიობებისთვის, რათა ადვილად შეჯვარდეს. ძირითადი ერთეული მოითხოვს სითბოს ნაკრების სპილენძის ჩანართების დამონტაჟებას ჩარჩოს ორ ხვრელში. სენსორის სამონტაჟო ხვრელები უნდა გაიზარდოს ოდნავ 3 მმ (20 მმ სიგრძის) ხრახნებისთვის შესაბამისი ზომის ბიტით. დააინსტალირეთ სენსორი ორი ხრახნით და დაასრულეთ ელექტრული კავშირი TTGO დაფაზე. შეაერთეთ და დააინსტალირეთ ჩართვის/გამორთვის გადამრთველი სუპერწებებით. გამოიყენეთ ერთი ადაფრუტიდან, რადგან საქმე შექმნილია ზუსტად მის შესანახად. ორი ღილაკი დამონტაჟებულია კორპუსზე სუპერწებებით. დარწმუნდით, რომ ღილაკები TTGO დაფაზე გასდევს ღიობების ქვეშ. ღილაკი დამონტაჟებულია, რასაც მოჰყვება ღილაკის კორპუსი, რომელიც არის სუპერწებებული. დარწმუნდით, რომ არ მიამაგრებთ ღილაკს მის კორპუსზე, ის თავისუფლად უნდა გადაადგილდეს მასში. TTGO– ს ზედა მონაკვეთის სტაბილიზაციის მიზნით, ორივე მხარზე მოათავსეთ ცხელი წებოს მცირე ნაჭრები, რომ დაიჭიროთ იგი. ბატარეა მიდის უკანა დაფაზე. დაასრულეთ შეკრება ზემოდან თავზე ზეწებებით. უნდა იყოს მარტივი წვდომა USB-C კონექტორზე პროგრამირებისა და ბატარეის დატენვისთვის.

ნაბიჯი 5: პროგრამირება

ამ ინსტრუმენტის პროგრამული უზრუნველყოფა იღებს სენსორის ანალოგურ მნიშვნელობას და ცვლის მის მნიშვნელობას ვოლტამდე და იყენებს ფორმულას სენსორის მონაცემების ფურცლიდან, რომ გადააქციოს იგი წნევის პასკალებად. აქედან იგი იყენებს ბერნულის ფორმულას, რათა დაადგინოს ჰაერში მოცულობა/წამი და მასა/წმ მილში. შემდეგ აანალიზებს ამას ინდივიდუალურ ამოსუნთქვაში და ახსოვს ღირებულებები მონაცემთა რამდენიმე მასივში და წარადგენს მონაცემებს ჩაშენებულ ეკრანზე და ბოლოს ურეკავს ბლინკის სერვერს და ატვირთავს თქვენს ტელეფონში. მონაცემები მხოლოდ იმახსოვრდება მანამ, სანამ სხვა სუნთქვას არ მიიღებთ. სპირომეტრის კლინიკური გამოყენება ჩვეულებრივ ხდება პაციენტის თხოვნით, მიიღოს რაც შეიძლება დიდი სუნთქვა და ამოისუნთქოს რაც შეიძლება დიდხანს და ძლიერად. სიმაღლის, წონისა და სქესის მიხედვით ხშირად გამოყენებული ალგორითმები აღწერილია როგორც ნორმალური ან არანორმალური. ასევე წარმოდგენილია ამ მონაცემების სხვადასხვა მოწყობა, ანუ FEV1/FEVC -მთლიანი მოცულობა გაყოფილი მოცულობით პირველ წამში. ყველა პარამეტრი წარმოდგენილია სპირომეტრების ეკრანზე, ისევე როგორც თქვენი ძალისხმევის მცირე გრაფიკი დროთა განმავლობაში. როდესაც მონაცემები აიტვირთება Wifi ეკრანზე ბრუნდება "აფეთქება". ყველა მონაცემი იკარგება დენის გამორთვის შემდეგ.

