Áp kế kỹ thuật số / Màn hình máy CPAP: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Bạn đã bao giờ thức dậy vào buổi sáng thấy mặt nạ CPAP của mình đã tắt chưa? Thiết bị này sẽ báo động cho bạn nếu bạn vô ý tháo mặt nạ trong khi ngủ.

Liệu pháp CPAP (Áp lực đường thở tích cực liên tục) là hình thức điều trị phổ biến nhất cho chứng Ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn (OSA). Đối với bệnh nhân điều trị CPAP, điều quan trọng là phải đeo mặt nạ CPAP mọi lúc trong khi ngủ để liệu pháp có hiệu quả và cũng để đáp ứng các tiêu chí tuân thủ CPAP do các công ty bảo hiểm yêu cầu.

Tuy nhiên, nhiều người gặp vấn đề khi điều chỉnh chế độ ngủ với mặt nạ CPAP, bao gồm cả vấn đề thức dậy liên tục để tìm mặt nạ CPAP của họ. Mặc dù nhiều thiết bị CPAP hiện đại đủ tinh vi để phân biệt mặt nạ thực sự đang ở trên người hoặc nếu người đó chỉ bật nó lên nhưng không đeo mặt nạ, nhưng không phải tất cả chúng đều có báo động hoặc báo thức đủ lớn để đánh thức bệnh nhân khi Mặt nạ CPAP bị tháo hoặc có lỗ rò rỉ khí lớn.

Dự án này là về việc chế tạo áp kế kỹ thuật số để theo dõi áp suất không khí bên trong đường ống CPAP. Nó sẽ hiển thị áp suất không khí theo thời gian thực bên trong đường ống CPAP và thiết bị sẽ phát ra cảnh báo bằng âm thanh khi mặt nạ CPAP có khả năng bị tắt hoặc có rò rỉ không khí lớn trong quá trình trị liệu.

Quân nhu

1. Bảng đột phá MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 với bảng mở rộng I / O
3. Mô-đun 16x2 LCD nối tiếp 1602 với bộ điều hợp IIC / I2C màu xanh lam hoặc xanh lục
4. 12x12x7.3mm Công tắc nút nhấn xúc giác tức thì với một keycap
5. Bộ rung âm thanh hoạt động DC 5V
6. 2mm ID, 4mm OD, Ống cao su silicone linh hoạt
7. Thân cảm biến in 3D và vỏ
8. Dây nhảy Dupont và vít tự khai thác (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 cái)

Bước 1: Cách thức hoạt động

Áp kế là một thiết bị để đo áp suất. Trong điều kiện bình thường trong quá trình điều trị CPAP, có một sự thay đổi đáng kể trong áp suất không khí bên trong đường ống CPAP do hơi thở khi bệnh nhân hít vào và thở ra không khí. Nếu có một sự rò rỉ không khí lớn hoặc mặt nạ bị tắt, sự dao động áp suất không khí trong đường ống sẽ nhỏ hơn nhiều. Vì vậy, về cơ bản chúng ta có thể kiểm tra trạng thái mặt nạ bằng cách liên tục theo dõi áp suất không khí bên trong đường ống CPAP bằng áp kế.

Áp kế kỹ thuật số

Trong dự án này, MPXV7002DP Cảm biến áp suất Silicon tích hợp được sử dụng như một bộ chuyển đổi để chuyển đổi áp suất không khí sang tín hiệu kỹ thuật số. Bảng đột phá MPXV7002DP được bán rộng rãi như một cảm biến chênh lệch áp suất để đo tốc độ không khí của các mẫu RC và tương đối rẻ. Đây là công nghệ tương tự bên trong các máy CPAP thương mại.

MPXV7002DP là cảm biến áp suất silicon nguyên khối được thiết kế cho nhiều ứng dụng. Nó có dải đo áp suất không khí từ -2 kPa đến 2 kPa (khoảng +/- 20,4 cmH2O), bao gồm độc đáo các mức áp suất điển hình để điều trị Ngưng thở khi ngủ do tắc nghẽn trong khoảng từ 6 đến 15 cmH2O.

MPXV7002DP được thiết kế như một cảm biến chênh lệch áp suất và có hai cổng (P1 & P2). Trong dự án này, MPXV7002DP được sử dụng làm cảm biến đo áp suất bằng cách để cổng phía sau (P2) mở với không khí xung quanh. Bằng cách này, áp suất được đo so với áp suất khí quyển xung quanh.

MPXV7002DP sẽ xuất ra một điện áp tương tự từ 0-5V. Điện áp này được đọc bởi chân tương tự Arduino và ẩn với áp suất không khí tương ứng bằng cách sử dụng chức năng truyền tải do nhà sản xuất cung cấp. Áp suất được đo bằng kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Kết quả sau đó được hiển thị trên màn hình LCD ở cả Pa (Pascal) và cmH2O.

