موزع حبوب الدواء الأوتوماتيكي: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

نحن أول طلاب ماجستير في الهندسة الكهروميكانيكية في كلية الهندسة في بروكسل (باختصار "Bruface"). هذه مبادرة من جامعتين تقعان في وسط بروكسل: جامعة ليبر دي بروكسل (ULB) وجامعة فريجي في بروكسل (VUB).

كجزء من البرنامج ، كان علينا إنشاء نظام ميكاترونيك حقيقي للعمل لدورة الميكاترونكس.

تعلمنا في الدورات النظرية كيف يجب دمج المكونات المختلفة في تطبيقات حقيقية. بعد ذلك ، حصلنا على مقدمة حول أساسيات متحكم Arduino وكيفية التحكم في نظام الميكاترونيك. كان الهدف من الدورة هو أن تكون قادرًا على تصميم وإنتاج وبرمجة نظام الميكاترونيك.

يجب أن يتم كل هذا في مجموعة. كانت مجموعتنا عبارة عن فريق دولي يتكون من طالبين صينيين وطالبين بلجيكيين وطالب كاميروني.

بادئ ذي بدء ، نود أن نعرب عن شكرنا لدعم ألبرت دي بير والبروفيسور برام فاندربورغت.

كمجموعة ، قررنا معالجة مشكلة اجتماعية ذات صلة. نظرًا لأن شيخوخة السكان أصبحت مشكلة عالمية ، فإن عبء العمل على مقدمي الرعاية والممرضات يصبح أكبر من اللازم. مع تقدم الناس في السن ، غالبًا ما يتعين عليهم تناول المزيد من الأدوية والفيتامينات. مع موزع حبوب منع الحمل الأوتوماتيكي ، من الممكن لكبار السن الشارد الذهن التعامل مع هذه المهمة بشكل مستقل لفترة أطول قليلاً. من خلال هذا يمكن لمقدمي الرعاية والممرضات الحصول على مزيد من الوقت لقضائه على المزيد من المرضى المعتمدين.

كما أنه سيكون مفيدًا جدًا لكل من ينسى بعض الشيء في بعض الأحيان ولا يتذكر تناول حبوبه.

وبالتالي يجب أن يقدم نظام الميكاترونيك حلاً يذكر المستخدم بأخذ حبوبه وكذلك توزيع الحبوب. نفضل أيضًا أن يكون موزع حبوب منع الحمل التلقائي سهل الاستخدام من أجل تمكين الجميع من استخدامه: بغض النظر عن أعمارهم!

الخطوة 1: المواد

غلاف:

• MDF: سمك 4 مم للعلبة الداخلية
• MDF: سمك 3 و 6 مم للعلبة الخارجية

المجسم

• البراغي والصواميل (M2 و M3)
• واضعا الكرة الصغيرة

متحكم:

Arduino UNO [رابط الطلب]

أجزاء إلكترونية

• لوحة دائرة فارغة [رابط الطلب]
• محرك سيرفو صغير 9 جرام [رابط الطلب]
• محرك DC صغير 5V [رابط الطلب]
• الترانزستور: BC 237 (ترانزستور ثنائي القطب NPN) [رابط الطلب]
• الصمام الثنائي 1N4001 (ذروة الجهد العكسي 50 فولت) [رابط الطلب]
• الجرس السلبي: بيزو محول
• ال سي دي 1602

• المقاومات:

  • 1 × 270 أوم
  • 1 × 330 أوم
  • 1 × 470 أوم
  • 5 × 10 كيلو أوم
• باعث الأشعة تحت الحمراء
• كاشف الأشعة تحت الحمراء

