Arduino Pulse Oximeter: 35 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

Pulse oximeters เป็นเครื่องมือมาตรฐานสำหรับการตั้งโรงพยาบาล การใช้การดูดกลืนสัมพัทธ์ของเฮโมโกลบินที่เติมออกซิเจนและออกซิเจน อุปกรณ์เหล่านี้จะกำหนดเปอร์เซ็นต์ของเลือดของผู้ป่วยที่มีออกซิเจน (ช่วงที่มีสุขภาพดีอยู่ที่ 94-98%) ตัวเลขนี้สามารถช่วยชีวิตได้ในสภาพแวดล้อมทางคลินิก เนื่องจากออกซิเจนในเลือดลดลงอย่างกะทันหันบ่งบอกถึงปัญหาทางการแพทย์ที่สำคัญซึ่งจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขทันที

ในโครงการนี้ เราพยายามสร้างเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนโดยใช้ชิ้นส่วนที่หาได้ง่ายทางออนไลน์/ในร้านค้าฮาร์ดแวร์ในพื้นที่ ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็นเครื่องมือที่สามารถให้ข้อมูลเพียงพอสำหรับบางคนในการตรวจสอบออกซิเจนในเลือดเมื่อเวลาผ่านไปเพียง $x แผนเดิมคือการทำให้อุปกรณ์สวมใส่ได้อย่างเต็มที่ แต่เนื่องจากปัจจัยที่อยู่นอกเหนือการควบคุมของเรา จึงไม่สามารถทำได้ในช่วงเวลาของเรา ด้วยส่วนประกอบเพิ่มเติมและใช้เวลาอีกเล็กน้อย โปรเจ็กต์นี้สามารถสวมใส่ได้อย่างสมบูรณ์และสื่อสารแบบไร้สายกับอุปกรณ์ภายนอก

เสบียง

รายการอะไหล่ที่จำเป็น - สิ่งที่คุณอาจต้องซื้อ (เราแนะนำให้มีอะไหล่สำรองไว้สองสามชิ้น โดยเฉพาะชิ้นส่วนยึดพื้นผิว)

Arduino นาโน * $1.99 (Banggood.com)

Dual-LED - $1.37 (Mouser.com)

โฟโตไดโอด - $1.67 (Mouser.com)

ตัวต้านทาน 150 โอห์ม - $0.12 (Mouser.com)

ตัวต้านทาน 180 โอห์ม - $0.12 (Mouser.com)

ตัวต้านทาน 10 kOhm - $0.10 (Mouser.com)

ตัวต้านทาน 100 kOhm - $0.12 (Mouser.com)

ตัวเก็บประจุ 47 nF - $0.16 (Mouser.com)

*(ตอนนี้ Nano ของเราติดอยู่ที่จีน เลยใช้ Uno แต่ใช้ได้ทั้งคู่)

ค่าใช้จ่ายทั้งหมด: 5.55 เหรียญสหรัฐฯ (แต่… เรามีของหลายอย่างวางอยู่รอบๆ และซื้ออะไหล่บางส่วนด้วย)

รายการอะไหล่รอง - ของที่วางอยู่รอบตัวเรา แต่คุณอาจต้องซื้อ

Copper Clad Board - ค่อนข้างถูก (ตัวอย่าง) คุณสามารถทำและสั่งซื้อ PCB แทนได้

พีวีซี - มีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อยหนึ่งนิ้ว ชนิดทินเนอร์ใช้งานได้ดี

สายไฟ - รวมถึงสายจัมเปอร์สำหรับเขียงหั่นขนมและสายยาวสำหรับเชื่อมต่อ oximeter กับบอร์ด ในขั้นตอนที่ 20 ฉันแสดงวิธีแก้ปัญหานี้

หัวเข็มหมุดตัวเมีย - ตัวเลือกเหล่านี้เป็นทางเลือก หากคุณเพียงต้องการบัดกรีสายไฟเข้ากับบอร์ด ก็ใช้ได้ดี

โฟม - ฉันใช้ L200 ซึ่งค่อนข้างเฉพาะเจาะจง คุณสามารถใช้อะไรก็ได้ที่คิดว่าสะดวก แผ่นรองเมาส์แบบเก่าเหมาะสำหรับสิ่งนี้!

LED และตัวต้านทาน - ค่อนข้างถูกหากคุณต้องการซื้อ เราใช้ตัวต้านทาน 220Ω และมีสีอยู่สองสามสี

เครื่องมือและอุปกรณ์ที่แนะนำ

ปืนความร้อน

หัวแร้งหัวแหลม

Dremel Tool พร้อม Routing and Cutting bits (คุณสามารถใช้มีดยูทิลิตี้ได้ แต่ไม่เร็วเท่า)

คีม คีมตัดลวด คีมปอกสายไฟ ฯลฯ

ขั้นตอนที่ 1: การเตรียมการ: กฎของเบียร์แลมเบิร์ต

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการสร้างเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในอากาศ ก่อนอื่นจำเป็นต้องเข้าใจทฤษฎีเบื้องหลังการทำงานของมัน สมการทางคณิตศาสตร์หลักที่ใช้เรียกว่า กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต

