اسپیرومتر چاپ سه بعدی: 6 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

توسط rabbitcreek بیشتر توسط نویسنده دنبال کنید:

پروژه های Fusion 360 »

اسپیرومترها وسیله ای کلاسیک برای تجزیه هوا در حین خروج از دهان هستند. آنها از لوله ای تشکیل شده اند که حجم و سرعت یک تنفس را ضبط می کند و سپس با مجموعه ای از مقادیر طبیعی بر اساس قد ، وزن و جنس مقایسه می شود و برای پیگیری عملکرد ریه استفاده می شود. ابزاری که طراحی کردم ، اگرچه از نظر صحت با فلومتر مورد آزمایش قرار گرفت ، به هیچ وجه یک دستگاه پزشکی معتبر نیست ، اما مطمئناً می تواند برای یک مورد مفید باشد-ارائه حسابهای نسبی تکرارپذیر و دقیق از استاندارد FEV1 ، FEVC و نمودارهای حجم خروجی و سرعت در طول زمان من آن را طوری طراحی کردم که وسایل الکترونیکی با سنسور گران قیمت وصل شده در یک قطعه محدود شده و لوله ضربه ای یکبار مصرف با کانال های مرتبط با ویروس مربوطه در قسمت دیگر قرار داشت. به نظر می رسد این یکی از اشکالات ماشین های استاندارد است که از نظر بالینی مورد استفاده قرار می گیرند - دهان های مقوایی قابل تعویض در صورت انتقال ویروس ها در هوا ، همه خطرات را از بین نمی برد و از شما خواسته می شود که به مدت طولانی و سخت در دستگاهی بسیار گران قیمت باد کنید. هزینه دستگاه کمتر از 40 دلار است و هر کسی که دارای چاپگر سه بعدی باشد می تواند هر مقدار که می خواهد تولید کند. Wifi نرم افزاری آن را برای تجسم به یک برنامه Blynk در تلفن هوشمند شما متصل می کند و به شما امکان می دهد داده هایی را که می خواهید بارگیری کنید.

مرحله 1: خرید وسایل

اساساً ما در حال ساخت یک سنسور آنالوگ با یک ترکیب بزرگ صفحه نمایش/میکروکنترلر هستیم. اهمیت انتخاب سنسور مناسب است. در چندین طرح دیگر برای این دستگاهها از حسگرهایی استفاده شده است که فاقد حساسیت لازم برای ارائه داده ها برای محاسبه این عناصر تنفسی هستند. ESP32 دارای مشکلات شناخته شده ای در مورد غیر خطی بودن ADC خود است ، اما به نظر نمی رسد که این امر در محدوده این واحد قابل توجه باشد.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi بلوتوث ماژول 1.14 اینچ صفحه توسعه LCD 8 دلار Bangood

2. سنسور فشار SDP816-125PA ، CMOSens® ، 125 Pa ، آنالوگ ، دیفرانسیل $ 30 Newark ، Digikey

3. باتری لیپو - 600mah 2 دلار

4. سوئیچ روشن / خاموش-دکمه روشن / خاموش / روشن / خاموش کلید سوئیچ Adafruit

مرحله 2: چاپ سه بعدی

Fusion 360 برای طراحی دو عنصر لانه سازی اسپیرومتر استفاده شد. لوله ونتوری (لوله باد) دارای طرح های متنوعی است. برای استفاده از معادله برنولی برای محاسبه جریان ، باید مقداری در حجم جریان در لوله اندازه گیری کاهش دهید. این اصل در انواع سنسورهای جریان برای انواع سیالات جریان آرام استفاده می شود. ابعادی که من در لوله ونتوری استفاده کردم از منبع خاصی نبود اما به نظر می رسید که کار می کنند. سنسور از فشار دیفرانسیل در نواحی باریک و گسترده لوله برای محاسبه حجم جریان استفاده می کند. من می خواستم سنسور بتواند لوله ونتوری را به راحتی و به طور برگشت پذیر برای تعویض و حذف سریع درگیر کند ، بنابراین لوله های سنسور فشار را طراحی کردم تا از مدل خارج شده و در پایه آن ختم شود و نوک سر لوله های سنسور را درگیر کنند. یک قطبیت بالا/پایین در سنسور وجود دارد که باید از مناطق فشار بالا/پایین لوله ونتوری حفظ شود. فشار بالا در قسمت مستقیم و فشار پایین بیش از منحنی محدودیت است-درست مانند بال هواپیما. بدنه اسپیرومتر به گونه ای طراحی شده است که پایه های پیچ را برای نگه داشتن سنسور در پیچ های M3 (20 میلی متر) در نظر گرفته است. اینها در درجهای M3x4x5mm با حرارت تنظیم می شوند. در بقیه طراحی ، لنگر TTGO در شکافی در پایین و پنجره ای برای صفحه نمایش داده می شود. دکمه و جلد دکمه هر دو دوبار چاپ می شوند و امکان دسترسی به جعبه دور را به دو دکمه روی برد TTGO می دهند. جلد آخرین قطعه برای چاپ است و به گونه ای طراحی شده است که به برق/شارژ در بالای برد TTGO دسترسی داشته باشد. همه قطعات در PLA بدون پشتیبانی چاپ می شوند.