الخطوة 2: الحالة الداخلية

يمكن رؤية العلبة الداخلية على أنها الصندوق الذي يحتوي على جميع الميكانيكا الداخلية والإلكترونيات. يتكون من 5 لوحات من 4 مم MDF مقطوعة بالليزر إلى الأشكال الصحيحة. هناك أيضًا لوحة سادسة اختيارية يمكن للمرء إضافتها. القطعة السادسة الاختيارية لها شكل مربع ويمكن استخدامها كغطاء. تم تصميم الألواح الخمس (الجزء السفلي والأطراف الأربعة) على شكل أحجية بحيث تتلاءم تمامًا مع بعضها البعض. يمكن تعزيز تجميعها باستخدام البراغي. تحتوي الطائرات بالفعل على الثقوب حيث يجب أن تتلاءم الأجزاء الأخرى أو حيث يجب وضع البراغي.

الخطوة 3: الآلية الداخلية

آلية التوزيع

آلية

آلية صرف حبوب منع الحمل لدينا هي كما يلي: يضع المستخدم الحبوب في حجرة التخزين في الجزء العلوي من الصندوق. نظرًا لأن اللوحة السفلية من تلك المقصورة مائلة ، فإن الحبوب ستنزلق تلقائيًا إلى الأنبوب الأول ، حيث تتكدس. يوجد تحت هذا الأنبوب أسطوانة بها ثقب صغير حيث تتلاءم حبة واحدة فقط بشكل مثالي. يقع هذا الثقب الصغير أسفل الأنبوب مباشرةً بحيث تتراكم الحبوب فوقه ، بينما توضع الحبة الأولى في فتحة الأسطوانة. عندما يتعين تناول حبوب منع الحمل ، تدور الأسطوانة (مع حبة بداخلها) بمقدار 120 درجة بحيث تسقط الحبة الموجودة في الأسطوانة إلى أسطوانة ثانية. هذه الأسطوانة الثانية هي المكان الذي يوجد فيه جهاز استشعار يكتشف ما إذا كانت حبة الدواء قد سقطت بالفعل من الأسطوانة. هذا بمثابة نظام التغذية المرتدة. هذا الأنبوب له جانب يبرز أعلى من الآخر. وذلك لأن هذا الجانب يمنع الحبة من السقوط فوق الأنبوب الثاني ، وبالتالي يساعد على ضمان سقوط الحبة في الأنبوب وسيتم اكتشافها بواسطة المستشعر. يوجد أسفل هذا الأنبوب شريحة صغيرة بحيث تنزلق الحبة المتساقطة عبر الفتحة الموجودة في مقدمة الصندوق الداخلي.

هذه الآلية بأكملها تحتاج إلى عدة أجزاء:

• قطع الليزر

  1. الصفيحة المائلة السفلية لحجرة التخزين.
  2. الألواح المائلة الجانبية لحجرة التخزين

• أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

  1. الأنبوب العلوي
  2. الاسطوانة
  3. المحور
  4. الأنبوب السفلي (انظر الأنبوب السفلي وحجرة المستشعر)
  5. الشريحة

• الأجزاء الأخرى

  رولمان بلي

يمكن العثور أدناه على جميع ملفات أجزائنا اللازمة للقطع بالليزر أو الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الأجزاء المختلفة وتجميعها

لوحات مقصورة التخزين

حجرة التخزين تتكون من ثلاث لوحات مقطوعة بالليزر. يمكن تجميع هذه اللوحات وربطها ببعضها البعض وبالصندوق الداخلي لأنها تحتوي على بعض الثقوب والقطع الصغيرة. هذا حتى يتناسبوا جميعًا مع بعضهم البعض مثل اللغز! تمت إضافة الثقوب والقطع البارزة بالفعل إلى ملفات CAD ، ويمكن للمرء استخدام الليزر لقصها.

الأنبوب العلوي

الأنبوب العلوي متصل فقط بجانب واحد من الصندوق الداخلي. يتم توصيله بمساعدة لوحة متصلة به (يتم تضمينه في رسم CAD للطباعة ثلاثية الأبعاد).