กฎของเบียร์-แลมเบิร์ตเป็นสมการที่ใช้อย่างดีซึ่งอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารในสารละลายกับการส่องผ่าน (หรือการดูดกลืนแสง) ของแสงที่ผ่านสารละลายดังกล่าว ในทางปฏิบัติ กฎหมายกล่าวว่าปริมาณแสงที่มากขึ้นเรื่อยๆ ถูกบล็อกโดยอนุภาคที่เพิ่มมากขึ้นในสารละลาย กฎหมายและองค์ประกอบของกฎหมายได้อธิบายไว้ด้านล่าง

การดูดกลืนแสง = log10(Io/I) = εbc

โดยที่:Io = แสงตกกระทบ (ก่อนเติมตัวอย่าง)I = แสงตกกระทบ (หลังจากเติมตัวอย่าง)ε = ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนกราม (ฟังก์ชันของความยาวคลื่นและสาร)b = ความยาวเส้นทางของแสงc = ความเข้มข้นของสารในตัวอย่าง

เมื่อวัดความเข้มข้นโดยใช้กฎของเบียร์ จะสะดวกที่จะเลือกความยาวคลื่นของแสงที่ตัวอย่างดูดซับได้มากที่สุด สำหรับเฮโมโกลบินที่มีออกซิเจน ความยาวคลื่นที่ดีที่สุดคือประมาณ 660 นาโนเมตร (สีแดง) สำหรับฮีโมโกลบินที่ปราศจากออกซิเจน ความยาวคลื่นที่ดีที่สุดคือประมาณ 940 นาโนเมตร (อินฟราเรด) การใช้ LED ของความยาวคลื่นทั้งสอง ความเข้มข้นสัมพัทธ์ของแต่ละหลอดสามารถคำนวณเพื่อหา %O2 สำหรับเลือดที่วัดได้

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียม: Pulse Oximetry

อุปกรณ์ของเราใช้ LED คู่ (ไฟ LED สองดวงบนชิปตัวเดียวกัน) สำหรับความยาวคลื่น 660 นาโนเมตรและ 940 นาโนเมตร สิ่งเหล่านี้จะเปิด/ปิดสลับกัน และ Arduino จะบันทึกผลลัพธ์จากเครื่องตรวจจับที่ด้านตรงข้ามของนิ้วจากไฟ LED สัญญาณตัวตรวจจับสำหรับ LED ทั้งสองดวงจะกะพริบทันเวลากับการเต้นของหัวใจของผู้ป่วย สัญญาณสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: ส่วน DC (แทนค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นที่ระบุของทุกอย่างยกเว้นเลือด) และส่วน AC (แทนค่าการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นที่กำหนดของเลือด) ตามที่ระบุไว้ในส่วนเบียร์-แลมเบิร์ต การดูดซับจะสัมพันธ์กับค่าทั้งสองนี้ (log10[Io/I])

%O2 ถูกกำหนดเป็น: Oxygenated Hemoglobin / Total Hemoglobin

แทนที่ในสมการ Beer Lambert ที่แก้หาความเข้มข้น ผลลัพธ์ที่ได้คือเศษส่วนที่ซับซ้อนมาก สิ่งนี้สามารถทำให้ง่ายขึ้นได้สองสามวิธี

1. ความยาวพาธ (b) สำหรับ LED ทั้งสองดวงเท่ากัน ทำให้หลุดออกจากสมการ
2. ใช้อัตราส่วนกลาง (R) R = (AC640nm/DC640nm)/(AC940nm/DC940nm)
3. ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนกรามเป็นค่าคงที่ เมื่อแบ่งแล้ว จะสามารถแทนที่ด้วยค่าคงที่แฟกเตอร์ความพอดีทั่วไปได้ ทำให้สูญเสียความแม่นยำเล็กน้อย แต่ดูเหมือนว่าจะค่อนข้างมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้

ขั้นตอนที่ 3: การเตรียมการ: Arduino

Arduino Nano ที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้เรียกว่าไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งเป็นคลาสของอุปกรณ์ที่รันชุดคำสั่งที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าอย่างต่อเนื่อง ไมโครโปรเซสเซอร์สามารถอ่านอินพุตไปยังอุปกรณ์ ทำคณิตศาสตร์ที่จำเป็น และเขียนสัญญาณไปยังพินเอาต์พุต สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อสำหรับโครงการขนาดเล็กที่ต้องใช้คณิตศาสตร์และ/หรือตรรกะ

ขั้นตอนที่ 4: การเตรียมการ: GitHub

GitHub เป็นเว็บไซต์ที่โฮสต์ที่เก็บหรือพื้นที่สำหรับคอลเลกชันของสเก็ตช์สำหรับโครงการ ปัจจุบันของเราถูกเก็บไว้ใน https://github.com/ThatGuy10000/arduino-pulse-oximeter ทำให้เราสามารถทำอะไรได้หลายอย่าง

