چگونه می توان با آردوینو سنسور سرعت جریان هوا را برای ونتیلاتور COVID-19 زیر 20 پوند ساخت: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

لطفاً این گزارش را برای جدیدترین طراحی این سنسور جریان دهانه مشاهده کنید:

این دستورالعمل نشان می دهد که چگونه می توان با استفاده از سنسور فشار افتراقی کم هزینه و مواد در دسترس ، یک سنسور میزان جریان هوا را ساخت. طراحی برای یک سنسور جریان نوع دهانه است ، دهانه (در مورد ما یک واشر) محدودیت ایجاد می کند و ما می توانیم جریان را با اندازه گیری اختلاف فشار در دهانه محاسبه کنیم.

در ابتدا ما این سنسور را برای پروژه خود به نام OpenVent-Bristol طراحی کردیم و ساختیم که یک طراحی منبع باز ونتیلاتور سریع برای درمان COVID-19 است. با این حال ، این سنسور را می توان تقریباً در هر برنامه سنجش جریان هوا استفاده کرد.

این نسخه اولیه طراحی ما کاملاً با استفاده از قطعات خارج از قفسه ساخته شده است ، نیازی به چاپ سه بعدی یا برش لیزری نیست.

نقشه پیوست یک طرح مقطع از طرح را نشان می دهد. این بسیار ساده است 2 طول لوله کشی با یک واشر فوق العاده چسبیده در بین ، اندازه گیری فشار افتراقی در دهانه برای محاسبه میزان جریان.

لذت بردن!! و اگر خودتان این کار را می کنید ، نظر خود را برای ما بنویسید.

مرحله 1: خرید قطعات

اینها قطعات مورد نیاز شما هستند:

• 2x 15cm طول لوله لوله PVC OD 22mm
• 1x واشر فلزی ID 5.5mm OD حدود 20 میلی متر (بین 19.5-22 میلی متر خوب است)

• سنسور فشار دیفرانسیل (تقریباً 10 پوند). ما از MPX5010DP استفاده کردیم اما ممکن است بخواهید یکی دیگر را متناسب با فشارهای سیستم خود انتخاب کنید. برخی از فروشگاه هایی که این سنسورها را می فروشند در زیر فهرست شده اند:

  • uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/fa/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• لوله های فشار فشار به طول حدود 20 میلی متر بریده می شوند: هر لوله سفت و سخت 2 میلی متر OD باید مانند لوله برنجی مناسب باشد. از ناامیدی از نازل اسپری قوطی WD-40 استفاده کردم ، کار کرد اما چسب فوق العاده به خوبی نچسبید
• چسب فوق العاده
• لوله سیلیکون/PVC برای اتصال به پورت های فشار سنسور فشار. شناسه 2-3 میلی متری باید خوب باشد ، اگر لوله شما بزرگتر باشد ممکن است به یک کابل کوچک نیاز داشته باشید.

اگر می خواهید لوله سنسور جریان را روی لوله 22 میلیمتری دیگر نصب کنید ، ممکن است بخواهید 1 یا 2 اتصال لوله کشی بخرید:

توجه: مواد انتخاب شده مطابق مقررات محصولات پزشکی ، به ویژه PVC نیست.

مرحله 2: لوله لوله کشی را برش دهید

2 طول از لوله لوله کشی برش دهید. ما از طول 15 سانتی متر استفاده کردیم اما ممکن است کمی کوتاهتر کار کند. من برش ها را با استفاده از اره میتر انجام دادم زیرا مهم است که یک برش مربع زیبا داشته باشید. از کاغذ ماسه برای صاف کردن هر گونه خط و خش استفاده کنید

مرحله 3: لوله های لوله کشی را جمع کنید

• واشر خود را به انتهای یک لوله بچسبانید ، مطمئن شوید که ماشین لباسشویی با لوله یکنواخت است و مطمئن شوید که در اطراف محیط واشر یک مهره مداوم چسب ایجاد می کنید تا مطمئن شوید فشار هوا به بیرون نشت نمی کند.
• سپس طول دیگر لوله را به طرف دیگر واشر بچسبانید. مجدداً اطمینان حاصل کنید که همه طرف را چسب بزنید تا هوا نشت نکند

مرحله 4: شیرهای فشار را اضافه کنید

1. مطابق تصویر ضمیمه ، 2 سوراخ در فواصل واشر ایجاد کنید
2. میله های OD 2 میلیمتری را به داخل سوراخ ها فشار دهید ، مطمئن شوید که محکم است (لوله من 2.2 OD بود ، اما مته من 2 میلی متر بود ، بنابراین من فقط مته را کمی تکان دادم تا لوله محکم جا بیفتد)
3. لوله را به سوراخ فوق العاده بچسبانید ، مطمئن شوید که در تمام دور بسته شده است
4. نوار عایق را دور شیر فشار فشار دهید تا لوله سیلیکون روی آن محکم و محکم قرار گیرد

مرحله 5: آزمایش و کالیبراسیون

سنسور فشار را به آردوینو متصل کرده و شیرهای فشار را به پورت های سنسور فشار وصل کنید. اطمینان حاصل کنید که پین آنالوگ فیزیکی سنسور با پین نرم افزار مطابقت دارد.

