Máy đo xoắn ốc in 3D: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Theo rabbitcreekFollow More của tác giả:

Các dự án Fusion 360 »

Khí áp kế là công cụ cổ điển để thực hiện phân tích không khí khi nó được thổi ra khỏi miệng của bạn. Chúng bao gồm một ống mà bạn thổi vào để ghi lại âm lượng và tốc độ của một hơi thở, sau đó được so sánh với một tập hợp các giá trị bình thường dựa trên chiều cao, trọng lượng và giới tính và được sử dụng để theo dõi chức năng phổi. Dụng cụ do tôi thiết kế, mặc dù được kiểm tra về độ chính xác với lưu lượng kế không phải là thiết bị y tế được chứng nhận theo bất kỳ cách nào, nhưng trong một cách cụ thể, nó chắc chắn có thể vượt qua một lần - cung cấp các tài khoản tương đối có thể tái tạo và chính xác của FEV1, FEVC tiêu chuẩn và đồ thị thể tích sản lượng và tốc độ theo thời gian. Tôi đã thiết kế nó để các thiết bị điện tử với cảm biến dây buộc đắt tiền được giới hạn trong một bộ phận và ống thổi dễ dàng dùng một lần với các kênh chứa đầy vi rút liên quan nằm trong một bộ phận khác. Đây dường như là một trong những hạn chế của các máy tiêu chuẩn được sử dụng trong lâm sàng - các miếng dán miệng bằng bìa cứng có thể thay thế không thực sự loại bỏ tất cả các rủi ro khi vi rút lây nhiễm trong không khí và bạn được yêu cầu thổi lâu và mạnh vào một thiết bị rất đắt tiền. Chi phí của thiết bị dưới 40 đô la và bất kỳ ai có máy in 3D đều có thể tạo ra bao nhiêu tùy thích. Phần mềm Wifi kết nối nó với ứng dụng Blynk trên điện thoại thông minh của bạn để trực quan hóa và cho phép bạn tải xuống bất kỳ dữ liệu nào bạn muốn.

Bước 1: Mua hàng

Về cơ bản, chúng tôi đang xây dựng một cảm biến tương tự với một kết hợp màn hình / vi điều khiển tuyệt vời. Điều quan trọng là trong việc lựa chọn cảm biến phù hợp. Một số thiết kế khác cho các thiết bị này đã sử dụng các cảm biến thiếu độ nhạy cần thiết để cung cấp dữ liệu tính toán các yếu tố thở này. ESP32 có các vấn đề nổi tiếng với tính phi tuyến của ADC nhưng điều này dường như không đáng kể trong phạm vi của đơn vị này.

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 Mô-đun WiFi bluetooth 1.14 inch Bảng phát triển LCD $ 8 Bangood

2. Cảm biến áp suất SDP816-125PA, CMOSens®, 125 Pa, Analogue, Differential Newark $ 30, Digikey

3. Pin Lipo - 600 mah $ 2

4. Công tắc Bật / Tắt - Nút nguồn Bật-Tắt / Nút ấn Chuyển đổi Công tắc Adafruit

Bước 2: In 3D

Fusion 360 được sử dụng để thiết kế hai phần tử lồng vào nhau của Spirometer. Ống Venturi (ống thổi) có nhiều mẫu mã đa dạng. Để sử dụng phương trình Bernoulli để tính lưu lượng, bạn phải giảm thể tích dòng chảy trong ống đo. Nguyên tắc này được sử dụng trong nhiều loại cảm biến lưu lượng cho tất cả các loại chất lỏng chảy tầng. Các kích thước tôi sử dụng trong ống Venturi không có nguồn gốc cụ thể nào nhưng chúng dường như hoạt động. Cảm biến sử dụng chênh lệch áp suất trên các khu vực ống hẹp và rộng để tính lưu lượng dòng chảy. Tôi muốn cảm biến có thể gắn vào ống Venturi một cách dễ dàng và thuận chiều để thay đổi và tháo lắp nhanh chóng, vì vậy tôi đã thiết kế các ống cảm biến áp suất để dẫn ra khỏi mô hình và kết thúc ở đế của nó, nơi chúng sẽ gắn các đầu của đầu ống cảm biến. Có một phân cực cao / thấp đối với cảm biến phải được duy trì từ các khu vực áp suất cao / thấp của ống Venturi. Áp suất cao nằm trên mặt cắt thẳng và áp suất thấp nằm trên đường cong của giới hạn - giống như trên cánh máy bay. Phần thân của Spirometer được thiết kế cẩn thận để cung cấp các giá đỡ vít để giữ cảm biến đúng vị trí bằng các vít M3 (20 mm). Chúng được đặt trong các miếng chèn M3x4x5mm được thiết lập nhiệt. Phần còn lại của thiết kế cung cấp sự cố định của TTGO trong một khe ở dưới cùng và một cửa sổ cho màn hình. Cả nút và nắp nút đều được in hai lần và cho phép vỏ hộp truy cập vào hai nút trên bảng TTGO. Bìa là phần cuối cùng để in và được thiết kế để cung cấp quyền truy cập cho phích cắm nguồn / sạc vào đầu bảng TTGO. Tất cả các mảnh được in bằng PLA không có giá đỡ.