1. คุณสามารถดาวน์โหลดโค้ดสำหรับตัวคุณเองและรันบน Arduino. ส่วนตัวของคุณ
2. เราสามารถอัปเดตโค้ดได้ทุกเมื่อโดยไม่ต้องเปลี่ยนลิงก์ที่นี่ หากเราพบจุดบกพร่องหรือตัดสินใจทำคณิตศาสตร์ต่างไปจากเดิม เราจะเผยแพร่การอัปเดตที่จะเข้าถึงได้ที่นี่ทันที
3. คุณสามารถแก้ไขรหัสได้ด้วยตัวเอง สิ่งนี้จะไม่ทำให้เกิดการอัปเดตในทันที แต่คุณสามารถสร้าง "คำขอดึง" ที่ถามว่าฉันต้องการรวมการเปลี่ยนแปลงของคุณในมาสเตอร์โค้ดหรือไม่ ฉันสามารถยอมรับหรือยับยั้งการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้

สำหรับคำถามใดๆ เกี่ยวกับ GitHub หรือวิธีการทำงาน โปรดดูบทแนะนำนี้ที่เผยแพร่โดย GitHub เอง

ขั้นตอนที่ 5: ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัย

อุปกรณ์นี้มีความปลอดภัยเท่าที่จะหาได้ มีกระแสไฟน้อยมากและไม่มีอะไรทำงานเกิน 5V อันที่จริงวงจรน่าจะน่ากลัวกว่าที่คุณเป็น

ในกระบวนการก่อสร้าง มีสิ่งสำคัญบางอย่างที่ต้องจำไว้

• ควรมีความปลอดภัยของมีด แต่ชิ้นส่วนบางส่วนมีรูปร่างที่เป็นธรรมชาติซึ่งสามารถดึงดูดให้ถือไว้ในจุดที่ไม่ควรนิ้วของคุณจริงๆ เพียงแค่ระมัดระวัง
• หากคุณเป็นเจ้าของหัวแร้ง ปืนความร้อน หรือเครื่องมือเดรเมล ฉันคิดว่าคุณควรรู้วิธีใช้งานอย่างถูกต้อง โดยไม่คำนึงถึงข้อควรระวังที่จำเป็น อย่าทำงานด้วยความผิดหวัง พักสมอง เคลียร์หัวของคุณ และกลับไปหามันเมื่อคุณมีเสถียรภาพมากขึ้น (ข้อมูลด้านความปลอดภัยสำหรับหัวแร้ง ปืนความร้อน และเครื่องมือเดรเมล สามารถพบได้ในลิงก์)
• ขณะที่คุณทดสอบวงจรใดๆ หรือเคลื่อนย้ายสิ่งของต่างๆ บนเขียงหั่นขนม ทางที่ดีควรปิดทุกอย่าง ไม่จำเป็นต้องทดสอบอะไรด้วยพลังงานจริง ดังนั้นอย่าเสี่ยงที่จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรและอาจทำให้ Arduino หรือส่วนประกอบอื่นๆ เสียหายได้
• ระวังเมื่อใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในและรอบ ๆ น้ำ ผิวเปียกมีความต้านทานต่ำกว่าผิวแห้งอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้เกิดกระแสน้ำที่เกินระดับที่ปลอดภัยได้ นอกจากนี้ ไฟฟ้าลัดวงจรในส่วนประกอบบอร์ดอาจทำให้ส่วนประกอบเสียหายได้อย่างมีนัยสำคัญ ห้ามใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าใกล้ของเหลว

คำเตือน: โปรดอย่าพยายามใช้อุปกรณ์นี้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่แท้จริง อุปกรณ์นี้เป็นเครื่องพิสูจน์แนวคิด แต่ไม่ใช่เครื่องมือที่แม่นยำอย่างสมบูรณ์ซึ่งควรใช้ในการดูแลผู้ป่วยที่อาจป่วย มีทางเลือกราคาถูกมากมายที่คุณสามารถซื้อได้ซึ่งมีระดับความแม่นยำที่สูงกว่ามาก