مرحله 3: سیم کشی کنید

سیم کشی سنسور و ESP32 چیز زیادی ندارد. سنسور دارای چهار سرنشین است و شما فقط برای اطمینان از صحت خطوط باید صفحه اطلاعات سنسور را بارگیری کنید: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf قدرت به خروجی 3.3 ولت دستگاه می رسد ESP32 و زمین و OCS هر دو به زمین متصل هستند. خروجی آنالوگ سنسور به پین 33 در ESP وصل شده است. از آنجا که این اتصالات از طریق یک دهانه باریک در پوسته عبور می کنند ، آنها را قبل از مونتاژ واحد متصل نکنید. باتری Lipo در قسمت پشتی قرار می گیرد ، بنابراین باتری مناسب با mAh را تهیه کنید. TTGO دارای مدار شارژ با اتصال JST کوچک در پشت است. با شکستن خط خاموش ، باتری را به این وصل کنید.

مرحله 4: مونتاژ

اصلاح چاپ سه بعدی بر روی لوله ضربه انجام می شود. دو قسمت از لوله های آکواریوم پلاستیکی تا آنجا که می توانند در سوراخ های پایینی دستگاه نصب شده و سپس با برش بریده می شوند. این یک دهانه الاستیک برای دهانه های لوله سنسور ایجاد می کند تا به راحتی با آن جفت شوند. واحد اصلی نیاز به نصب درج برنجی در دو سوراخ در قاب دارد. سوراخ های نصب سنسور باید برای پیچ های 3 میلی متری (طول 20 میلی متر) با یک اندازه مناسب کمی افزایش یابد. سنسور را با دو پیچ نصب کنید و اتصالات الکتریکی را به برد TTGO متصل کنید. سوئیچ روشن/خاموش را با چسب فوق متصل کرده و نصب کنید. از موردی که از Adafruit تهیه شده است استفاده کنید زیرا کیس برای نگهداری دقیق آن طراحی شده است. این دو دکمه با چسب فوق العاده روی بدنه نصب شده اند. اطمینان حاصل کنید که دکمه های روی صفحه TTGO در زیر دهانه ها قرار گرفته اند. دکمه نصب می شود و سپس محفظه دکمه که فوق چسبیده است نصب می شود. مطمئن شوید که دکمه را به محفظه آن نمی چسبانید ، باید آزادانه درون آن حرکت کند. برای تثبیت بخش فوقانی TTGO ، تکه های کوچک چسب داغ را روی هر دو شانه قرار دهید تا در جای خود ثابت بماند. باتری در پشت صفحه قرار می گیرد. مونتاژ را با چسباندن قسمت فوقانی به پایان برسانید. برای برنامه نویسی و شارژ باتری باید به راحتی به اتصال USB-C دسترسی داشته باشید.

مرحله 5: برنامه نویسی

نرم افزار این ابزار مقدار آنالوگ را از سنسور دریافت می کند و مقدار آن را به ولت تغییر می دهد و از فرمول موجود در صفحه اطلاعات سنسور برای تبدیل آن به پاسکال فشار استفاده می کند. از این طریق از فرمول برنولی برای تعیین حجم/ثانیه و جرم/ثانیه هوای عبوری از لوله استفاده می کند. سپس این مورد را به تنفس های فردی تجزیه و تحلیل می کند و مقادیر موجود در چندین آرایه داده را به خاطر می آورد و داده ها را روی صفحه نمایش ساخته شده ارائه می دهد و در نهایت با سرور Blynk تماس می گیرد و آن را در تلفن شما بارگذاری می کند. داده ها فقط تا زمانی که یک نفس دیگر بکشید به خاطر سپرده می شوند. استفاده بالینی از اسپیرومتر معمولاً با درخواست از بیمار است که تا آنجا که ممکن است نفس عمیق بکشد و تا زمانی که می تواند آن را منفجر کند. الگوریتم های متداول بر اساس قد ، وزن و جنس معمولی یا غیر طبیعی توصیف می شوند. تنظیمات مختلف این داده ها نیز ارائه شده است یعنی FEV1/FEVC -حجم کل تقسیم بر حجم در ثانیه اول. تمام پارامترها بر روی صفحه نمایش اسپیرومترها و همچنین نمودار کوچکی از تلاش شما در حجم در طول زمان ارائه شده است. هنگامی که داده ها در Wifi بارگذاری می شوند ، صفحه به "Blow" بر می گردد. پس از قطع برق همه اطلاعات از بین می روند.