Màn hình máy CPAP

Nghiên cứu cho thấy chuyển động thở là đối xứng và không thay đổi đáng kể khi tuổi tác ngày càng cao. Tốc độ hô hấp trung bình là 14 khi thở yên cho cả hai giới. Nhịp điệu (tỷ lệ cảm hứng / hết hạn) là 1: 1.21 đối với nam và 1: 1.14 đối với nữ trong thời gian thở yên tĩnh.

Dữ liệu thô của các phép đo áp suất không khí từ đường ống CPAP lên xuống khi mọi người thở và cũng có nhiều 'đột biến' vì nguồn cung cấp Arduino 5.0V khá ồn. Do đó, dữ liệu cần được làm mịn và đánh giá theo thời gian để phát hiện một cách đáng tin cậy những thay đổi áp suất do hít vào và thở ra.

Một số biện pháp được thực hiện bởi bản phác thảo Arduino để xử lý dữ liệu và theo dõi áp suất không khí. Tóm lại, bản phác thảo Arduino sử dụng thư viện trung bình đang hoạt động của Rob Tillaart để tính toán trung bình động của các phép đo áp suất không khí trong thời gian thực nhằm làm mịn các điểm dữ liệu, sau đó tính toán áp suất không khí tối thiểu và tối đa quan sát được sau mỗi vài giây. để xác định xem mặt nạ đã bị ngắt kết nối hay chưa bằng cách kiểm tra sự khác biệt giữa mức áp suất không khí đỉnh và đáy. Vì vậy, nếu đường truyền dữ liệu đến bị phẳng, thì có khả năng là có một lỗ rò khí lớn hoặc mặt nạ đã bị ngắt kết nối, một âm thanh báo động sẽ phát ra để đánh thức bệnh nhân để thực hiện các điều chỉnh cần thiết. Xem các ô dữ liệu để hình dung thuật toán này.

Bước 2: Các bộ phận và sơ đồ

Tất cả các phần đều có sẵn từ Amazon.com và BOM với các liên kết được cung cấp ở trên.

Ngoài ra, thân cảm biến và vỏ bao gồm hộp thiết bị và mặt sau cần được in 3D bằng các tệp STL bên dưới. Thân cảm biến nên được in ở vị trí thẳng đứng với giá đỡ để có kết quả tốt nhất.

Một giản đồ được cung cấp để tham khảo.

Bước 3: Xây dựng và thử nghiệm ban đầu

Đầu tiên chuẩn bị tất cả các bộ phận để lắp ráp cuối cùng. Hàn các chân vào bo mạch Nano nếu cần, sau đó lắp bo mạch Nano vào bo mạch mở rộng I / O. Sau đó, gắn hoặc hàn dây jumper vào công tắc nút và bộ rung. Tôi đã sử dụng một số đầu nối servo còn sót lại thay vì dây jumper. Đối với MPXV7002DP, bạn có thể sử dụng dây đi kèm với bảng đột phá mà không cần hàn hoặc hàn dây vào bảng đột phá như trong hình. Ngoài ra, cắt ống cao su silicon khoảng 30 mm và gắn nó vào cổng bên trên (P1) trên MPXV7002DP.

Khi các bộ phận đã được chuẩn bị xong, việc lắp ráp cuối cùng rất đơn giản do sử dụng bảng mạch mở rộng I / O và màn hình LCD I2C nối tiếp.

Bước 1: Lắp bo mạch đột phá MPXV7002DP vào thân cảm biến in 3D. Trát đầu hở của ống silicon vào lỗ đo sau đó cố định bảng bằng 2 vít nhỏ. Kết nối cảm biến với chân S tại cổng A0 trên bảng mở rộng.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

Bước 2: Kết nối màn hình LCD với các chân S của bảng mạch mở rộng Nano ở cổng A4 và A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Bước 3: Kết nối Buzzer và chuyển sang cổng bảng mạch mở rộng D5 và D6

• Chuyển: sang cổng 5 giữa S và G
• Buzzer: tới cổng 6, cực dương đối với S và tiếp đất đối với G

Bước 4: Lắp ráp cuối cùng

Cố định thân cảm biến vào tấm mặt sau bằng 4 vít M3, sau đó lắp màn hình LCD và bảng mạch mở rộng Nano và cố định chúng bằng các vít nhỏ. Đẩy công tắc nút và bộ rung vào hộp và cố định chúng bằng keo nóng.