ขั้นตอนที่ 6: คำแนะนำและเคล็ดลับ

เมื่อโครงการพัฒนาขึ้น มีบทเรียนมากมายที่ได้เรียนรู้ คำแนะนำเล็กน้อยมีดังนี้

1. เมื่อคุณทำแผงวงจร เพื่อนของคุณจะแยกร่องรอยออกมากขึ้น ดีกว่าที่จะอยู่ในด้านที่ปลอดภัย ที่ดีไปกว่านั้นคือสั่ง PCB จากบริการอย่าง Oshpark ที่จะทำบอร์ดขนาดเล็กแบบนี้ในราคาที่เหมาะสม
2. ในบันทึกที่คล้ายกัน ให้ระวังหากคุณตัดสินใจที่จะใช้พลังงานกับแผงวงจรก่อนที่จะปิด โฟโตไดโอดนั้นงอนเป็นพิเศษ และมันจะไม่สนุกถ้ามันพังเมื่อคุณไปถึง ดีกว่าที่จะทดสอบส่วนประกอบที่ไม่มีกำลังและมีความเชื่อว่ามันจะออกมา การตั้งค่าไดโอดและความต่อเนื่องคือเพื่อนของคุณ
3. เมื่อคุณสร้างทุกอย่างเสร็จเรียบร้อยแล้ว ก็ค่อนข้างแห้งแล้ง แต่หนึ่งในข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการเชื่อมต่อแผงวงจร LED อย่างไม่ถูกต้อง หากข้อมูลของคุณแปลก ให้ตรวจสอบการเชื่อมต่อ และอาจลองเชื่อมต่อหนึ่งในการเชื่อมต่อ LED กับ Arduino ในแต่ละครั้ง บางครั้งสิ่งต่าง ๆ ก็ชัดเจนขึ้นแบบนั้น
4. หากคุณยังคงประสบปัญหากับไฟ LED คุณสามารถเชื่อมต่อไฟ 5V เข้ากับอินพุตได้ สีแดงจะค่อนข้างสว่าง แต่อินฟราเรดจะมองไม่เห็น หากคุณมีกล้องโทรศัพท์ติดตัว คุณสามารถมองผ่านมันและคุณจะเห็นแสงอินฟราเรด เซ็นเซอร์กล้องของโทรศัพท์แสดงเป็นแสงที่มองเห็นได้ซึ่งสะดวกมาก!
5. หากคุณได้รับเสียงรบกวนมาก ให้ตรวจสอบว่าแผงโฟโตไดโอดอยู่ห่างจากวัตถุใดๆ ที่ส่งพลังงาน 60Hz ที่น่ารังเกียจออกจากผนัง ตัวต้านทานค่าสูงเป็นแม่เหล็กสำหรับเสียงรบกวนเพิ่มเติม ดังนั้นจงระวัง
6. คณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณ SpO2 นั้นยุ่งยากเล็กน้อย ปฏิบัติตามรหัสที่ให้มา แต่อย่าลืมแก้ไขตัวแปร "fitFactor" เพื่อให้การคำนวณเหมาะสมกับอุปกรณ์ของคุณโดยเฉพาะ สิ่งนี้ต้องมีการลองผิดลองถูก

ขั้นตอนที่ 7: การสร้างแผงวงจร

เราจะเริ่มต้นด้วยการสร้างแผงวงจรสองตัวที่เข้าสู่การออกแบบ ฉันใช้กระดานหุ้มทองแดงสองด้านและเครื่องมือ Dremel เพื่อทำด้วยมือ ซึ่งไม่สมบูรณ์แบบ แต่ใช้งานได้ หากคุณมีทรัพยากร ฉันขอแนะนำอย่างยิ่งให้วาดแผนผังและทำการสีด้วยเครื่องนี้ แต่ก็สามารถทำได้โดยไม่ต้อง

ขั้นตอนที่ 8: บอร์ด 1 - Photodetector

นี่คือวงจรที่ฉันใส่ในบอร์ดแรก ลบด้วยตัวเก็บประจุ เป็นการดีที่สุดที่จะรักษาโปรไฟล์ให้ต่ำไว้ เนื่องจากจะทำให้นิ้วคุณอยู่ภายใน oximeter เครื่องตรวจจับแสงในกรณีนี้คือโฟโตไดโอดซึ่งหมายความว่ามีลักษณะคล้ายกับไดโอดทางไฟฟ้า แต่จะสร้างกระแสให้เราตามระดับแสง

ขั้นตอนที่ 9: การกัดบอร์ด

ฉันตัดสินใจเริ่มต้นด้วยการพิมพ์และตัดแบบจำลองมาตราส่วนของรอยเท้าที่แนะนำออก เนื่องจากฉันแค่มองดูการตัดของฉัน นี่เป็นข้อมูลอ้างอิงที่ดีก่อนที่ฉันจะนำตัวตรวจจับแสงออกจากบรรจุภัณฑ์ มีจำหน่ายที่เครื่องตรวจจับแสงที่ผู้ขายมองเห็น

ขั้นตอนที่ 10: เจาะลึก

นี่คือการออกแบบที่ฉันใช้กับ PCB ซึ่งฉันตัดออกด้วยบิตเราเตอร์ dremel ขนาดเล็กและมีดยูทิลิตี้ การสร้างบอร์ดครั้งแรกของฉันจบลงด้วยความผิดพลาดด้วยเหตุผลสองประการ บทเรียนที่ฉันเรียนรู้สำหรับงานสร้างครั้งที่สองของฉันคือ มากกว่าแค่ขั้นต่ำ และตัดส่วนที่ฉันวาดเส้นสีดำบนภาพด้านบน มีพินที่ไม่เชื่อมต่อบนชิปที่ควรได้รับแพดของตัวเอง เนื่องจากมันไม่เชื่อมต่อกับสิ่งอื่น แต่ยังช่วยยึดชิปไว้กับบอร์ด ฉันยังเพิ่มรูสำหรับตัวต้านทานซึ่งฉันทำโดยวางตัวต้านทานไว้ข้างๆ แล้วมองดูรู