კოდის პირველი ნაწილი მოითხოვს, რომ შეიყვანოთ თქვენი ბლინკის ნიშანი. შემდეგი მოითხოვს Wifi პაროლს და ქსელის სახელს. Float area_1 არის ფართობი სპირომეტრის მილის კვ.მ -მდე შევიწროვებამდე და Float area_2 არის ფართობი განივი მონაკვეთის პირდაპირ შევიწროების დროს. შეცვალეთ ეს თუ გსურთ მილის ხელახალი დიზაინი. Vol და volSec არის ორი მასივი, რომლებიც ინარჩუნებენ მოცულობის ზრდას დროთა განმავლობაში და ჰაერის მოძრაობის სიჩქარეს. მარყუჟის ფუნქცია იწყება სუნთქვის სიხშირის გამოთვლით. მომდევნო ნაწილი კითხულობს სენსორს და ითვლის წნევას. ქვემოთ მოყვანილი განცხადება ცდილობს გაარკვიოს, დასრულდა თუ არა თქვენი დარტყმა-უფრო რთულია, ვიდრე გგონიათ, ხშირად წნევა მოულოდნელად ეცემა მილიწამში ზუსტად დარტყმის შუაგულში. მომდევნო ნაწილი გამოითვლის მასის ნაკადს ზეწოლის საფუძველზე. ახალი სუნთქვის აღმოჩენის შემთხვევაში ყველა მონაცემი გაყინულია და პარამეტრები გამოითვლება და იგზავნება ეკრანზე, რასაც მოყვება გრაფიკული ფუნქცია და ბოლოს ბლინკის ზარი მონაცემების ასატვირთად. თუ ბლინკის კავშირი არ არის გამოვლენილი, ის დაუბრუნდება "აფეთქებას".

ნაბიჯი 6: მისი გამოყენება

არის თუ არა ეს ინსტრუმენტი გონივრულად ზუსტი იმისთვის, რისი გაკეთებაც მას სურს? მე გამოვიყენე დაკალიბრებული ნაკადის მრიცხველი, რომელიც დაკავშირებულია ჰაერის წყაროსთან, რომელიც გადავიდა სპირომეტრზე მიმაგრებული 3D დაბეჭდილი ლამინარული ჰაერის პალატაში და ზუსტად განსაზღვრა ჰაერის ნაკადის 5 ლიტრიდან/წთ -მდე 20 ლიტრ/წთ. ჩემი დასვენების მოქცევის მოცულობა მანქანაზე არის დაახლოებით 500 კუბური სმ. და ძალიან განმეორებადი. ნებისმიერი კლინიკური ტესტირებისას უნდა გახსოვდეთ, რა არის გონივრული მიღებული ინფორმაციის სარგებელი ძალისხმევის წინააღმდეგ … შეგიძლიათ აწონ -დაწონოთ თავი უახლოეს გრამამდე, მაგრამ რა სარგებლობის? შედეგის მიმართ ნებაყოფლობითი ტესტირების მცდელობის თანდაყოლილი ცვალებადობის გათვალისწინებით, ის შეიძლება ადეკვატური იყოს უმეტეს კლინიკურ სიტუაციებში. მეორე შეშფოთება არის ის, რომ ფილტვების უზარმაზარი ტევადობის მქონე ადამიანებმა შეიძლება ამოიღონ სენსორის ზედა ზღვარი. მე არ შემეძლო ამის გაკეთება, მაგრამ შესაძლებელია, მაგრამ ამ ადამიანებს არ აქვთ ფილტვების პრობლემები …

პირველ ეკრანზე წარმოდგენილია FEV1 და FEVC. მომდევნო მონაცემების ეკრანზე წარმოდგენილია დარტყმის ხანგრძლივობა, FEV1/FEVC თანაფარდობა და MaxFlow Lit/Sec. მე გავზარდე ის ორი ეკრანით, სადაც ვლინდება ვოლტი დროთა განმავლობაში და ლიტ/წამი დროთა განმავლობაში. აკრიფეთ დაცინვა FEV1 და FEVC და მეტრი ბეჭდვის ხანგრძლივობა და FEV1/FEVC. მათთვის, ვინც ბლინკს იცნობთ, იცით, რომ ამის გაკეთება შეგიძლიათ როგორც გსურთ, ტელეფონის აპლიკაციაში და გადმოწერეთ მონაცემები თქვენს ელ.ფოსტაზე შეხებით.

ინსტრუმენტის მხარეს ღილაკები გატეხილია იმ შემთხვევაში, თუ გსურთ მათი დაპროგრამება აპარატის ამოსუნთქვით ან ეკრანის გამოსასვლელის შესაცვლელად ან ბლინკის კავშირის შესაცვლელად, თუ გსურთ მისი ხაზგარეშე გამოყენება. ღილაკები დაბლა იჭერს 0 და 35 ქინძისთავებს, ასე რომ უბრალოდ ჩაწერეთ ეს პროგრამაში. ვითომ ბევრმა დატოვა ფილტვების პრობლემები და ეს მოწყობილობა შეიძლება გამოსადეგი იყოს იმ ქვეყნებში, სადაც ძვირადღირებულ სამედიცინო აღჭურვილობაზე წვდომა შეზღუდულია. თქვენ შეგიძლიათ დაბეჭდოთ და ააწყოთ ეს რამდენიმე საათში და დაბეჭდოთ მოწყობილობის უსაფრთხო ჩანაცვლებითი დაბინძურებული ნაწილები არაფრის გარეშე.

მეორე ადგილი ბატარეაზე მომუშავე კონკურსში