Digitalηφιακό μανόμετρο/CPAP Machine Monitor: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Ξυπνήσατε ποτέ το πρωί και διαπιστώσατε ότι η μάσκα CPAP είναι απενεργοποιημένη; Αυτή η συσκευή θα σας ειδοποιήσει εάν έχετε αφαιρέσει ακούσια τη μάσκα κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Η θεραπεία CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) είναι η πιο κοινή μορφή θεραπείας για Αποφρακτική Άπνοια leepπνου (OSA). Για τους ασθενείς με θεραπεία CPAP, είναι σημαντικό να φοράτε τη μάσκα CPAP όλη την ώρα ενώ κοιμάστε για να είναι αποτελεσματική η θεραπεία, καθώς και να πληρούν τα κριτήρια συμμόρφωσης CPAP που απαιτούν οι ασφαλιστικές εταιρείες.

Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι αντιμετωπίζουν προβλήματα κατά την προσαρμογή στον ύπνο με μάσκα CPAP, συμπεριλαμβανομένου του προβλήματος του να ξυπνάμε με συνέπεια για να βρούμε τη μάσκα CPAP. Παρόλο που πολλές σύγχρονες συσκευές CPAP είναι αρκετά εξελιγμένες για να διαφοροποιήσουν τη μάσκα που είναι πραγματικά στο άτομο ή εάν το άτομο απλώς την ενεργοποιεί αλλά δεν φορά τη μάσκα, δεν έχουν όλες τους συναγερμό ή συναγερμό αρκετά δυνατό για να ξυπνήσουν τον ασθενή όταν Η μάσκα CPAP αφαιρείται ή υπάρχει μεγάλη διαρροή αέρα.

Αυτό το έργο αφορά την κατασκευή ψηφιακού μανόμετρου για την παρακολούθηση της πίεσης του αέρα μέσα στις σωληνώσεις CPAP. Θα εμφανίσει την πίεση του αέρα σε πραγματικό χρόνο μέσα στις σωληνώσεις CPAP και η συσκευή θα εκπέμψει έναν ηχητικό συναγερμό όταν η μάσκα CPAP είναι πιθανώς σβηστή ή παρουσιάζει μεγάλη διαρροή αέρα κατά τη διάρκεια της θεραπείας.

Προμήθειες

1. MPXV7002DP breakout board
2. Arduino Nano V3.0 με πλακέτα επέκτασης I/O
3. Σειριακή μονάδα LCD 1602 16x2 με προσαρμογέα IIC/I2C μπλε ή πράσινο
4. 12x12x7.3mm Διακόπτης στιγμιαίας απλής ώθησης με κουμπί
5. DC 5V Active Sound Buzzer
6. 2mm ID, 4mm OD, Εύκαμπτος σωλήνας από καουτσούκ σιλικόνης
7. Τρισδιάστατη εκτύπωση σώματος αισθητήρα και θήκη
8. Σύρματα βραχυκυκλωτή Dupont και βίδες με αυτοκόλλητη τομή (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 το καθένα)

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί

Το μανόμετρο είναι μια συσκευή για τη μέτρηση των πιέσεων. Σε φυσιολογική κατάσταση κατά τη διάρκεια της θεραπείας με CPAP, υπάρχει σημαντική αλλαγή στην πίεση του αέρα μέσα στη σωλήνωση CPAP λόγω αναπνοής καθώς ο ασθενής εισπνέει και εκπνέει τον αέρα. Εάν υπάρχει μεγάλη διαρροή αέρα ή η μάσκα είναι σβηστή, η διακύμανση της πίεσης του αέρα στις σωληνώσεις θα γίνει πολύ μικρότερη. Ουσιαστικά μπορούμε να ελέγξουμε την κατάσταση της μάσκας παρακολουθώντας συνεχώς την πίεση του αέρα μέσα στις σωληνώσεις CPAP με ένα μανόμετρο.

Digitalηφιακό μανόμετρο

Σε αυτό το έργο, ο ενσωματωμένος αισθητήρας πίεσης πυριτίου MPXV7002DP χρησιμοποιείται ως μετατροπέας για τη μετατροπή της πίεσης του αέρα σε ψηφιακά σήματα. Ο πίνακας διάσπασης MPXV7002DP είναι ευρέως διαθέσιμος ως αισθητήρας διαφορικής πίεσης για τη μέτρηση της ταχύτητας του αέρα των μοντέλων RC και είναι σχετικά φθηνός. Αυτή είναι η ίδια τεχνολογία στα εμπορικά μηχανήματα CPAP.

