3D -gedrukte spirometer: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Deur rabbitcreek Volg meer deur die skrywer:

Fusion 360 -projekte »

Spirometers is die klassieke instrument om lug te ontleed terwyl dit uit u mond waai. Dit bestaan uit 'n buis wat u blaas wat die volume en spoed van een asemhaling registreer, wat dan vergelyk word met 'n stel normale waardes gebaseer op lengte, gewig en geslag en word gebruik om die longfunksie te volg. Die instrument wat ek ontwerp het, hoewel getoets vir akkuraatheid met 'n vloeimeter, is geensins 'n gesertifiseerde mediese toestel nie, maar dit kan in 'n knippie beslis vir een verbygaan-'n relatiewe reproduceerbare en akkurate weergawe van die standaard FEV1, FEVC en volumediagramme uitset en spoed met verloop van tyd. Ek het dit so ontwerp dat die elektronika met die duur vasgemaakte sensor tot een stuk beperk is en die maklik weggooibare buis met gepaardgaande virusbelaaide kanale in 'n ander was. Dit blyk een van die nadele te wees van standaardmasjiene wat klinies gebruik word. Vervangbare mondstukke van karton elimineer nie regtig alle risiko's as virusse in die lug gedra word nie en u word gevra om lank en hard in 'n duur apparaat te blaas. Die koste van die toestel is minder as $ 40, en almal met 'n 3D -drukker kan soveel as moontlik kry. Die sagteware Wifi koppel dit aan 'n Blynk -app op u slimfoon vir visualisering en stel u in staat om alle gewenste data af te laai.

Stap 1: Koop goed

In wese bou ons 'n analoog sensor met 'n uitstekende kombinasie van skerm/mikrobeheerder. Dit is belangrik om die regte sensor te kies. Verskeie ander ontwerpe vir hierdie toestelle het sensors gebruik wat nie die nodige sensitiwiteit het om die data te verskaf om hierdie asemhalingselemente te bereken nie. Die ESP32 het bekende probleme met die nie -lineariteit van sy ADC, maar dit blyk nie betekenisvol te wees in die reeks van hierdie eenheid nie.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi bluetooth-module 1.14 duim LCD-ontwikkelingsbord $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA druksensor, CMOSens®, 125 Pa, analoog, differensiaal $ 30 Newark, Digikey

3. Lipo -battery - 600mah $ 2

4. Aan / af skakelaar-Aan-af kragknop / drukknoppie skakelaar Adafruit

Stap 2: 3D -druk

Fusion 360 is gebruik om die twee neselemente van die Spirometer te ontwerp. Die Venturi -buis (blaasbuis) het 'n verskeidenheid ontwerpe. Om die Bernoulli -vergelyking te gebruik vir die berekening van vloei, moet u 'n mate van vloei in die meetbuis verminder. Hierdie beginsel word gebruik in 'n verskeidenheid vloedsensors vir allerhande laminêre vloeistowwe. Die afmetings wat ek in die Venturi -buis gebruik het, kom uit geen spesifieke bron nie, maar dit het net gelyk of dit werk. Die sensor gebruik die differensiële druk oor die smal en wye buisareas om die vloeivolume te bereken. Ek wou hê dat die sensor die Venturi -buis maklik en omkeerbaar kan inskakel vir 'n vinnige verandering en verwydering, sodat ek die druksensorbuise ontwerp het om uit die model te lei en aan die onderkant te eindig waar hulle die punte van die sensorbuiskoppe sou aansluit. Daar is 'n hoë/lae polariteit van die sensor wat van die hoë/lae drukareas van die Venturi -buis gehandhaaf moet word. Die hoë druk is in die reguit gedeelte en die lae druk is oor die kromme van die beperking-net soos oor 'n vliegtuigvleuel. Die liggaam van die Spirometer is sorgvuldig ontwerp om skroefhouers te voorsien om die sensor vas te hou met M3 (20 mm) skroewe. Dit word in hitte-ingestelde M3x4x5mm-insetsels geplaas. Die res van die ontwerp maak voorsiening vir die verankering van die TTGO in 'n gleuf aan die onderkant en 'n venster vir die skerm. Die knoppie en knoppie se omslag word albei twee keer gedruk en bied toegang tot die twee knoppies op die TTGO-bord. Die omslag is die laaste stuk om af te druk en is ontwerp om toegang tot die krag/laaiprop aan die bokant van die TTGO -bord te gee. Alle stukke word in PLA gedruk sonder ondersteuning.