ขั้นตอนที่ 11: การวางส่วนประกอบ

ส่วนนี้ค่อนข้างยุ่งยาก ฉันทำเครื่องหมายทิศทางของเครื่องตรวจจับแสงที่นี่เป็นสีขาว ฉันใส่บัดกรีเล็กๆ น้อยๆ ที่ด้านล่างของหมุดแต่ละอันบนชิป ใส่บัดกรีบนแผงวงจร จากนั้นจับชิปให้เข้าที่ขณะที่ฉันทำให้บัดกรีบนบอร์ดร้อน คุณคงไม่อยากทำให้ร้อนมากเกินไป แต่ถ้าบัดกรีบนบอร์ดเป็นของเหลว ก็ควรเชื่อมต่อกับชิปอย่างรวดเร็วถ้าคุณมีบัดกรีเพียงพอ คุณควรประสานตัวต้านทาน100kΩกับส่วนหัว 3 พินที่ด้านเดียวกันของบอร์ด

ขั้นตอนที่ 12: การทำความสะอาดและการตรวจสอบ

จากนั้นใช้เครื่องมือ dremel เพื่อตัดทองแดงรอบ ๆ ตัวต้านทานที่ด้านหลังของบอร์ด (เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ตัวต้านทานลัดวงจร) หลังจากนั้น ใช้มัลติมิเตอร์ในโหมดความต่อเนื่องเพื่อตรวจสอบว่าไม่มีการลัดวงจรในกระบวนการบัดกรี ในการตรวจสอบขั้นสุดท้าย ให้ใช้การวัดไดโอดของมัลติมิเตอร์ (บทช่วยสอนหากนี่เป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับคุณ) ทั่วทั้งโฟโตไดโอดเพื่อให้แน่ใจว่าได้ต่อเข้ากับบอร์ดอย่างแน่นหนา

ขั้นตอนที่ 13: บอร์ด 2 - ไฟ LED

นี่คือแผนผังสำหรับกระดานที่สอง อันนี้ยากขึ้นเล็กน้อย แต่โชคดีที่เราอุ่นเครื่องจากการทำอันสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 14: เจาะลึก Redux

หลังจากพยายามหลายครั้งที่ฉันไม่ชอบมากขนาดนั้น ฉันจึงเลือกรูปแบบนี้ ซึ่งฉันเจาะโดยใช้ดอกสว่านเดรเมลแบบเดิมเหมือนเมื่อก่อน จากภาพนี้ บอกได้ยาก แต่มีการเชื่อมต่อระหว่างสองส่วนของบอร์ดผ่านอีกด้านหนึ่ง (กราวด์ในวงจร) ส่วนที่สำคัญที่สุดของการตัดนี้คือจุดตัดที่ชิป LED จะอยู่ รูปแบบเป้าเล็งนี้ต้องค่อนข้างเล็กเพราะการต่อบนชิป LED นั้นอยู่ใกล้กันมาก

ขั้นตอนที่ 15: การบัดกรี Vias

เนื่องจากจำเป็นต้องเชื่อมต่อทั้งสองมุมตรงข้ามของชิป LED เราจึงต้องใช้ด้านหลังของบอร์ดเพื่อเชื่อมต่อ เมื่อเราเชื่อมต่อด้านหนึ่งของบอร์ดกับอีกด้านหนึ่ง เรียกว่า "ผ่าน" ในการทำจุดแวะบนกระดาน ฉันเจาะรูในสองพื้นที่ที่ฉันทำเครื่องหมายไว้ด้านบน จากที่นี่ฉันใส่ตัวนำของตัวต้านทานบนบอร์ดก่อนหน้าลงในรูแล้วบัดกรีทั้งสองด้าน ฉันตัดลวดส่วนเกินออกให้ได้มากที่สุด และตรวจสอบความต่อเนื่องเพื่อดูว่ามีความต้านทานใกล้ศูนย์ระหว่างสองส่วนนี้ Vias นี้ไม่จำเป็นต้องมีโครงร่างที่ด้านหลังต่างจากบอร์ดที่แล้ว เพราะเราต้องการให้เชื่อมต่อ

ขั้นตอนที่ 16: การบัดกรีชิป LED

ในการบัดกรีชิป LED ให้ทำตามขั้นตอนเดียวกับโฟโตไดโอด โดยเพิ่มการบัดกรีที่ขาแต่ละอันและบนพื้นผิวด้วย การวางแนวของชิ้นส่วนนั้นทำได้ยาก และฉันแนะนำให้ทำตามเอกสารข้อมูลเพื่อรับตลับลูกปืนของคุณ ที่ด้านล่างของชิป "หมุดหนึ่ง" มีแผ่นรองที่แตกต่างกันเล็กน้อย และตัวเลขที่เหลือจะดำเนินต่อไปรอบๆ ชิป ฉันได้ทำเครื่องหมายว่าหมายเลขใดติดอยู่ที่จุดใด เมื่อคุณบัดกรีแล้ว คุณควรใช้การตั้งค่าการทดสอบไดโอดบนมัลติมิเตอร์อีกครั้งเพื่อดูว่าติดทั้งสองด้านอย่างถูกต้อง นี่จะแสดงให้คุณเห็นว่า LED ดวงใดเป็นสีแดงด้วย เนื่องจากจะสว่างขึ้นเล็กน้อยเมื่อเชื่อมต่อมัลติมิเตอร์