اسطوانة واضعة أسطوانية

الاسطوانة متصلة بجانبين من الصندوق. على جانب واحد ، يتم توصيله بمحرك مؤازر يحث على الحركة الدورانية عندما يجب أن تسقط الحبة. على الجانب الآخر ، هو

الأنبوب السفلي وحجرة المستشعر

يعد الاستشعار إجراءً مهمًا عندما يتعلق الأمر بتوزيع حبوب منع الحمل. يجب أن نكون قادرين على الحصول على تأكيد بأن المريض قد أخذ حبة مخصصة في الوقت المناسب. للحصول على هذه الوظيفة ، من المهم مراعاة خطوات التصميم المختلفة.

اختيار مكونات الكشف الصحيحة:

من المجموعة عند التحقق من صحة المشروع ، كان علينا البحث عن المكون المناسب الذي سيؤكد مرور الحبة من الصندوق. مع العلم أن أجهزة الاستشعار يمكن أن تكون مفيدة لهذا الإجراء ، كان التحدي الرئيسي هو معرفة النوع الذي سيكون متوافقًا مع التصميم. المكون الأول الذي وجدناه كان ضوئيًا ضوئيًا مكونًا من باعث الأشعة تحت الحمراء والصمام الثنائي الترانزستور الضوئي بالأشعة تحت الحمراء. كان جهاز التقاط الصور بفتحة PCB HS 810 مقاس 25/64 بوصة حلاً نظرًا لتوافقه مما يجعلنا نتجنب المشكلة المحتملة لتكوين الزاوية. قررنا عدم استخدام هذا بسبب هندسته ، سيكون من الصعب دمجه مع الفوهة. من بعض المشاريع ذات الصلة ، رأينا أنه من الممكن استخدام باعث الأشعة تحت الحمراء مع كاشف الأشعة تحت الحمراء مع عدد أقل من المكونات الأخرى كجهاز استشعار. يمكن العثور على مكونات الأشعة تحت الحمراء هذه في أشكال مختلفة.

طباعة ثلاثية الأبعاد لفوهة حبوب منع الحمل التي تثقب المستشعر

القدرة على فرز المكون الرئيسي لاستخدامه كمستشعر ، فقد حان الوقت للتحقق من كيفية وضعها على الفوهة. يبلغ قطر الفوهة 10 مم من أجل المرور الحر للحبوب من الأسطوانة الدوارة. من خلال ورقة بيانات عناصر الاستشعار ، أدركنا أن إدخال ثقوب حول سطح الفوهة يتوافق مع أبعاد المكون سيكون ميزة إضافية. هل يجب وضع هذه الثقوب في أي نقطة على طول السطح؟ لا ، لأنه لتحقيق أقصى قدر من الاكتشاف ، يجب تقييم الزاوية. لقد طبعنا نموذجًا أوليًا بناءً على المواصفات المذكورة أعلاه وقمنا بالتحقق من إمكانية الكشف.

تقييم زاوية الشعاع الممكنة وزاوية الكشف

من ورقة بيانات مكونات المستشعر ، تكون الشعاع وزاوية الكشف 20 درجة ، وهذا يعني أن كلاً من الضوء المنبعث والكاشف لهما نطاق واسع يبلغ 20 درجة. على الرغم من أن هذه هي مواصفات المصنّعين ، إلا أنه لا يزال من المهم الاختبار والتأكيد. تم ذلك ببساطة عن طريق اللعب بالمكونات التي تقدم مصدر DC إلى جانب LED. كان الاستنتاج الذي تم التوصل إليه هو وضعهم مقابل بعضهم البعض.

المجسم

يحتوي تصميم الطباعة ثلاثية الأبعاد للأنبوب على لوحة متصلة به بأربعة ثقوب. تستخدم هذه الثقوب لتوصيل الأنبوب بالعلبة الداخلية باستخدام البراغي.