Το MPXV7002DP είναι ένας μονολιθικός αισθητήρας πίεσης πυριτίου σχεδιασμένος για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Έχει εύρος μέτρησης της πίεσης του αέρα από -2 kPa έως 2 kPa (περίπου +/- 20,4 cmH2O), το οποίο καλύπτει όμορφα τα τυπικά επίπεδα πίεσης για τη θεραπεία της Αποφρακτικής Άπνοιας από 6 έως 15 cmH2O.

Το MPXV7002DP έχει σχεδιαστεί ως αισθητήρας διαφορικής πίεσης και έχει δύο θύρες (P1 & P2). Σε αυτό το έργο, το MPXV7002DP χρησιμοποιείται ως αισθητήρας πίεσης μετρητή αφήνοντας την πίσω θύρα (P2) ανοιχτή στον αέρα του περιβάλλοντος. Με αυτόν τον τρόπο μετράται η πίεση σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση του περιβάλλοντος.

Το MPXV7002DP θα παράγει αναλογική τάση από 0-5V. Αυτή η τάση διαβάζεται από τον αναλογικό πείρο Arduino και αποκρύπτεται στην αντίστοιχη πίεση του αέρα χρησιμοποιώντας τη λειτουργία μεταφοράς που παρέχεται από τον κατασκευαστή. Η πίεση μετριέται σε kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Στη συνέχεια, τα αποτελέσματα εμφανίζονται στην οθόνη LCD τόσο σε Pa (Pascal) όσο και σε cmH2O.

CPAP Machine Monitor

Η μελέτη δείχνει ότι οι κινήσεις της αναπνοής είναι συμμετρικές και δεν άλλαξαν σημαντικά με την αύξηση της ηλικίας. Ο μέσος ρυθμός αναπνοής είναι 14 κατά την ήσυχη αναπνοή και για τα δύο φύλα. Ο ρυθμός (λόγος έμπνευσης/εκπνοής) είναι 1: 1,21 για τους άνδρες και 1: 1,14 για τις γυναίκες κατά την ήσυχη αναπνοή.

Τα ακατέργαστα δεδομένα των μετρήσεων της πίεσης του αέρα από τις σωληνώσεις CPAP ανεβοκατεβαίνουν καθώς οι άνθρωποι αναπνέουν και έχουν επίσης πολλές «αιχμές» αφού η παροχή Arduino 5.0V είναι αρκετά θορυβώδης. Επομένως, τα δεδομένα πρέπει να εξομαλυνθούν και να αξιολογηθούν με την πάροδο του χρόνου, προκειμένου να ανιχνευθούν αξιόπιστα οι αλλαγές πίεσης που εισάγονται από την εισπνοή και την εκπνοή.

Πολλά μέτρα λαμβάνονται από το σκίτσο Arduino για την επεξεργασία των δεδομένων και την παρακολούθηση της πίεσης του αέρα. Με λίγα λόγια, το σκίτσο Arduino χρησιμοποιεί τη μέση βιβλιοθήκη του Rob Tillaart για να υπολογίσει πρώτα τον κινητό μέσο όρο των μετρήσεων της πίεσης του αέρα σε πραγματικό χρόνο για να εξομαλύνει τα σημεία δεδομένων και στη συνέχεια να υπολογίσει την ελάχιστη και μέγιστη παρατηρούμενη πίεση αέρα κάθε λίγα δευτερόλεπτα για να διαπιστώσετε εάν η μάσκα έχει αποσυνδεθεί ελέγχοντας τις διαφορές μεταξύ των επιπέδων αιχμής και κατώτατης πίεσης του αέρα. Έτσι, εάν η εισερχόμενη γραμμή δεδομένων γίνει επίπεδη, τότε είναι πιθανό να υπάρχει μεγάλη διαρροή αέρα ή η μάσκα να έχει αποσυνδεθεί, θα ακουστεί ένας ηχητικός συναγερμός για να ξυπνήσει ο ασθενής για να κάνει τις απαραίτητες ρυθμίσεις. Δείτε τα γραφήματα δεδομένων για την απεικόνιση αυτού του αλγορίθμου.

Βήμα 2: Μέρη και σχήματα

Όλα τα μέρη είναι διαθέσιμα από το Amazon.com και το BOM με συνδέσμους παρέχεται παραπάνω.

Επιπλέον, το σώμα του αισθητήρα και η θήκη που αποτελείται από το κουτί της συσκευής και το πίσω πλαίσιο πρέπει να εκτυπωθούν 3D χρησιμοποιώντας τα παρακάτω αρχεία STL. Το σώμα του αισθητήρα πρέπει να εκτυπώνεται σε κάθετη θέση με υποστήριξη για καλύτερα αποτελέσματα.