ขั้นตอนที่ 17: ส่วนประกอบที่เหลือ

ถัดไป ประสานบนตัวต้านทานและส่วนหัว 3 พิน หากคุณบังเอิญมีชิป LED พลิก 180° ในขั้นตอนก่อนหน้า คุณก็ยังสามารถดำเนินการต่อได้ เมื่อคุณใส่ตัวต้านทาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวต้านทาน 150Ω อยู่ด้านสีแดง และอีกด้านหนึ่งมี180Ω

ขั้นตอนที่ 18: เสร็จสิ้นและตรวจสอบ

ที่ด้านหลัง ตัดรอบตัวต้านทานเหมือนก่อนเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรด้วยช่อง ตัดกระดานออก และกวาดครั้งสุดท้ายด้วยเครื่องทดสอบความต่อเนื่องบนมัลติมิเตอร์ เพื่อตรวจสอบอีกครั้งว่าไม่มีสิ่งใดลัดวงจรโดยไม่ได้ตั้งใจ

ขั้นตอนที่ 19: "การเติม" บอร์ด

หลังจากงานบัดกรีที่ละเอียดทั้งหมดที่ฉันทำ ฉันต้องการให้แน่ใจว่าไม่มีสิ่งใดที่จะทำให้ส่วนประกอบหลุดออกไปในขณะที่กำลังใช้ oximeter ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจ "หม้อ" ที่แผง การเพิ่มชั้นของบางสิ่งที่ไม่นำไฟฟ้า ส่วนประกอบทั้งหมดจะเข้าที่ได้ดีขึ้นและจะให้พื้นผิวเรียบขึ้นสำหรับ oximeter ฉันทดสอบบางสิ่งที่ฉันวางไว้ และกาวที่มีความแข็งแรงทางอุตสาหกรรมนี้ใช้ได้ดี ฉันเริ่มต้นด้วยการปิดด้านหลังและปล่อยให้นั่งสักสองสามชั่วโมง

ขั้นตอนที่ 20: การปลูกต่อ

หลังจากที่ด้านล่างแข็งตัวแล้ว ให้พลิกกระดานและเคลือบด้านบน ถึงแม้ว่าจะเป็นกาวที่เกือบจะใส แต่ฉันก็อยากจะเปิดเครื่องตรวจจับแสงและไฟ LED เอาไว้ ดังนั้นก่อนที่จะปิดทุกอย่าง ฉันจึงปิดเทปกาวทั้งสองชิ้นด้วยเทปไฟฟ้าชิ้นเล็กๆ และหลังจากนั้นสองสามชั่วโมง ฉันใช้มีดค่อยๆ ลอกกาวที่ติดอยู่ด้านบนออก เหล่านี้และถอดเทปออก อาจไม่จำเป็นต้องเปิดฝาไว้ แต่ถ้าคุณตัดสินใจที่จะปิดมัน ให้หลีกเลี่ยงฟองอากาศ เป็นการดีที่จะติดกาวมากเท่าที่คุณต้องการ (ด้วยเหตุผล) เนื่องจากพื้นผิวที่เรียบกว่าจะนั่งได้สบายกว่าและเพิ่มการป้องกันให้กับส่วนประกอบต่างๆ มากขึ้น เพียงปล่อยให้ทิ้งไว้ครู่หนึ่งเพื่อให้แห้งตลอด

ขั้นตอนที่ 21: การสร้างสาย

ฉันมีลวดตีเกลียวอยู่ในมือเท่านั้น ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้หัวต่อแบบ 3 พินตัวผู้เพื่อสร้างสายเคเบิล หากคุณมีอยู่แล้ว ง่ายกว่ามากที่จะใช้ลวดเกจแบบแข็งโดยไม่ต้องบัดกรี มันช่วยบิดสายไฟเข้าด้วยกันเพราะมันจะป้องกันการกีดขวางและดูเรียบร้อยกว่า เพียงประสานลวดแต่ละเส้นเข้ากับหมุดบนส่วนหัว และถ้าคุณมี ฉันจะเคลือบแต่ละเส้นด้วยการหดตัวด้วยความร้อน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีสายไฟในลำดับเดียวกันเมื่อคุณเชื่อมต่อส่วนหัวอีกด้านหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 22: Idiot-Proofing the Wiring

