مقياس التنفس المطبوع ثلاثي الأبعاد: 6 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

تابع المزيد بالمؤلف:

مشاريع فيوجن 360 »

أجهزة قياس التنفس هي الأداة الكلاسيكية لأداء تحليل الهواء أثناء نفخه من فمك. وهي تتكون من أنبوب تنفخ فيه يسجل حجم وسرعة نفس واحد ثم تتم مقارنته بمجموعة من القيم الطبيعية على أساس الطول والوزن والجنس وتستخدم لمتابعة وظائف الرئة. الأداة التي صممتها ، على الرغم من اختبار دقتها باستخدام مقياس التدفق ، ليست بأي حال من الأحوال جهازًا طبيًا معتمدًا ، ولكن في حالة الضرورة ، يمكن أن تمر بالتأكيد لجهاز واحد - مما يوفر حسابات قابلة للتكرار ودقيقة نسبيًا لمعيار FEV1 و FEVC والرسوم البيانية للحجم الإخراج والسرعة بمرور الوقت. لقد قمت بتصميمه بحيث تقتصر الإلكترونيات ذات المستشعر المربوط الباهظ الثمن على قطعة واحدة وأنبوب النفخ الذي يمكن التخلص منه بسهولة مع القنوات المحملة بالفيروسات المرتبطة به كان في قطعة أخرى. يبدو أن هذا هو أحد عيوب الآلات القياسية المستخدمة سريريًا - فالأبواق الكرتونية القابلة للاستبدال لا تقضي حقًا على جميع المخاطر عندما تنتقل الفيروسات جواً ويطلب منك النفخ لفترة طويلة وبقوة في جهاز باهظ الثمن. تكلفة الجهاز أقل من 40 دولارًا ويمكن لأي شخص لديه طابعة ثلاثية الأبعاد الحصول على ما يريد. يقوم برنامج Wifi بربطه بتطبيق Blynk على هاتفك الذكي من أجل التصور ويسمح لك بتنزيل أي بيانات تريدها.

الخطوة 1: شراء الأشياء

في الأساس ، نقوم ببناء جهاز استشعار تناظري مع مجموعة رائعة من الشاشة / متحكم دقيق. تكمن الأهمية في اختيار المستشعر الصحيح. استخدمت العديد من التصميمات الأخرى لهذه الأجهزة مستشعرات تفتقر إلى الحساسية اللازمة لتوفير البيانات لحساب عناصر التنفس هذه. لدى ESP32 مشكلات معروفة في عدم الخطية في ADC الخاص به ولكن لا يبدو أن هذا مهم في نطاق هذه الوحدة.

1. ttgo t- عرض esp32 cp2104 wifi وحدة بلوتوث 1.14 بوصة lcd مجلس التنمية $ 8 Bangood

2. SDP816-125PA مستشعر الضغط ، CMOSens® ، 125 باسكال ، تناظري ، تفاضلي 30 دولارًا أمريكيًا ، Digikey

3. بطارية ليبو - 600 مللي أمبير 2 دولار

4. مفتاح تشغيل / إيقاف - زر تشغيل / إيقاف تشغيل / زر ضغط تبديل Adafruit

الخطوة الثانية: طباعة ثلاثية الأبعاد

تم استخدام Fusion 360 لتصميم عنصرين متداخلين لمقياس التنفس. يحتوي أنبوب الفنتوري (أنبوب النفخ) على مجموعة متنوعة من التصميمات. لاستخدام معادلة برنولي لحساب التدفق ، يجب أن يكون لديك بعض الانخفاض في حجم التدفق في أنبوب القياس. يستخدم هذا المبدأ في مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار التدفق لجميع أنواع سوائل التدفق الصفحي. الأبعاد التي استخدمتها في أنبوب فنتوري لم تكن من مصدر معين لكنها بدت وكأنها تعمل. يستخدم المستشعر الضغط التفاضلي عبر مناطق الأنبوب الضيقة والعريضة لحساب حجم التدفق. كنت أرغب في أن يكون المستشعر قادرًا على إشراك أنبوب Venturi بسهولة وعكسه من أجل التغيير والإزالة بسرعة ، لذلك صممت أنابيب مستشعر الضغط لتخرج من النموذج وتنتهي عند قاعدتها حيث ستشرك أطراف رؤوس أنبوب المستشعر. هناك قطبية عالية / منخفضة في المستشعر يجب الحفاظ عليها من مناطق الضغط المرتفع / المنخفض لأنبوب فنتوري. يكون الضغط المرتفع في المقطع المستقيم والضغط المنخفض فوق منحنى التقييد - تمامًا كما هو الحال فوق جناح الطائرة. تم تصميم جسم مقياس التنفس بعناية لتوفير حوامل لولبية لتثبيت المستشعر في مكانه باستخدام براغي M3 (20 مم). يتم وضعها في إدراجات M3x4x5mm الحرارة. يوفر باقي التصميم تثبيت TTGO في فتحة في الأسفل ونافذة للشاشة. تتم طباعة كل من الزر وغطاء الزر مرتين ويسمحان بالوصول إلى الزرين الموجودين على لوحة TTGO. الغلاف هو آخر قطعة يتم طباعتها وهو مصمم لمنح إمكانية الوصول لقابس الطاقة / الشحن إلى الجزء العلوي من لوحة TTGO. تتم طباعة جميع القطع في PLA بدون دعم.

