เครื่องวัดเกลียวแบบพิมพ์ 3 มิติ: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

โดย rabbitcreekFollow เพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

โครงการฟิวชั่น 360 »

สไปโรมิเตอร์เป็นเครื่องมือคลาสสิกในการแยกวิเคราะห์อากาศขณะที่เป่าออกจากปากของคุณ ประกอบด้วยท่อที่คุณเป่าเข้าไปเพื่อบันทึกปริมาตรและความเร็วของการหายใจหนึ่งครั้ง จากนั้นนำไปเปรียบเทียบกับชุดค่าปกติตามความสูง น้ำหนัก และเพศ และใช้เพื่อติดตามการทำงานของปอด เครื่องมือที่ฉันออกแบบ แม้ว่าจะทดสอบความแม่นยำด้วยโฟลว์มิเตอร์แล้วไม่ใช่เครื่องมือแพทย์ที่ผ่านการรับรอง แต่อย่างใด แต่ก็สามารถผ่านได้อย่างแน่นอนสำหรับบัญชี FEV1, FEVC มาตรฐานและกราฟของปริมาตรที่ทำซ้ำได้และแม่นยำ ผลผลิตและความเร็วเมื่อเวลาผ่านไป ฉันออกแบบให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีเซ็นเซอร์แบบปล่อยสัญญาณราคาแพงถูกจำกัดไว้เพียงชิ้นเดียว และหลอดเป่าแบบใช้แล้วทิ้งอย่างง่ายดายพร้อมช่องรับภาระไวรัสที่เกี่ยวข้องอยู่ในอีกช่องหนึ่ง นี่ดูเหมือนจะเป็นข้อเสียอย่างหนึ่งของเครื่องจักรมาตรฐานที่ใช้ในทางการแพทย์ หลอดเป่ากระดาษแข็งแบบเปลี่ยนได้ไม่ได้ช่วยขจัดความเสี่ยงทั้งหมดเมื่อไวรัสลอยอยู่ในอากาศ และคุณถูกขอให้เป่าให้ยาวและแข็งเข้าไปในเครื่องมือที่มีราคาแพงมาก ค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์นั้นต่ำกว่า 40 ดอลลาร์และใครก็ตามที่มีเครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถเปิดออกได้มากเท่าที่ต้องการ ซอฟต์แวร์ Wifi จะเชื่อมต่อกับแอป Blynk บนสมาร์ทโฟนของคุณเพื่อการแสดงภาพ และให้คุณดาวน์โหลดข้อมูลใดๆ ที่คุณต้องการได้

ขั้นตอนที่ 1: ซื้อของ

โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังสร้างเซ็นเซอร์แอนะล็อกด้วยหน้าจอ/ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รวมกันได้ดีเยี่ยม ความสำคัญอยู่ที่การเลือกเซ็นเซอร์ที่เหมาะสม การออกแบบอื่นๆ สำหรับอุปกรณ์เหล่านี้ได้ใช้เซ็นเซอร์ที่ไม่มีความไวที่จำเป็นในการให้ข้อมูลเพื่อคำนวณองค์ประกอบการหายใจเหล่านี้ ESP32 มีปัญหาที่ทราบกันดีเกี่ยวกับความไม่เชิงเส้นของ ADC แต่ดูเหมือนว่าจะไม่มีนัยสำคัญในช่วงของหน่วยนี้