Bước 3: Nối dây

Không có nhiều thứ liên quan đến hệ thống dây của cảm biến và ESP32. Cảm biến có bốn dây dẫn và bạn nên tải xuống bảng dữ liệu cho cảm biến chỉ để đảm bảo rằng bạn có dây dẫn chính xác: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf Nguồn đi đến đầu ra 3,3 Volt của ESP32 và mặt đất và OCS đều được kết nối với mặt đất. Đầu ra tương tự của cảm biến được kết nối với chân 33 trên ESP. Vì các kết nối này rắn qua một lỗ hẹp trong vỏ không kết nối chúng trước khi lắp ráp thiết bị. Pin Lipo nằm gọn phía sau trong trường hợp, vì vậy hãy mua một viên pin có kích thước phù hợp với mAh. TTGO có mạch sạc với đầu nối JST nhỏ ở mặt sau. Kết nối pin với thiết bị này bằng công tắc bật / tắt ngắt dòng vị trí.

Bước 4: Lắp ráp

Sau khi sửa đổi in 3D được thực hiện đối với ống thổi. Hai phần của ống thủy sinh bằng nhựa được lắp vào các lỗ dưới cùng của thiết bị cho đến khi chúng đi tới và sau đó được cắt xén bằng tông đơ. Điều này tạo ra một khe hở đàn hồi để các lỗ mở ống cảm biến dễ dàng giao phối với nhau. Thiết bị chính yêu cầu lắp đặt các thanh chèn bằng đồng bộ nhiệt vào hai lỗ trên khung. Các lỗ gắn cảm biến phải được mở rộng một chút cho các vít 3mm (chiều dài 20 mm) với một bit có kích thước thích hợp. Gắn cảm biến bằng hai vít và hoàn tất các kết nối điện với bảng TTGO. Kết nối và gắn công tắc bật / tắt với superglue. Sử dụng một cái từ Adafruit vì vỏ được thiết kế để giữ chính xác. Hai nút được gắn vào vỏ bằng chất liệu superglue. Đảm bảo các nút trên bảng TTGO thẳng hàng bên dưới các khe hở. Nút được cài đặt theo sau là vỏ nút được siêu bền. Đảm bảo rằng bạn không dán nút vào vỏ của nó, nó phải di chuyển trong đó một cách tự do. Để ổn định phần trên của TTGO, hãy đặt những miếng keo nóng nhỏ lên hai bên vai để giữ cố định. Pin đi sau bảng. Hoàn thành việc lắp ráp bằng cách dán chồng lên trên. Phải dễ dàng truy cập vào đầu nối USB-C để lập trình và sạc pin.

Bước 5: Lập trình

Phần mềm cho thiết bị này lấy giá trị tương tự từ cảm biến thay đổi giá trị của nó thành vôn và sử dụng công thức từ bảng dữ liệu cảm biến để chuyển nó thành Pascal của áp suất. Từ đó nó sử dụng công thức Bernoullis để xác định vol / giây và khối lượng / giây của không khí đi qua ống. Sau đó, nó phân tích điều này thành các nhịp riêng lẻ và ghi nhớ các giá trị trong một số mảng dữ liệu và trình bày dữ liệu trên màn hình tích hợp và cuối cùng gọi máy chủ Blynk và tải nó lên điện thoại của bạn. Dữ liệu chỉ được ghi nhớ cho đến khi bạn hít thở một hơi khác. Việc sử dụng máy đo phế dung kế trên lâm sàng thường được thực hiện bằng cách yêu cầu bệnh nhân hít một hơi lớn nhất có thể và thổi ra càng lâu và càng mạnh càng tốt. Các thuật toán thường được sử dụng dựa trên chiều cao, cân nặng và giới tính sau đó được mô tả là bình thường hoặc bất thường. Các cách sắp xếp khác nhau của dữ liệu này cũng được trình bày, ví dụ FEV1 / FEVC - tổng khối lượng chia cho khối lượng trong giây đầu tiên. Tất cả các thông số được hiển thị trên màn hình Spirometers cũng như một biểu đồ nhỏ về nỗ lực của bạn theo vol theo thời gian. Khi dữ liệu đã được tải lên Wifi, màn hình trở về trạng thái "Blow". Tất cả dữ liệu sẽ bị mất sau khi tắt nguồn.