الخطوة 3: اربطها

لا يوجد الكثير في توصيلات المستشعر و ESP32. يحتوي المستشعر على أربعة خيوط ويجب عليك تنزيل ورقة البيانات الخاصة بالمستشعر فقط للتأكد من أن لديك الخيوط الصحيحة: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf تنتقل الطاقة إلى خرج 3.3 فولت من كلا من ESP32 والأرضي و OCS متصلان بالأرض. يتم توصيل الخرج التناظري للمستشعر بالدبوس 33 في المرساب الكهروستاتيكي. نظرًا لأن هذه الوصلات تتسلل عبر فتحة ضيقة في الغلاف ، فلا تقم بتوصيلها قبل تجميع الوحدة. تتناسب بطارية ليبو مع الجزء الخلفي من العلبة ، لذا احصل على واحدة ذات حجم مناسب لـ mAh. يحتوي TTGO على دائرة شحن مع موصل JST صغير في الخلف. قم بتوصيل البطارية بهذا باستخدام مفتاح التشغيل / الإيقاف الذي يكسر خط نقاط البيع.

الخطوة 4: التجميع

يتم إجراء تعديل ما بعد الطباعة ثلاثية الأبعاد على أنبوب النفخ. يتم تركيب قسمين من أنابيب أحواض السمك البلاستيكية في الفتحات السفلية للوحدة بقدر ما ستذهب ، ثم يتم قصهما باستخدام كليبرز. يوفر هذا فتحة مرنة لفتحات أنبوب المستشعر لتتوافق معها بسهولة. تتطلب الوحدة الرئيسية تركيب إدراجات نحاسية لمجموعة الحرارة في الفتحتين في الإطار. يجب تكبير فتحات تثبيت المستشعر قليلاً من أجل البراغي مقاس 3 مم (20 مم) بقمة مناسبة الحجم. قم بتركيب المستشعر ببراغي وقم بإنهاء التوصيلات الكهربائية بلوحة TTGO. قم بتوصيل وتركيب مفتاح التشغيل / الإيقاف باستخدام superglue. استخدم واحدًا من Adafruit لأن الغلاف مصمم للاحتفاظ به تمامًا. يتم تثبيت الزرين على العلبة مع superglue. تأكد من محاذاة الأزرار الموجودة على لوحة TTGO أسفل الفتحات. يتم تثبيت الزر متبوعًا بإسكان الزر الذي تم لصقها بشكل فائق. تأكد من عدم لصق الزر على غلافه ، يجب أن يتحرك داخله بحرية. لتثبيت الجزء العلوي من TTGO ، ضع قطعًا صغيرة من الغراء الساخن على أي من الكتفين لتثبيته في مكانه. تذهب البطارية إلى الجزء الخلفي من اللوحة. قم بإنهاء التجميع عن طريق ضخ الجزء العلوي. يجب أن يكون هناك وصول سهل إلى موصل USB-C للبرمجة وشحن البطارية.

الخطوة الخامسة: البرمجة

يأخذ البرنامج الخاص بهذه الأداة القيمة التناظرية من المستشعر الذي يغير قيمته إلى فولت ويستخدم الصيغة من ورقة بيانات المستشعر لتحويلها إلى باسكال ضغط. من هذا يستخدم صيغة برنوليس لتحديد حجم / ثانية وكتلة / ثانية الهواء الذي يمر عبر الأنبوب. ثم يقوم بتحليل ذلك إلى أنفاس فردية ويتذكر القيم في العديد من مصفوفات البيانات ويقدم البيانات على الشاشة المضمنة وأخيراً يتصل بخادم Blynk ويقوم بتحميله على هاتفك. يتم تذكر البيانات فقط حتى تأخذ نفسًا آخر. يتم الاستخدام السريري لمقياس التنفس عادة عن طريق مطالبة المريض بأخذ نفس كبير قدر الإمكان وتفجيره لأطول فترة ممكنة. ثم توصف الخوارزميات الشائعة الاستخدام القائمة على الطول والوزن والجنس بأنها طبيعية أو غير طبيعية. يتم أيضًا تقديم ترتيبات مختلفة لهذه البيانات مثل FEV1 / FEVC - الحجم الإجمالي مقسومًا على الحجم في الثانية الأولى. يتم عرض جميع المعلمات على شاشة مقياس التنفس بالإضافة إلى رسم بياني صغير لجهودك في المجلد بمرور الوقت. عندما يتم تحميل البيانات على شبكة Wifi ، تعود الشاشة إلى الوضع "Blow". يتم فقد جميع البيانات بعد إيقاف تشغيل الطاقة.