در بخش اول کد لازم است که توکن Blynk خود را وارد کنید. مورد بعدی به گذرواژه Wifi و نام شبکه نیاز دارد. مساحت شناور_1 مساحت در متر مربع لوله اسپیرومتر قبل از باریک شدن و مساحت شناور_2 مساحت مقطع مستقیم در باریک شدن است. اگر می خواهید لوله را دوباره طراحی کنید اینها را تغییر دهید. Vol و volSec دو آرایه ای هستند که حجم را در طول زمان و سرعت حرکت هوا افزایش می دهند. عملکرد حلقه با محاسبه میزان تنفس شروع می شود. بخش بعدی سنسور را می خواند و فشار را محاسبه می کند. دستور if زیر سعی می کند بفهمد آیا ضربه خود را تمام کرده اید یا خیر-سخت تر از آنچه فکر می کنید ، اغلب فشار در میانه ضربه به طور ناگهانی برای یک میلی ثانیه کاهش می یابد. بخش بعدی جریان جرم را بر اساس فشار محاسبه می کند. اگر یک نفس جدید تشخیص داده شود ، همه داده ها منجمد می شوند و پارامترها محاسبه و به صفحه نمایش ارسال می شوند ، و سپس یک عملکرد نمودار و در نهایت یک تماس Blynk برای بارگذاری داده ها. اگر اتصال Blynk تشخیص داده نشود ، به "Blow" باز می گردد.

مرحله 6: استفاده از آن

آیا این ابزار نسبت به آنچه که انجام می دهد دقیقاً منطقی است؟ من از یک جریان سنج کالیبره متصل به منبع هوایی که از یک محفظه هوایی چند بعدی چاپ شده متصل به اسپیرومتر عبور می کند استفاده کردم و آن را به طور دقیق جریان هوا را از 5 لیتر در دقیقه تا 20 لیتر در دقیقه پیش بینی کرد. حجم جزر و مدی استراحت من روی دستگاه حدود 500 سی سی است و بسیار قابل تکرار است. با هرگونه آزمایش بالینی ، باید به خاطر داشته باشید که از نظر مزایای دریافتی اطلاعات در برابر تلاش منطقی است یا خیر … آیا می توانید وزن خود را به نزدیکترین گرم برساند اما چه فایده ای دارد؟ با توجه به تنوع ذاتی در تلاش های آزمایشی ارادی نسبت به نتیجه ، ممکن است برای اکثر شرایط بالینی مناسب باشد. نگرانی دیگر این است که برخی از افراد با ظرفیت بزرگ ریه ممکن است از محدوده بالای سنسور استفاده کنند. من نتوانستم این کار را انجام دهم اما ممکن است ، اما این افراد به احتمال زیاد مشکلات ریوی ندارند…

صفحه اول FEV1 و FEVC را ارائه می دهد. صفحه داده بعدی مدت زمان ضربه ، نسبت FEV1/FEVC و MaxFlow را در Lit/Sec نشان می دهد. من آن را با دو صفحه نمایش با جزئیات Vol در طول زمان و Lit/sec در طول زمان به حداکثر رساندم. شماره گیرها FEV1 و FEVC و طول چاپ مترها و FEV1/FEVC را مسخره می کنند. اما برای کسانی که با Blynk آشنا هستید می دانید که می توانید این کار را به هر نحوی که می خواهید در برنامه تلفن انجام دهید و داده ها را با یک لمس به ایمیل خود بارگیری کنید.

در صورتی که بخواهید آنها را برای فعال کردن دستگاه با تنفس یا تغییر خروجی صفحه نمایش یا تغییر اتصال Blynk در صورت تمایل به صورت آفلاین استفاده کنید ، دکمه های کناری دستگاه شکسته می شوند. دکمه ها پایه های 0 و 35 را پایین می کشند ، بنابراین این را فقط در برنامه بنویسید. ظاهراً کووید بسیاری از افراد را با مشکلات طولانی مدت ریه روبرو کرده است و این دستگاه ممکن است در کشورهایی که دسترسی به تجهیزات پزشکی گران قیمت محدود است مفید باشد. می توانید این دستگاه را در چند ساعت چاپ و مونتاژ کنید و قسمت های آلوده و جایگزین ایمن دستگاه را بدون هیچ هزینه ای چاپ کنید.

نفر دوم در مسابقه باتری