الخطوة 4: الآلية الداخلية للإلكترونيات

آلية الاستغناء:

يتم تحقيق آلية الاستغناء عن طريق استخدام محرك مؤازر صغير لتدوير الأسطوانة الكبيرة.

يتم توصيل دبوس المحرك للمحرك المؤازر "Reely Micro-servo 9g" مباشرة بالمتحكم الدقيق. يمكن استخدام متحكم Arduino Uno بسهولة للتحكم في محرك سيرفو. هذا بسبب وجود مكتبة مدمجة لأعمال المحركات المؤازرة. على سبيل المثال باستخدام الأمر "write" ، يمكن الوصول إلى الزوايا المرغوبة البالغة 0 ° و 120 °. (يتم ذلك في كود المشروع باستخدام "servo.write (0)" و "servo.write (120)").

هزاز:

محرك DC صغير بدون فرشات مع عدم توازن

يتم تحقيق هذا عدم الاتزان بقطعة من البلاستيك تربط محور المحرك بمسمار صغير وصمولة.

يتم تشغيل المحرك بواسطة ترانزستور صغير ، ويتم ذلك لأن الدبوس الرقمي لا يمكنه توصيل تيارات أعلى من 40.0 مللي أمبير. من خلال توفير التيار من دبوس Vin في متحكم Arduino Uno ، يمكن للمرء الوصول إلى تيارات تصل إلى 200.0 مللي أمبير. هذا يكفي لتشغيل محرك DC الصغير.

عندما يتم إيقاف تشغيل المحرك فجأة ، تحصل على ذروة حالية بسبب الحث الذاتي للمحرك. لذلك يتم وضع الصمام الثنائي فوق وصلات المحرك لمنع هذا التدفق الخلفي للتيار الذي يمكن أن يتلف المتحكم الدقيق.

نظام الاستشعار:

استخدام الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء (LTE-4208) والصمام الثنائي للكشف عن الأشعة تحت الحمراء (LTR-320 8) المتصلين بمتحكم Arduino Uno لتأكيد مرور الحبة. بمجرد سقوط الحبة ، فإنها ستظلل ضوء الصمام الثنائي الباعث للأشعة تحت الحمراء في وقت قصير. باستخدام تناظري من اردوينو نحصل على هذه المعلومات.

للكشف:

analogRead (A0)

الخطوة 5: الغلاف الخارجي

• الحجم: 200 × 110 × 210 ملم

• المواد: اللوح الليفي متوسط الكثافة

  سماكة الصاج: 3 مم 6 مم

• طريقة المعالجة: القطع بالليزر

بالنسبة للغلاف الخارجي ، استخدمنا أنواعًا مختلفة من السماكات بسبب أخطاء القطع بالليزر. نختار 3 مم و 6 مم للتأكد من إمكانية دمج جميع الأوراق بإحكام.

بالنسبة للحجم ، مع الأخذ في الاعتبار مساحة العلبة الداخلية والأجهزة الإلكترونية ، فإن عرض الغلاف الخارجي وارتفاعه أكبر من الداخل. الطول أطول بكثير للسماح بمساحة للأجهزة الإلكترونية. علاوة على ذلك ، من أجل التأكد من إمكانية تسرب الحبوب من الصندوق بسهولة ، أبقينا الغلاف الداخلي والخارجي قريبين جدًا.

الخطوة 6: الإلكترونيات الخارجية

بالنسبة للإلكترونيات الخارجية ، كان علينا أن نسمح لروبوتنا بالتفاعل مع الناس. لتحقيق ذلك ، اخترنا شاشة LCD وجرسًا و LED و 5 أزرار كمكونات. يعمل هذا الجزء من موزع حبوب منع الحمل كمنبه. إذا لم يكن هذا هو الوقت المناسب لتناول الحبوب ، فستعرض شاشة LCD الوقت والتاريخ فقط. عندما يضطر المريض إلى تناول حبوب منع الحمل ، سيضيء مؤشر LED ، وسيعمل الجرس على تشغيل الموسيقى وستظهر شاشة LCD رسالة "أتمنى لك الصحة والسعادة". يمكننا أيضًا استخدام الجزء السفلي من الشاشة لتغيير الوقت أو التاريخ.