Stap 3: Bedraad dit

Daar is nie veel aan die bedrading van die sensor en die ESP32 nie. Die sensor het vier leidrade en u moet die datablad vir die sensor aflaai net om seker te maak dat u die leidings korrek het: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Die krag gaan na die 3.3 Volt -uitset van die ESP32 en die grond en OCS is albei met die aarde verbind. Die analoog uitset van die sensor word gekoppel aan pen 33 op die ESP. Aangesien hierdie verbindings deur 'n smal opening in die dop slang, moet u dit nie verbind voordat die eenheid gemonteer is nie. Die Lipo -battery pas agter in die tas, so kry 'n een wat die regte grootte vir die mAh het. Die TTGO het 'n laaikring met 'n klein JST -aansluiting aan die agterkant. Koppel die battery hierop met die aan/uit -skakelaar wat die poslyn breek.

Stap 4: Montering

Na die 3D -druk word die blaasbuis verander. Twee dele plastiek akwariumbuise word so ver as moontlik in die onderste gate van die eenheid aangebring en dan met knippers afgewerk. Dit bied 'n elastiese opening waarmee die sensorbuisopeninge maklik kan pas. Die hoofeenheid benodig die installering van hitte -stel koperblaaie in die twee gate in die raam. Die sensorbevestigingsgate moet effens vergroot word vir die 3 mm (20 mm lengte) skroewe met 'n toepaslike grootte. Monteer die sensor met twee skroewe en maak die elektriese verbindings aan die TTGO -bord klaar. Koppel die aan/uit -skakelaar aan en monteer dit met 'n superlijm. Gebruik die van Adafruit, aangesien die omhulsel presies daarin gehou is. Die twee knoppies word met 'n superlijm op die omhulsel gemonteer. Maak seker dat die knoppies op die TTGO -bord onder die openinge pas. Die knoppie word geïnstalleer, gevolg deur die knoppiebehuizing wat met 'n superlijm is. Maak seker dat u nie die knoppie aan die omhulsel plak nie, dit moet vrylik daarin kan beweeg. Om die boonste gedeelte van die TTGO te stabiliseer, plaas klein stukkies warm gom op elke skouer om dit vas te hou. Die battery gaan agter die bord. Sluit die samestelling af deur die bokant aan te plak. Daar moet maklike toegang tot die USB-C-aansluiting wees vir programmering en laai van batterye.

Stap 5: Programmering

Die sagteware vir hierdie instrument neem die analoge waarde van die sensor in, verander die waarde daarvan in volt en gebruik die formule van die sensordatablad om dit in drukdruk te omskakel. Hieruit gebruik dit die Bernoullis -formule om die vol/sek en massa/sek van lug wat deur die buis gaan, te bepaal. Dit ontleed dit dan in individuele asemteue en onthou die waardes in verskeie datarangskikkings en bied die data op die ingeboude skerm aan en skakel uiteindelik die Blynk -bediener en laai dit na u telefoon. Die data word slegs onthou totdat u weer asemhaal. Die kliniese gebruik van 'n spirometer word gewoonlik gedoen deur die pasiënt te vra om so lank as moontlik asem te haal en dit so lank as moontlik uit te blaas. Algemeen gebruik algoritmes gebaseer op lengte, gewig en geslag word dan as normaal of abnormaal beskryf. Verskillende rangskikkings van hierdie data word ook aangebied, dws FEV1/FEVC -totale volume gedeel deur volume in die eerste sekonde. Al die parameters word op die Spirometers -skerm aangebied, sowel as 'n klein grafiek van u inspanning in volume oor tyd. As data na Wifi opgelaai is, keer die skerm terug na "Blaas". Alle data gaan verlore nadat die krag afgeskakel is.