1. TTGO T-Display ESP32 CP2104 WiFi Bluetooth Module 1.14 นิ้ว LCD Development Board $8 Bangood

2. SDP816-125PA เพรสเชอร์เซนเซอร์, CMOSens®, 125 Pa, อนาล็อก, ดิฟเฟอเรนเชียล $30 นวร์ก, Digikey

3. แบตเตอรี่ลิโพ - 600 มิลลิแอมป์ชั่วโมง $2

4. สวิตช์เปิด/ปิด - ปุ่มเปิด-ปิด / สวิตช์สลับปุ่มกด Adafruit

ขั้นตอนที่ 2: 3D Print

Fusion 360 ถูกใช้เพื่อออกแบบองค์ประกอบการซ้อนสองชิ้นของ Spirometer Venturi tube (blow tube) มีหลากหลายรูปแบบ ในการใช้สมการเบอร์นูลลีในการคำนวณการไหล คุณต้องลดปริมาตรของการไหลในท่อวัดลง หลักการนี้ใช้ในเซ็นเซอร์การไหลที่หลากหลายสำหรับของเหลวไหลลื่นทุกประเภท ขนาดที่ฉันใช้ในท่อ Venturi ไม่ได้มาจากแหล่งที่มาใดโดยเฉพาะ แต่ดูเหมือนว่าจะใช้งานได้ เซ็นเซอร์ใช้ความดันแตกต่างในพื้นที่ท่อแคบและกว้างเพื่อคำนวณปริมาตรการไหล ฉันต้องการให้เซ็นเซอร์สามารถยึดกับท่อ Venturi ได้อย่างง่ายดายและกลับด้านได้เพื่อการเปลี่ยนแปลงและการถอดอย่างรวดเร็ว ดังนั้นฉันจึงออกแบบหลอดเซ็นเซอร์ความดันให้นำออกจากแบบจำลองและไปสิ้นสุดที่ฐานซึ่งพวกเขาจะยึดส่วนปลายของหัวหลอดเซ็นเซอร์ มีขั้วสูง/ต่ำของเซ็นเซอร์ที่ต้องรักษาจากบริเวณที่มีแรงดันสูง/ต่ำของท่อ Venturi ความกดอากาศสูงอยู่ในส่วนที่เป็นเส้นตรง และความดันต่ำอยู่เหนือเส้นโค้งของข้อจำกัด เช่นเดียวกับเหนือปีกเครื่องบิน ตัวเครื่องของ Spirometer ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อให้มีที่ยึดสกรูเพื่อยึดเซ็นเซอร์ให้เข้าที่ด้วยสกรู M3 (20 มม.) สิ่งเหล่านี้ถูกวางไว้ในเม็ดมีด M3x4x5mm ที่ให้ความร้อน ส่วนที่เหลือของการออกแบบให้การยึด TTGO ในช่องด้านล่างและหน้าต่างสำหรับหน้าจอ ปุ่มและฝาครอบปุ่มถูกพิมพ์สองครั้ง และอนุญาตให้ใช้กรณีแบบโยนเพื่อเข้าถึงปุ่มทั้งสองบนบอร์ด TTGO หน้าปกเป็นชิ้นสุดท้ายในการพิมพ์ และได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สามารถเข้าถึงปลั๊กไฟ/สายชาร์จที่ด้านบนของบอร์ด TTGO ชิ้นส่วนทั้งหมดพิมพ์ด้วย PLA โดยไม่มีส่วนรองรับ

ขั้นตอนที่ 3: วางสาย

การเดินสายของเซ็นเซอร์และ ESP32 นั้นไม่มีอะไรมาก เซ็นเซอร์มีสายนำสี่สาย และคุณควรดาวน์โหลดเอกสารข้อมูลสำหรับเซ็นเซอร์เพียงเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีสายวัดที่ถูกต้อง: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf กำลังส่งไปยังเอาต์พุต 3.3 โวลต์ของ ESP32 และกราวด์และ OCS เชื่อมต่อกับกราวด์ทั้งคู่ เอาต์พุตอนาล็อกของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับพิน 33 บน ESP เนื่องจากการเชื่อมต่อเหล่านี้งูผ่านช่องเปิดแคบ ๆ ในเปลือกไม่เชื่อมต่อก่อนที่จะประกอบหน่วย แบตเตอรี่ Lipo จะพอดีกับส่วนหลังของเคส ดังนั้นให้เลือกแบตเตอรี่ที่มีขนาดเหมาะสมสำหรับ mAh TTGO มีวงจรการชาร์จพร้อมขั้วต่อ JST ขนาดเล็กที่ด้านหลัง ต่อแบตเตอรี่เข้ากับสวิตช์เปิด/ปิดที่ทำลายเส้น pos