เนื่องจากวิธีที่ฉันเชื่อมต่อบอร์ดเหล่านี้กับสายเคเบิล ฉันต้องการให้แน่ใจว่าฉันไม่เคยเชื่อมต่อผิด ดังนั้นฉันจึงกำหนดรหัสการเชื่อมต่อกับเครื่องหมายสี คุณสามารถดูได้ที่นี่ว่าพินใดคือการเชื่อมต่อใดและวิธีการทำงานของรหัสสีของฉัน

ขั้นตอนที่ 23: การสร้างสิ่งที่แนบมา

กล่องหุ้มสำหรับ oximeter ที่ฉันทำด้วยโฟม L200 และท่อพีวีซีชิ้นหนึ่ง แต่คุณสามารถใช้โฟมและ/หรือพลาสติกอะไรก็ได้ที่คุณวางไว้ พีวีซีใช้งานได้ดีเพราะเกือบจะเป็นรูปทรงที่เราต้องการแล้ว

ขั้นตอนที่ 24: PVC และ Heat Guns

การใช้ปืนความร้อนบน PVC สำหรับการขึ้นรูปเป็นเรื่องง่าย แต่สามารถฝึกฝนได้บ้าง สิ่งที่คุณต้องทำคือใช้ความร้อนกับ PVC จนกระทั่งเริ่มงอได้อย่างอิสระ ขณะร้อน คุณสามารถโค้งงอเป็นรูปทรงใดก็ได้ตามต้องการ เริ่มต้นด้วยส่วนของท่อพีวีซีที่กว้างกว่าแผง ตัดด้านใดด้านหนึ่งแล้วใส่ความร้อนลงไป คุณจะต้องใช้ถุงมือหรือบล็อกไม้เพื่อให้สามารถเคลื่อนตัว PVC ได้ในขณะที่ยังร้อนอยู่

ขั้นตอนที่ 25: ขึ้นรูปพลาสติก

ในขณะที่คุณงอห่วงให้ตัด PVC ส่วนเกินออก ก่อนที่คุณจะงอจนสุด ให้ใช้มีดหรือเครื่องมือเดรเมลเพื่อแกะรอยบากที่ด้านหนึ่งและขอบของด้านตรงข้ามออก รูปทรงง่ามนี้ช่วยให้คุณปิดลูปต่อไปได้ นอกจากนี้ยังช่วยให้คุณคว้าที่ไหนสักแห่งเพื่อเปิด oximeter เพื่อวางไว้บนนิ้วของคุณ อย่าเพิ่งกังวลเรื่องความรัดกุมในตอนนี้ เพราะคุณจะต้องการดูความรู้สึกเมื่อใส่โฟมและแผ่นกระดานเข้าไปแล้ว

ขั้นตอนที่ 26: บางสิ่งที่นุ่มนวลกว่าเล็กน้อย

ถัดไป ให้ตัดแผ่นโฟมตามความกว้างของ PVC ของคุณ และตามความยาวที่จะพันรอบห่วงด้านในจนสุด

ขั้นตอนที่ 27: ที่สำหรับกระดาน

เพื่อป้องกันไม่ให้กระดานจิกนิ้วของคุณ สิ่งสำคัญคือต้องฝังลงในโฟม ติดตามรูปร่างของแผ่นกระดานลงในโฟมและใช้กรรไกรคู่หนึ่งเพื่อขุดวัสดุ แทนที่จะล้างพื้นที่ทั้งหมดรอบๆ ส่วนหัว ให้เพิ่มช่องบางๆ ที่ตัวเชื่อมต่อด้านข้างสามารถโผล่ออกมาได้ แต่ยังคงอยู่ใต้โฟมเล็กน้อย ณ จุดนี้ คุณสามารถใส่กระดานและโฟมลงใน PVC แล้วทดสอบความพอดีใน PVC จริง จากนั้นจึงใช้นิ้วของคุณ หากคุณทำเช่นนี้จะทำให้การไหลเวียนโลหิตของคุณลดลง คุณจะต้องใช้ปืนความร้อนอีกครั้งเพื่อเปิดกล่องหุ้มอีกเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 28: บอร์ดเป็นโฟม

เราจะเริ่มรวบรวมทั้งหมดตอนนี้! ในการเริ่มต้น เพียงแค่โยนอีพ็อกซี่/กาวบางส่วนลงในรูที่คุณเพิ่งทำในโฟมแล้ววางกระดานลงในบ้านหลังเล็กๆ ของพวกเขา ฉันใช้กาวแบบเดียวกับที่ใช้ปูกระดานก่อนหน้านี้ ซึ่งดูเหมือนว่าจะใช้ได้ดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณปล่อยทิ้งไว้สองสามชั่วโมงก่อนจะดำเนินการต่อ

ขั้นตอนที่ 29: โฟมเป็นพลาสติก

ต่อไปฉันปู PVC ด้านในด้วยกาวเดียวกันแล้วใส่โฟมเข้าไปอย่างระมัดระวัง เช็ดส่วนที่เกินแล้วใส่บางอย่างลงไปเพื่อให้โฟมซับมัน มีดเอนกประสงค์ของฉันใช้งานได้ดี และช่วยดันโฟมกับ PVC เพื่อให้ได้ซีลที่แข็งแรง