تمكين LCD

استخدمنا LCD-1602 للاتصال مباشرة بالمتحكم الدقيق واستخدمنا الوظيفة: LiquidCrystal LCD لتمكين شاشة LCD.

صفارة

اخترنا جرسًا سلبيًا يمكنه تشغيل أصوات بترددات مختلفة.

لكي يقوم الجرس بتشغيل أغنيتي "City of the Sky" و "Happy Acura" ، قمنا بتعريف أربع مصفوفات. اثنان منها يحملان اسم "tune" ، والتي تخزن معلومات الملاحظات للأغنيتين. وقد تم تسمية المصفوفتين الأخريين "Duration". هذه المصفوفات تخزن الإيقاع.

ثم نبني حلقة تشغل الموسيقى ، والتي يمكنك رؤيتها في الكود المصدري.

توقيت

كتبنا سلسلة من الوظائف للثاني ، والدقيقة ، والساعة ، والتاريخ ، والشهر ، والأسبوع ، والسنة.

استخدمنا الوظيفة: ميلي () لحساب الوقت.

باستخدام ثلاثة أزرار ، "تحديد" و "زائد" و "ناقص" ، يمكن تغيير الوقت.

كما نعلم جميعًا ، إذا أردنا التحكم في بعض المكونات ، فنحن بحاجة إلى استخدام دبابيس اردوينو.

كانت المسامير التي استخدمناها كما يلي:

LCD: دبوس 8 ، 13 ، 9 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7

بروزر: دبوس 10

محرك سيرفو: دبوس 11

محرك للاهتزاز: Pin12

المستشعر: A0

الزر 1 (الأزرار): A1

Button2 (زائد): A2

Button3 (ناقص): A3

Button4 (تناول الحبوب): A4

يؤدى: A5

الخطوة 7: التجميع الكلي

أخيرًا ، حصلنا على التجميع الكلي مثل الصورة الموضحة أعلاه. استخدمنا الغراء في بعض الأماكن للتأكد من أنه محكم بدرجة كافية. في بعض الأماكن داخل الماكينة ، استخدمنا أيضًا شريطًا وبراغي لجعلها قوية بدرجة كافية. يمكن العثور على ملف. STEP لرسومات CAD الخاصة بنا في الجزء السفلي من هذه الخطوة.

الخطوة الثامنة: تحميل الكود

الخطوة 9: الخاتمة

الآلة قادرة على تحذير المستخدم من تناول الدواء وتوصيل الكمية المناسبة من الحبوب. ومع ذلك ، بعد مناقشة مع صيدلي مؤهل وذوي خبرة ، هناك بعض الملاحظات التي يجب إبداءها. المشكلة الأولى هي تلوث الحبوب التي تتعرض للهواء في الحاوية لفترة طويلة ، وبالتالي ستنخفض الجودة والفعالية. عادة يجب وضع الحبوب في علبة مغلقة بشكل جيد في قرص من الألومنيوم. أيضًا عندما يقوم المستخدم بتوزيع حبوب منع الحمل خلال فترة زمنية معينة ويحتاج بعدها إلى الاستغناء عن حبوب منع الحمل B ، يكون تنظيف الجهاز أمرًا معقدًا لضمان عدم وجود جزيئات من حبوب منع الحمل A الملوثة.

تعطي هذه الملاحظات نظرة نقدية على الحل الذي تقدمه هذه الآلة. لذلك هناك حاجة إلى مزيد من البحث لمواجهة أوجه القصور هذه …

الخطوة 10: المراجع

[1]

[2] وي تشيه وانغ. الكاشفات الضوئية. قسم هندسة ميكانيكا القوى ، جامعة تسينغ هوا الوطنية.