Παρέχεται ένα σχήμα για αναφορά.

Βήμα 3: Δημιουργία και αρχική δοκιμή

Αρχικά προετοιμάστε όλα τα μέρη για την τελική συναρμολόγηση. Συγκολλήστε τις καρφίτσες στην πλακέτα Nano, εάν χρειάζεται, και στη συνέχεια τοποθετήστε την πλακέτα Nano στην πλακέτα επέκτασης I/O. Στη συνέχεια, συνδέστε ή συγκολλήστε τα καλώδια του βραχυκυκλωτήρα στον διακόπτη κουμπιών και στο βομβητή. Χρησιμοποίησα μερικούς υπολειπόμενους συνδετήρες σερβο αντί για καλώδια βραχυκυκλωτήρων. Για το MPXV7002DP, μπορείτε είτε να χρησιμοποιήσετε το σύρμα που συνοδεύει την σανίδα διάσπασης χωρίς συγκόλληση είτε να κολλήσετε το σύρμα στην σανίδα διάσπασης όπως φαίνεται στην εικόνα. Επίσης, κόψτε σωλήνες από καουτσούκ πυριτίου περίπου 30 mm και συνδέστε τις στην επάνω θύρα (P1) στο MPXV7002DP.

Μόλις προετοιμαστούν τα μέρη, η τελική συναρμολόγηση είναι πολύ απλή λόγω της χρήσης της πλακέτας επέκτασης I/O και της σειριακής LCD I2C.

Βήμα 1: Εγκαταστήστε την πλακέτα διακοπής MPXV7002DP στο σώμα του αισθητήρα 3D εκτύπωσης. Αδράξτε το ανοιχτό άκρο του σωλήνα πυριτίου στην οπή μέτρησης και στη συνέχεια στερεώστε την πλακέτα με 2 μικρές βίδες. Συνδέστε τον αισθητήρα στην καρφίτσα S στη θύρα A0 της πλακέτας επέκτασης.

• Αναλογικό Α0
• VCC V
• GND -> G

Βήμα 2: Συνδέστε την οθόνη LCD με τις καρφίτσες S της πλακέτας επέκτασης Nano στη θύρα A4 και A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Βήμα 3: Συνδέστε το Buzzer and Switch στη θύρα επέκτασης D5 και D6

• Εναλλαγή: στη θύρα 5 μεταξύ S και G
• Buzzer: στη θύρα 6, το θετικό στο S και το έδαφος στο G

Βήμα 4: Τελική συναρμολόγηση

Ασφαλίστε το σώμα του αισθητήρα στην πίσω πλάκα με 4 βίδες M3, στη συνέχεια τοποθετήστε την οθόνη LCD και την πλακέτα επέκτασης Nano και στερεώστε τα με μικρές βίδες. Σπρώξτε το διακόπτη κουμπιού και το βομβητή στη θήκη και ασφαλίστε τα με ζεστή κόλλα.

Βήμα 5: Προγραμματισμός

1. Προσθέστε τις βιβλιοθήκες στο Arduino IDE. Οι βιβλιοθήκες μπορούν να βρεθούν στη διεύθυνση: LiquidCrystal-I2C και RunningAverage.
2. Συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή και εγκαταστήστε το σκίτσο του Arduino.

Αυτό είναι. Τώρα ενεργοποιήστε τη μονάδα είτε με USB είτε εφαρμόστε ισχύ 9-12V στη θύρα DC στον πίνακα επέκτασης (συνιστάται). Εάν ο οπίσθιος φωτισμός της οθόνης LCD είναι αναμμένος αλλά η οθόνη είναι κενή ή τα γράμματα είναι δυσανάγνωστα, ρυθμίστε την αντίθεση της οθόνης γυρίζοντας το μπλε ποτενσιόμετρο στο πίσω μέρος της μονάδας LCD I2C.

Τέλος, συνδέστε την πίσω πλάκα στην μπροστινή θήκη με 4 βίδες Μ3.

Βήμα 4: Ρύθμιση απλής δοκιμής μανόμετρου

Wasμουν περίεργος για την ακρίβεια αυτού του ψηφιακού μανόμετρου και έφτιαξα μια απλή βάση δοκιμής για να συγκρίνω την ένδειξη του μετρητή με ένα κλασικό μανόμετρο νερού. Με μια ηλεκτρική αντλία αέρα που ελέγχεται από έναν ελεγκτή ταχύτητας κινητήρα, μπόρεσα να δημιουργήσω μεταβλητή πίεση αέρα και έκανα τις μετρήσεις ταυτόχρονα τόσο με ψηφιακά όσο και με μανόμετρα νερού συνδεδεμένα σε σειρά. Οι μετρήσεις πίεσης είναι αρκετά κοντά σε διάφορα επίπεδα πίεσης αέρα.