Phần đầu tiên của mã yêu cầu bạn nhập mã thông báo Blynk của mình. Tiếp theo yêu cầu mật khẩu Wifi và tên mạng. Diện tích nổi_1 là diện tích tính bằng m2 của ống khí kế trước khi thu hẹp và Diện tích nổi_2 là diện tích trong mặt cắt ngang trực tiếp khi thu hẹp. Thay đổi những điều này nếu bạn muốn thiết kế lại ống. Vol và volSec là hai mảng có chức năng tăng thể tích theo thời gian và tốc độ chuyển động của không khí. Chức năng vòng lặp bắt đầu với việc tính toán nhịp thở. Phần tiếp theo đọc cảm biến và tính toán áp suất. Câu lệnh if sau đây cố gắng tìm hiểu xem bạn đã thực hiện xong cú đánh của mình chưa - khó hơn bạn nghĩ, thường áp suất giảm đột ngột trong một phần nghìn giây ngay giữa cú đánh. Phần tiếp theo tính toán lưu lượng khối lượng dựa trên áp suất. Nếu một nhịp thở mới được phát hiện, tất cả dữ liệu sẽ bị đóng băng và các thông số được tính toán và gửi đến màn hình, tiếp theo là hàm vẽ đồ thị và cuối cùng là lệnh gọi Blynk để tải dữ liệu lên. Nếu không có kết nối Blynk nào được phát hiện, nó sẽ trở về trạng thái "Blow".

Bước 6: Sử dụng nó

Công cụ này có chính xác một cách hợp lý cho những gì nó có ý định làm không? Tôi đã sử dụng một đồng hồ đo lưu lượng đã hiệu chuẩn được kết nối với một nguồn không khí đi qua một buồng khí nhiều lớp in 3D được gắn vào Spirometer và nó dự đoán chính xác trong phạm vi lý do lưu lượng không khí từ 5 lit / phút đến 20 lit / phút. Thể tích thủy triều nghỉ ngơi của tôi trên máy là khoảng 500cc và rất dễ tái tạo. Với bất kỳ thử nghiệm lâm sàng nào, bạn phải ghi nhớ điều gì là hợp lý giữa lợi ích thông tin nhận được so với công sức bỏ ra… bạn có thể cân đo đong đếm bản thân mình chính xác đến từng gam nhưng lợi ích là gì? Xem xét sự thay đổi vốn có trong nỗ lực thử nghiệm chuyển tiếp đối với kết quả, nó có thể thích hợp cho hầu hết các tình huống lâm sàng. Mối quan tâm khác là một số người có dung tích phổi lớn có thể vượt quá giới hạn cảm biến trên. Tôi không thể làm điều này nhưng có thể, nhưng những người này không có khả năng bị các vấn đề về phổi…

Màn hình đầu tiên giới thiệu FEV1 và FEVC. Màn hình dữ liệu tiếp theo trình bày Khoảng thời gian thổi, tỷ lệ FEV1 / FEVC và MaxFlow tính bằng Lit / giây. Tôi đã tối đa hóa nó với hai màn hình hiển thị chi tiết Vol theo thời gian và Lit / giây theo thời gian. Các mặt số mô phỏng FEV1 và FEVC và thời lượng in của máy đo và FEV1 / FEVC. Nhưng đối với những người bạn đã quen thuộc với Blynk biết rằng bạn có thể làm điều này theo bất kỳ cách nào bạn muốn trên ứng dụng điện thoại và tải dữ liệu về email của bạn chỉ bằng một cú chạm.

Các nút ở mặt bên của thiết bị được tách ra trong trường hợp bạn muốn lập trình chúng để kích hoạt máy bằng hơi thở hoặc thay đổi đầu ra màn hình hoặc thay đổi kết nối Blynk nếu bạn muốn sử dụng ngoại tuyến. Các nút kéo chân 0 và 35 xuống thấp nên chỉ cần ghi điều này vào chương trình. COVID đã có chủ đích khiến nhiều người bị các vấn đề về phổi kéo dài và thiết bị này có thể hữu ích ở những quốc gia mà việc tiếp cận với thiết bị y tế đắt tiền có thể bị hạn chế. Bạn có thể in và lắp ráp nó trong vài giờ và in các phần bị ô nhiễm thay thế an toàn của thiết bị mà không cần làm gì.

Về nhì trong cuộc thi chạy bằng pin