In die eerste gedeelte van die kode moet u u Blynk -token invoer. Die volgende vereis Wifi -wagwoord en netwerknaam. Float area_1 is die oppervlakte in vierkante meter van die spirometerbuis voor vernouing en Float area_2 is die oppervlakte in dwarssnit direk by die vernouing. Verander hierdie as u die buis wil herontwerp. Vol en volSec is die twee skikkings wat die volume verhoog met verloop van tyd en die spoed van lugbeweging. Die lusfunksie begin met die berekening van asemhalingsyfers. Die volgende afdeling lees die sensor en bereken druk. Die volgende as verklaring probeer uitvind of u klaar is met u slag-moeiliker as wat u dink, dikwels daal die druk skielik vir 'n millisekonde reg in die middel van die slag. Die volgende afdeling bereken massavloei op grond van die druk. As 'n nuwe asem opgespoor word, word alle data gevries en parameters bereken en na die skerm gestuur, gevolg deur 'n grafiese funksie en uiteindelik 'n Blynk -oproep om die data op te laai. As daar geen Blynk -verbinding bespeur word nie, keer dit terug na "Blaas".

Stap 6: Gebruik dit

Is hierdie instrument redelik akkuraat vir wat dit beoog om te doen? Ek gebruik 'n geykte vloeimeter wat gekoppel is aan 'n lugbron wat deur 'n 3D -gedrukte laminaire lugkamer aan die Spirometer geheg is, en dit het akkuraat voorspel binne die lugvloei van 5 lit/min tot 20 lit/min. My getyvolume op die masjien is ongeveer 500cc en baie reproduceerbaar. Met enige kliniese toetsing moet u in gedagte hou wat redelik is in terme van inligtingvoordeel en inspanning … u kan uself tot die naaste gram weeg, maar tot watter voordeel? Met inagneming van die veranderlikheid wat inherent is aan die toetsing van die resultate, kan dit voldoende wees vir die meeste kliniese situasies. Die ander kommer is dat sommige mense met 'n groot longkapasiteit die boonste sensorlimiet kan oorskry. Ek kon dit nie doen nie, maar dit is moontlik, maar hierdie mense het waarskynlik nie longprobleme nie …

Die eerste skerm bied FEV1 en FEVC aan. Die volgende dataskerm bied blaasduur, FEV1/FEVC -verhouding en MaxFlow in lit/sek. Ek het die maksimum bereik met twee skerms waarin Vol oor tyd en met lit/sek oor tyd beskryf word. Die draaiknoppies toon FEV1 en FEVC en die meters se drukduur en FEV1/FEVC. Maar vir diegene wat vertroud is met Blynk, weet dat u dit op die telefoonprogram kan doen soos u wil en die data met 'n tikkie na u e -pos kan aflaai.

Die knoppies aan die kant van die instrument word uitgebreek as u dit wil programmeer om die masjien met 'n asem te aktiveer of om die skermuitgang te verander of om die Blynk-verbinding te verander as u dit vanlyn wil gebruik. Die knoppies trek pen 0 en 35 laag, dus skryf dit net in die program in. COVID het na bewering baie mense met longprobleme gelaat, en hierdie toestel kan nuttig wees in lande waar toegang tot duur mediese toerusting beperk kan word. U kan dit binne 'n paar uur druk en bymekaarmaak en die besmette dele van die toestel veilig vervang.

Naaswenner in die kompetisie met batterye