Βήμα 5: Βάλτε το σε δράση

Η χρήση αυτής της συσκευής είναι αρκετά απλή. Συνδέστε πρώτα τη συσκευή ενδιάμεσα μεταξύ του μηχανήματος CPAP και της μάσκας χρησιμοποιώντας τυπικό σωλήνα CPAP 15mm. Συνδέστε τη μία πλευρά της οθόνης στο μηχάνημα CPAP και την άλλη πλευρά της οθόνης στη μάσκα, έτσι ώστε να περνάει ο αέρας.

Βαθμονόμηση ενεργοποίησης

Ο αισθητήρας MPXV7002DP πρέπει να βαθμονομείται σε μηδενική πίεση έναντι της ατμοσφαιρικής πίεσης περιβάλλοντος κάθε φορά που ενεργοποιείται για να διασφαλιστεί η ακρίβειά του. Βεβαιωθείτε ότι το μηχάνημα CPAP είναι απενεργοποιημένο και ότι δεν υπάρχει πρόσθετη πίεση αέρα στο εσωτερικό του σωλήνα κατά την ενεργοποίηση. Μόλις ολοκληρωθεί η βαθμονόμηση, ο μετρητής θα εμφανίσει την τιμή μετατόπισης και ένα μήνυμα έτοιμης συσκευής.

Ο μετρητής λειτουργεί είτε σε λειτουργία μανόμετρου είτε σε λειτουργία συναγερμού CPAP με το πάτημα του κουμπιού. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο οπίσθιος φωτισμός LCD διαχειρίζεται σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας και την τιμή του αισθητήρα, ώστε ο μετρητής να μην αποσπά την προσοχή κατά τη διάρκεια του ύπνου.

Λειτουργία μανόμετρου

Αυτή είναι η κατάσταση αναμονής και ένα σύμβολο "-" θα εμφανιστεί στη δεξιά κάτω γωνία της οθόνης. Η λειτουργία συναγερμού είναι απενεργοποιημένη σε αυτήν τη λειτουργία. Η οθόνη θα δείχνει την πίεση αέρα σε πραγματικό χρόνο τόσο στο Pascal (P) όσο και στο cmH20 (H) στην πρώτη σειρά, καθώς και την ελάχιστη και μέγιστη πίεση καθώς και τη διαφορά μεταξύ Min. και Μαξ. παρατηρήθηκε τα τελευταία 3 δευτερόλεπτα στη δεύτερη σειρά. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο οπίσθιος φωτισμός LCD θα είναι συνεχώς αναμμένος, αλλά θα λήξει εάν η μηδενική σχετική πίεση αέρα έχει μετρηθεί συνεχώς για πάνω από 10 δευτερόλεπτα.

Λειτουργία συναγερμού CPAP

Αυτή είναι η κατάσταση συναγερμού και ένα σύμβολο "*" θα εμφανιστεί στη δεξιά κάτω γωνία της οθόνης. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο μετρητής θα ελέγχει τις διαφορές μεταξύ των κορυφών και των επιπέδων πίεσης του αέρα. Ο οπίσθιος φωτισμός LCD θα λήξει σε 10 δευτερόλεπτα και παραμένει σβηστός για όσο διάστημα δεν έχει εντοπιστεί διαφορά χαμηλής πίεσης. Το πίσω φως θα ανάψει ξανά εάν έχει εντοπιστεί διαφορά μικρότερη από 100 Pascal. Και ο βομβητής θα ηχήσει έναν ηχητικό συναγερμό με ένα μήνυμα "Check Mask" να εμφανίζεται στην οθόνη εάν η διαφορά στα μετρημένα επίπεδα πίεσης του αέρα ήταν επίμονα χαμηλή για περισσότερο από 10 δευτερόλεπτα. Μόλις ο ασθενής ρυθμίσει ξανά τη μάσκα και η διαφορά πίεσης επιστρέψει πάνω από 100 Pascal, τότε ο συναγερμός και ο οπίσθιος φωτισμός θα σβήσουν ξανά.

Βήμα 6: Αποποίηση ευθυνών

Αυτή η συσκευή δεν είναι ιατρική συσκευή, ούτε εξάρτημα της ιατρικής συσκευής. Η μέτρηση δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για διαγνωστικούς ή θεραπευτικούς σκοπούς.

Επόμενος στο Διαγωνισμό Αισθητήρων