ขั้นตอนที่ 30: การเชื่อมต่อ Arduino

ณ จุดนี้เซ็นเซอร์จริงจะเสร็จสมบูรณ์ แต่แน่นอนว่าเราต้องการใช้สำหรับบางสิ่งบางอย่าง ไม่มีอะไรจะเชื่อมต่อกับ Arduino มากนัก แต่สิ่งสำคัญอย่างเหลือเชื่อที่จะไม่ต่อสายใดๆ กลับด้าน ไม่เช่นนั้นคุณอาจสร้างความเสียหายให้กับสิ่งต่างๆ บนแผงวงจรได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปิดไฟแล้วเมื่อคุณเชื่อมต่อวงจร (เป็นวิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการหลีกเลี่ยงปัญหา)

ขั้นตอนที่ 31: ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่เหลืออยู่

หมายเหตุบางประการเกี่ยวกับการเดินสายไปยัง Arduino:

• ตัวเก็บประจุจากสัญญาณลงกราวด์ทำให้เกิดเสียงรบกวน ฉันไม่มีตัวเลือกมากมาย ดังนั้นฉันจึงใช้ "ถังขยะพิเศษของพ่อ" แต่ถ้าคุณมีความหลากหลาย ให้เลือกบางอย่างประมาณ 47nF หรือน้อยกว่า มิฉะนั้น คุณอาจไม่สามารถเปลี่ยนความเร็วระหว่างไฟ LED สีแดงและ IR ได้อย่างรวดเร็ว
• ตัวต้านทานที่เข้าไปในสายตรวจจับแสงเป็นสิ่งที่ปลอดภัย ไม่จำเป็น แต่ฉันกลัวว่าในขณะที่จัดการวงจรเขียงหั่นขนมฉันอาจทำให้บางสิ่งบางอย่างสั้นลงโดยไม่ได้ตั้งใจและทำให้โครงการทั้งหมดไม่เรียบร้อย จะไม่ครอบคลุมทุกอุบัติเหตุ แต่ช่วยให้มีสติมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 32: การทดสอบกระแสไฟ LED

เมื่อฉันมีสิ่งเหล่านี้แล้ว ให้ทดสอบกระแสไฟที่ไหลผ่าน LED สีแดงและ IR โดยใช้มัลติมิเตอร์ในโหมดแอมมิเตอร์ เป้าหมายที่นี่คือเพียงตรวจสอบว่ามีความคล้ายคลึงกัน ของฉันอยู่ที่ประมาณ 17mA

ขั้นตอนที่ 33: รหัส

ตามที่ระบุไว้ในขั้นตอนการเตรียมการ รหัสสำหรับอุปกรณ์นี้สามารถพบได้ในที่เก็บ GitHub ของเรา อย่างง่าย:

1. ดาวน์โหลดรหัสนี้โดยคลิก "โคลนหรือดาวน์โหลด"/"ดาวน์โหลด Zip"
2. แตกไฟล์นี้โดยใช้ 7zip หรือโปรแกรมที่คล้ายกัน แล้วเปิดไฟล์นี้ใน Arduino IDE
3. อัปโหลดไปยัง Arduino ของคุณและเชื่อมต่อหมุดตามที่อธิบายไว้ในการกำหนดพิน (หรือเปลี่ยนหมุดในโค้ด แต่ตระหนักว่าคุณจะต้องทำเช่นนี้ทุกครั้งที่คุณดาวน์โหลดซ้ำจาก GitHub)
4. หากคุณต้องการดูเอาต์พุตแบบอนุกรมบนจอภาพอนุกรม ให้เปลี่ยนบูลีน serialDisplay เป็น True ตัวแปรอินพุตอื่น ๆ อธิบายไว้ในโค้ด ค่าปัจจุบันทำงานได้ดีสำหรับเรา แต่คุณสามารถทดลองกับผู้อื่นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการตั้งค่าของคุณ

ขั้นตอนที่ 34: แผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 35: แนวคิดเพิ่มเติม

เราต้องการเพิ่ม (หรือหนึ่งในผู้ติดตามของเราหลายคนอาจคิดเพิ่ม)

1. การเชื่อมต่อ Bluetooth สำหรับแลกเปลี่ยนข้อมูลกับคอมพิวเตอร์
2. การเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ Google Home/Amazon เพื่อขอข้อมูล SpO2
3. การคำนวณ SpO2 ที่ล้างออกยากมากขึ้น เนื่องจากขณะนี้เราไม่มีข้อมูลอ้างอิงสำหรับการเปรียบเทียบ เราแค่ใช้คณิตศาสตร์ที่เราพบทางออนไลน์
4. รหัสสำหรับคำนวณและรายงานการเต้นของหัวใจของผู้ป่วยพร้อมกับ SpO2
5. การใช้วงจรรวมสำหรับการวัดและคณิตศาสตร์ของเรา ขจัดความแปรปรวนส่วนใหญ่สำหรับผลลัพธ์ของเรา