با استفاده از کد پیوست آن را آزمایش کنید. توجه داشته باشید ، کتابخانه های زیر مورد نیاز است:

• سیم. ساعت
• و Sensirion_SFM3000_arduino (این کتابخانه برای سنسور دیگری است ، اما من برخی تغییرات را در کد خود ایجاد کرده ام)

در حالت ایده آل می خواهید سنسور خود را کالیبره کنید ، ما از Sensirion SFM3300 استفاده کردیم که به صورت سری با سنسور خانگی متصل شده است. اتصالات SFM3300 عبارتند از:

• Vcc - 5 ولت
• GND - GND
• SDA - A4
• SCL - A5

در حالت ایده آل ، منبع هوای شما برای آزمایش کالیبراسیون باید جریان ثابتی داشته باشد و قابل کنترل باشد تا یک جریان جریانی کنترل شده را ارائه دهد. ما از پمپ بستر هوا که هک شده است استفاده می کنیم تا از طریق کنترل کننده سرعت DC براش الکترونیکی کنترل شده با استفاده از پتانسیومتر تغذیه شود. اگر منبع تغذیه DC دارید که به خوبی کار می کند.

کد همچنین می تواند فشار و جریان سنسور ما را بخواند ، همچنین می تواند از Sensirion SFM3300 از طریق i2c ، که سنسوری است که ما برای کالیبراسیون استفاده کردیم ، بخواند. سنسور کالیبراسیون (به طرز شگفت انگیزی سنسور DIY نسبت به SFM3300 قرائت ثابت تری داشت.)

نسخه اول کد از یک جدول جستجوی کالیبره برای خروجی قرائت نرخ جریان استفاده می کند. ما این را توسط

• ثبت فشار بر روی یک رفت و برگشت کامل از منبع هوا (به عنوان فایل.csv)
• انتقال داده ها به اکسل
• عبور از معادله برای تعیین سرعت جریان
• سپس یک جدول جستجوی جدا شده با کاما ایجاد کنید که در یک آرایه صحیح آردوینو کپی/چسبانده شده بود

سند اکسل با معادله ذخیره می شود…

نسخه دوم کد به دلایل زیر از معادله ای در کد استفاده می کند:

• برای در نظر گرفتن درجه حرارت (که بر خواندن میزان جریان تأثیر می گذارد)
• برای در نظر گرفتن تغییر محدودیت پایین دست ، این را با یک سنسور فشار پایین دست جداگانه احساس خواهید کرد

مرحله 6: گزینه روش کالیبراسیون مناسب Janky

اگر سنسور جریان خارج از قفسه ندارید که بتوانید آن را با Sensirion SFM3300 کالیبره کنید ، این یکی از راه های بدست آوردن تصویری فوق العاده از خروجی جریان است. با این حال ، این فقط با منبع جریان فشار قوی کار می کند (حتی پمپ بستر هوا ممکن است در باد کردن بادکنک مشکل داشته باشد) و تنها در صورتی کار می کند که بتوانید منبع هوای خود را به طور مکرر خاموش کنید

• یک بالون به خروجی سیستم وصل کنید و قطر آن را در هر تورم اندازه بگیرید
• کوزه اندازه گیری را با آب پر کنید (شاید تقریباً در نیمه راه)
• بادکنک خود را به همان قطر دوباره باد کنید و سپس آن را کاملاً در آب قرار دهید و تفاوت سطح آب را قبل و بعد از قرار دادن بادکنک ثبت کنید.
• در مرحله بعد باید حجم تورم بالون را در کد خود اندازه گیری کنید ، این کار با ادغام جریان در طول زمان انجام می شود. من نمی توانم کد دقیقی برای انجام این کار به شما ارائه دهم زیرا بسته به منبع جریان شما و اینکه چگونه کد شما شروع و توقف جریان را حس می کند باید متفاوت باشد ، اما من یک تابع را در یک فایل متنی ضمیمه کرده ام که قرار داده می شود حجم ، شما فقط باید به آن بگویید که زمان شروع و توقف محاسبه حجم (به عنوان مثال برای آزمایش ما این در شروع و توقف هر تنفس بود) ، این از طریق متغیر بولی به نام "breathStatus" به تابع نشان داده می شود. به یاد داشته باشید که هنگام فراخوانی ، میزان جریان را بر حسب میلی لیتر بر ثانیه به آن تابع منتقل کنید.

مرحله 7: در سیستم خود ادغام شوید

آن را هرچه که هست به سیستم خود وصل کنید و از اندازه گیری میزان جریان زیر 15 پوند لذت ببرید:)

پیوست نمونه ای از برخی جریانها ، فشارها و حجم ها از برنامه تنفس ما است.

اتصالات لوله کشی مستقیم برای اتصال این سنسور به یک لوله OD 22 میلیمتری دیگر بسیار مناسب است.