يتطلب القسم الأول من الكود إدخال رمز Blynk المميز الخاص بك. يتطلب التالي كلمة مرور Wifi واسم الشبكة. Float area_1 هي المساحة بالمتر المربع لأنبوب مقياس التنفس قبل التضييق ومنطقة Float_2 هي المنطقة الموجودة في المقطع العرضي عند التضييق مباشرةً. قم بتغييرها إذا كنت تريد إعادة تصميم الأنبوب. Vol و volSec هما المصفوفتان اللتان تحافظان على زيادة الحجم بمرور الوقت وسرعة حركة الهواء. تبدأ وظيفة الحلقة بحساب معدلات التنفس. يقرأ القسم التالي المستشعر ويحسب الضغط. إذا حاولت العبارة التالية معرفة ما إذا كنت قد انتهيت من الضربة - أصعب مما تعتقد ، غالبًا ما ينخفض الضغط فجأة لمدة مللي ثانية في منتصف الضربة. يحسب القسم التالي تدفق الكتلة بناءً على الضغط. إذا تم الكشف عن نفس جديد ، يتم تجميد جميع البيانات وحساب المعلمات وإرسالها إلى الشاشة ، متبوعة بوظيفة الرسوم البيانية وأخيراً استدعاء Blynk لتحميل البيانات. إذا لم يتم اكتشاف اتصال Blynk فسوف يعود إلى "Blow".

الخطوة 6: استخدامه

هل هذه الأداة دقيقة بشكل معقول لما تدعي القيام به؟ لقد استخدمت مقياس تدفق معاير متصل بمصدر هواء يمر عبر حجرة هواء رقائقية مطبوعة ثلاثية الأبعاد متصلة بمقياس التنفس وتوقعت بدقة تدفق الهواء من 5 لتر / دقيقة إلى 20 لتر / دقيقة. يبلغ حجم المد والجزر على الجهاز حوالي 500 سم مكعب ويمكن استنساخه بشكل كبير. مع أي اختبار سريري ، عليك أن تضع في اعتبارك ما هو المعقول من حيث فائدة المعلومات المتلقاة مقابل الجهد المبذول … يمكنك أن تزن نفسك لأقرب غرام ولكن إلى أي فائدة؟ بالنظر إلى التباين المتأصل في جهد الاختبار الإرادي نحو النتيجة ، فقد يكون مناسبًا لمعظم الحالات السريرية. مصدر القلق الآخر هو أن بعض الأشخاص الذين لديهم سعة رئوية هائلة قد يتخطون الحد الأعلى للحساس. لم أتمكن من القيام بذلك ولكن هذا ممكن ، لكن من غير المحتمل أن يعاني هؤلاء الأشخاص من مشاكل في الرئة …

تعرض الشاشة الأولى FEV1 و FEVC. تعرض شاشة البيانات التالية مدة النفخ ونسبة FEV1 / FEVC و MaxFlow في Lit / Sec. لقد وصلت إلى الحد الأقصى من خلال شاشتين توضحان تفاصيل المجلد بمرور الوقت و Lit / sec بمرور الوقت. الأوجه تحاكي FEV1 و FEVC ومدة طباعة العداد و FEV1 / FEVC. ولكن لمن هم على دراية بـ Blynk يعرفون أنه يمكنك القيام بذلك بالطريقة التي تريدها على تطبيق الهاتف وتنزيل البيانات إلى بريدك الإلكتروني بلمسة واحدة.

يتم فصل الأزرار الموجودة على جانب الأداة في حالة رغبتك في برمجتها لتنشيط الجهاز مع التنفس أو لتغيير إخراج الشاشة أو تغيير اتصال Blynk إذا كنت تريد استخدامه في وضع عدم الاتصال. الأزرار تسحب الدبابيس 0 و 35 منخفضة لذا اكتب هذا في البرنامج. يُزعم أن فيروس كورونا قد ترك العديد من الأشخاص يعانون من مشاكل في الرئة ، وقد يكون هذا الجهاز مفيدًا في تلك البلدان حيث قد يكون الوصول إلى المعدات الطبية باهظة الثمن محدودًا. يمكنك طباعة هذا وتجميعه في غضون ساعتين وطباعة الأجزاء الملوثة البديلة الآمنة من الجهاز مقابل لا شيء.

الوصيف في مسابقة تعمل بالبطارية