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบ

ภายหลังการปรับเปลี่ยนการพิมพ์ 3D กับท่อเป่า ท่อพลาสติกสำหรับตู้ปลาสองส่วนถูกติดตั้งที่รูด้านล่างของเครื่องจนสุด จากนั้นจึงตัดแต่งด้วยกรรไกรตัดเล็บ ช่องเปิดแบบยืดหยุ่นสำหรับช่องเปิดของหลอดเซ็นเซอร์เพื่อให้จับคู่ได้ง่าย ตัวเครื่องหลักต้องติดตั้งแผ่นทองเหลืองชุดความร้อนเข้าไปในรูสองรูในเฟรม ต้องขยายรูยึดเซ็นเซอร์เล็กน้อยสำหรับสกรู 3 มม. (ความยาว 20 มม.) ที่มีขนาดเหมาะสม ติดตั้งเซ็นเซอร์ด้วยสกรูสองตัวและต่อสายไฟเข้ากับบอร์ด TTGO ให้เรียบร้อย เชื่อมต่อและติดตั้งสวิตช์เปิด/ปิดด้วย superglue ใช้อันจาก Adafruit เพราะตัวเคสออกแบบมาให้จับได้พอดีเป๊ะ ปุ่มสองปุ่มถูกยึดเข้ากับเคสด้วย superglue ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปุ่มบนกระดาน TTGO เรียงอยู่ใต้ช่องเปิด ปุ่มถูกติดตั้งแล้วตามด้วยตัวเรือนปุ่มซึ่งถูก superglued ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ติดปุ่มไว้กับตัวเครื่อง เพราะจะต้องขยับเข้าไปข้างในอย่างอิสระ เพื่อให้ส่วนบนของ TTGO เสถียร ให้วางกาวร้อนเล็กน้อยบนไหล่ข้างใดข้างหนึ่งเพื่อยึดเข้าที่ แบตเตอรีไปด้านหลังบอร์ด ปิดการประกอบด้วยการติดกาวด้านบน ควรมีการเข้าถึงขั้วต่อ USB-C ได้ง่ายสำหรับการตั้งโปรแกรมและการชาร์จแบตเตอรี่

ขั้นตอนที่ 5: การเขียนโปรแกรม

ซอฟต์แวร์สำหรับเครื่องมือนี้ใช้ค่าแอนะล็อกจากเซ็นเซอร์เปลี่ยนค่าเป็นโวลต์ และใช้สูตรจากแผ่นข้อมูลเซ็นเซอร์เพื่อแปลงเป็นแรงดันปาสกาล จากนี้จะใช้สูตรเบอร์นูลลิสเพื่อกำหนดปริมาตร/วินาทีและมวล/วินาทีของอากาศที่ไหลผ่านท่อ จากนั้นจะวิเคราะห์สิ่งนี้ในแต่ละลมหายใจและจดจำค่าในอาร์เรย์ข้อมูลหลายชุดและนำเสนอข้อมูลบนหน้าจอในตัวและในที่สุดก็เรียกเซิร์ฟเวอร์ Blynk และอัปโหลดไปยังโทรศัพท์ของคุณ ข้อมูลจะถูกจดจำจนกว่าคุณจะหายใจเข้าอีกครั้ง โดยทั่วไปแล้วการใช้เครื่องวัดเกลียวในทางคลินิกทำได้โดยขอให้ผู้ป่วยสูดลมหายใจให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และเป่าออกให้นานและหนักที่สุดเท่าที่จะทำได้ อัลกอริทึมที่ใช้กันทั่วไปโดยพิจารณาจากส่วนสูง น้ำหนัก และเพศจะถูกอธิบายว่าเป็นเรื่องปกติหรือผิดปกติ การจัดเรียงข้อมูลต่างๆ เหล่านี้ยังถูกนำเสนอด้วย เช่น FEV1/FEVC --ปริมาณรวมหารด้วยปริมาตรในวินาทีแรก พารามิเตอร์ทั้งหมดจะแสดงบนหน้าจอ Spirometers ตลอดจนกราฟเล็กๆ ของความพยายามของคุณเป็นปริมาตรตามช่วงเวลา เมื่อข้อมูลได้รับการอัปโหลดไปยัง Wifi หน้าจอจะกลับไปที่ "ระเบิด" ข้อมูลทั้งหมดจะหายไปหลังจากปิดเครื่อง

ส่วนแรกของรหัสกำหนดให้คุณป้อนโทเค็น Blynk ของคุณ ถัดไปต้องใช้รหัสผ่าน Wifi และชื่อเครือข่าย พื้นที่ลอย_1 คือพื้นที่ในหน่วยตารางเมตรของท่อสไปโรมิเตอร์ก่อนการแคบ และ พื้นที่ลอยตัว_2 คือพื้นที่หน้าตัดตรงที่ส่วนแคบ เปลี่ยนสิ่งเหล่านี้หากคุณต้องการออกแบบท่อใหม่ Vol และ volSec เป็นอาร์เรย์สองชุดที่มีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปและความเร็วของการเคลื่อนที่ของอากาศ ฟังก์ชันวนรอบเริ่มต้นด้วยการคำนวณอัตราการหายใจ ส่วนถัดไปจะอ่านเซ็นเซอร์และคำนวณแรงดัน คำสั่ง if ต่อไปนี้พยายามคิดว่าคุณทำเสร็จแล้วหรือยัง ยากกว่าที่คุณคิด บ่อยครั้งความดันจะลดลงอย่างกะทันหันเป็นเวลามิลลิวินาทีในช่วงกลางของการเป่า ส่วนถัดไปจะคำนวณการไหลของมวลตามความดัน หากตรวจพบลมหายใจใหม่ ข้อมูลทั้งหมดจะถูกแช่แข็งและพารามิเตอร์คำนวณและส่งไปยังหน้าจอ ตามด้วยฟังก์ชันสร้างกราฟ และสุดท้ายจะเรียก Blynk เพื่ออัปโหลดข้อมูล หากตรวจไม่พบการเชื่อมต่อ Blynk จะกลับสู่ "ระเบิด"