Bước 5: Lập trình

1. Thêm các thư viện vào Arduino IDE của bạn. Các thư viện có thể được tìm thấy tại: LiquidCrystal-I2C và RunningAverage.
2. Kết nối Arduino của bạn với máy tính và cài đặt bản phác thảo Arduino.

Đó là nó. Bây giờ cấp nguồn cho thiết bị bằng USB hoặc cấp nguồn 9-12V cho cổng DC trên bảng mở rộng (khuyến nghị). Nếu đèn nền màn hình LCD sáng nhưng màn hình trống hoặc khó đọc các chữ cái, hãy điều chỉnh độ tương phản của màn hình bằng cách xoay chiết áp màu xanh lam ở mặt sau của mô-đun I2C LCD.

Cuối cùng gắn tấm sau vào hộp trước bằng 4 vít M3.

Bước 4: Thiết lập kiểm tra áp kế đơn giản

Tôi tò mò về độ chính xác của áp kế kỹ thuật số này và đã chế tạo một giá đỡ thử nghiệm đơn giản để so sánh chỉ số của đồng hồ với áp kế nước cổ điển. Với một máy bơm không khí điện được điều khiển bởi bộ điều khiển tốc độ động cơ, tôi có thể tạo ra áp suất không khí thay đổi và thực hiện các phép đo đồng thời bằng cả áp kế kỹ thuật số và áp kế nước được kết nối nối tiếp. Các phép đo áp suất khá gần nhau ở các mức áp suất không khí khác nhau.

Bước 5: Bắt đầu hành động

Việc sử dụng thiết bị này khá đơn giản. Đầu tiên kết nối thiết bị nội tuyến giữa máy CPAP và mặt nạ sử dụng ống CPAP 15mm tiêu chuẩn. Kết nối một bên của màn hình với máy CPAP sau đó kết nối bên kia của màn hình với mặt nạ để không khí có thể đi qua.

Hiệu chuẩn khi bật nguồn

Cảm biến MPXV7002DP cần được hiệu chỉnh về áp suất không so với áp suất khí quyển xung quanh mỗi khi bật nguồn để đảm bảo độ chính xác của cảm biến. Đảm bảo rằng máy CPAP đã được tắt và không có áp suất không khí bổ sung bên trong đường ống khi cấp nguồn. Khi quá trình hiệu chuẩn kết thúc, máy đo sẽ hiển thị giá trị offset và thông báo thiết bị đã sẵn sàng.

Máy đo hoạt động ở chế độ Áp kế hoặc chế độ Báo động CPAP bằng cách nhấn nút. Điểm đáng chú ý là đèn nền LCD được quản lý theo chế độ hoạt động và giá trị cảm biến để giúp máy đo ít bị phân tâm hơn trong khi ngủ.

Chế độ áp kế

Đây là chế độ chờ và dấu "-" sẽ hiển thị ở góc dưới bên phải màn hình. Chức năng báo động bị tắt ở chế độ này. Màn hình sẽ hiển thị áp suất không khí theo thời gian thực ở cả Pascal (P) và cmH20 (H) ở hàng đầu tiên, và áp suất Tối thiểu và Tối đa cũng như Chênh lệch giữa Min. và Max. được quan sát trong 3 giây qua ở hàng thứ hai. Ở chế độ này, đèn nền LCD sẽ sáng liên tục nhưng sẽ hết thời gian nếu áp suất không khí tương đối bằng 0 được đo liên tục trong hơn 10 giây.

Chế độ báo động CPAP

Đây là chế độ báo thức và một dấu "*" sẽ hiển thị ở góc dưới bên phải màn hình. Trong chế độ này, đồng hồ sẽ kiểm tra sự khác biệt giữa mức đỉnh và mức đáy của áp suất không khí. Đèn nền LCD sẽ tắt sau 10 giây và vẫn tắt miễn là không phát hiện thấy sự chênh lệch áp suất thấp. Đèn nền sẽ bật sáng trở lại nếu phát hiện thấy sự khác biệt nhỏ hơn 100 Pascal. Và bộ rung sẽ phát ra âm thanh cảnh báo với thông báo "Mặt nạ kiểm tra" được hiển thị trên màn hình nếu sự khác biệt về mức áp suất không khí đo được ở mức thấp liên tục trong hơn 10 giây. Sau khi bệnh nhân điều chỉnh lại mặt nạ và chênh lệch áp suất trở lại trên 100 Pascal thì cả báo động và đèn chiếu hậu sẽ lại tắt.

Bước 6: Tuyên bố từ chối trách nhiệm

Thiết bị này không phải là thiết bị y tế, cũng không phải là phụ kiện của thiết bị y tế. Phép đo không được sử dụng cho mục đích chẩn đoán hoặc điều trị.

Về nhì trong cuộc thi Cảm biến