ขั้นตอนที่ 6: การใช้มัน

เครื่องมือนี้มีความถูกต้องตามสมควรสำหรับสิ่งที่อ้างว่าทำหรือไม่? ฉันใช้เครื่องวัดอัตราการไหลที่ปรับเทียบแล้วซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดอากาศที่ส่งผ่านช่องอากาศลามิเนตแบบพิมพ์ 3 มิติที่ติดอยู่กับ Spirometer และคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำภายในเหตุผลว่าการไหลของอากาศจาก 5 ลิตร/นาทีถึง 20 ลิตร/นาที ปริมาณน้ำขึ้นน้ำลงขณะพักบนเครื่องของฉันอยู่ที่ประมาณ 500cc และทำซ้ำได้มาก ด้วยการทดสอบทางคลินิกใดๆ คุณต้องระลึกไว้เสมอว่าอะไรที่สมเหตุสมผลในแง่ของผลประโยชน์ของข้อมูลที่ได้รับเมื่อเทียบกับความพยายาม … คุณสามารถชั่งน้ำหนักตัวเองให้อยู่ในระดับกรัมที่ใกล้ที่สุด แต่จะมีประโยชน์อะไร เมื่อพิจารณาถึงความแปรปรวนที่มีอยู่ในความพยายามในการทดสอบโดยสมัครใจต่อผลลัพธ์ อาจเพียงพอสำหรับสถานการณ์ทางคลินิกส่วนใหญ่ ข้อกังวลอื่น ๆ คือบางคนที่มีความจุปอดมากอาจอยู่เหนือขีดจำกัดเซ็นเซอร์บน ฉันไม่สามารถทำเช่นนี้ได้ แต่เป็นไปได้ แต่คนเหล่านี้ไม่น่าจะมีปัญหาเกี่ยวกับปอด…

หน้าจอแรกนำเสนอ FEV1 และ FEVC หน้าจอข้อมูลถัดไปจะแสดง Duration of blow, อัตราส่วน FEV1/FEVC และ MaxFlow ในหน่วย Lit/Sec ฉันทำให้มันเต็มที่ด้วยสองหน้าจอที่มีรายละเอียด Vol เมื่อเวลาผ่านไปและ Lit/วินาทีเมื่อเวลาผ่านไป หน้าปัดจำลอง FEV1 และ FEVC และระยะเวลาการพิมพ์เมตรและ FEV1/FEVC แต่สำหรับผู้ที่คุ้นเคยกับ Blynk รู้ว่าคุณสามารถทำสิ่งนี้ได้ทุกวิธีที่คุณต้องการบนแอพโทรศัพท์และดาวน์โหลดข้อมูลไปยังอีเมลของคุณเพียงสัมผัส

ปุ่มที่ด้านข้างของเครื่องมือจะแตกออก ในกรณีที่คุณต้องการตั้งโปรแกรมให้เปิดใช้งานเครื่องด้วยการหายใจ หรือเพื่อเปลี่ยนการแสดงผลหน้าจอ หรือเปลี่ยนการเชื่อมต่อ Blynk หากคุณต้องการใช้งานแบบออฟไลน์ ปุ่มดึงหมุด 0 และ 35 ต่ำดังนั้นเพียงแค่เขียนสิ่งนี้ลงในโปรแกรม โดยอ้างว่าโควิดทำให้หลายคนมีปัญหาปอดเรื้อรัง และอุปกรณ์นี้อาจมีประโยชน์ในประเทศเหล่านั้นที่อาจมีการจำกัดการเข้าถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ราคาแพง คุณสามารถพิมพ์และประกอบชิ้นส่วนนี้ได้ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง และพิมพ์ส่วนทดแทนที่ปลอดภัยของอุปกรณ์ทดแทนได้โดยไม่ต้องทำอะไรเลย

รองชนะเลิศในการแข่งขันที่ใช้แบตเตอรี่