Digitaalinen manometri/CPAP -koneen näyttö: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Oletko koskaan herännyt aamulla ja huomannut, että CPAP -naamio on pois päältä? Tämä laite hälyttää, jos olet poistanut maskin tahattomasti unen aikana.

CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) -hoito on yleisin obstruktiivisen uniapnean (OSA) hoitomuoto. CPAP -hoitoa saaville potilaille on tärkeää käyttää CPAP -naamaria koko unen ajan nukkumisen aikana, jotta hoito olisi tehokasta ja täyttää myös vakuutusyhtiöiden edellyttämät CPAP -vaatimustenmukaisuuskriteerit.

Kuitenkin monilla ihmisillä on ongelmia sopeutuessaan nukkumaan CPAP -naamion avulla, mukaan lukien ongelma herätä jatkuvasti löytääkseen CPAP -naamionsa pois päältä. Vaikka monet nykyaikaiset CPAP -laitteet ovat riittävän kehittyneitä erottaakseen naamion todellisuudessa olevasta naamiosta tai jos henkilö vain kytkee sen päälle, mutta ei käytä naamiota, kaikilla ei ole hälytystä tai hälytystä tarpeeksi kovaa herättääkseen potilaan, kun CPAP -naamio on poistettu tai ilmavuoto on suuri.

Tämän projektin tarkoituksena on tehdä digitaalinen manometri ilmanpaineen seuraamiseksi CPAP -putkiston sisällä. Se näyttää reaaliaikaisen ilmanpaineen CPAP -putkiston sisällä ja laite antaa äänimerkin, kun CPAP -naamio on todennäköisesti pois päältä tai jos ilmavuoto on suuri hoidon aikana.

Tarvikkeet

1. MPXV7002DP murtokortti
2. Arduino Nano V3.0 I/O -laajennuskortilla
3. Sarja LCD 1602 16x2 -moduuli, jossa IIC/I2C -sovitin, sininen tai vihreä
4. 12x12x7.3mm Hetkellinen kosketuspainike, jossa on näppäinkorkki
5. DC 5 V: n aktiivinen äänimerkki
6. 2 mm ID, 4 mm OD, joustava silikonikumiputki
7. 3D -tulostettu anturirunko ja kotelo
8. Dupont-hyppyjohdot ja itsekelausruuvit (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 kpl)

Vaihe 1: Näin se toimii

Manometri on laite paineiden mittaamiseen. Normaalitilassa CPAP -hoidon aikana ilmanpaine muuttuu merkittävästi CPAP -putkiston sisällä hengityksen vuoksi, kun potilas hengittää ja hengittää ilmaa. Jos ilmavuoto on suuri tai maski on pois päältä, putkiston ilmanpaineen vaihtelu pienenee paljon. Joten voimme periaatteessa tarkistaa naamion tilan seuraamalla jatkuvasti ilmanpainetta CPAP -putkiston sisällä manometrin avulla.

Digitaalinen manometri

Tässä projektissa MPXV7002DP integroitua silikonipaineanturia käytetään anturina ilmanpaineen muuntamiseen digitaalisiksi signaaleiksi. MPXV7002DP -murtokortti on laajalti saatavana paine -eroanturina RC -mallien ilmanopeuden mittaamiseen ja on suhteellisen halpa. Tämä on sama tekniikka kaupallisissa CPAP -koneissa.

MPXV7002DP on monoliittinen piin paineanturi, joka on suunniteltu monenlaisiin sovelluksiin. Sen ilmanpaineen mittausalue on -2 kPa - 2 kPa (noin +/- 20,4 cmH2O), joka kattaa hienosti obstruktiivisen uniapnean hoitoon tyypilliset painetasot välillä 6 - 15 cmH2O.

MPXV7002DP on suunniteltu paine -eroanturina ja siinä on kaksi porttia (P1 ja P2). Tässä projektissa MPXV7002DP: tä käytetään mittarina paineanturina jättämällä takaportti (P2) avoinna ympäröivälle ilmalle. Tällä tavalla paine mitataan suhteessa ympäröivään ilmanpaineeseen.

MPXV7002DP antaa analogisen jännitteen 0-5V. Arduinon analoginen tappi lukee tämän jännitteen ja peittää vastaavan ilmanpaineen käyttämällä valmistajan tarjoamaa siirtotoimintoa. Paine mitataan kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Tulokset näytetään sitten LCD -näytöllä sekä Pa (Pascal) että cmH2O.

CPAP -konevalvonta

Tutkimus osoittaa, että hengitysliikkeet ovat symmetrisiä eivätkä muuttuneet merkittävästi iän myötä. Keskimääräinen hengitystaajuus on 14 hiljaisen hengityksen aikana molemmille sukupuolille. Rytmi (inspiraation/uloshengityksen suhde) on 1: 1,21 miehillä ja 1: 1,14 naisilla hiljaisen hengityksen aikana.

CPAP -putkiston ilmanpaineen mittausten raakatiedot nousevat ja laskeutuvat ihmisten hengittäessä, ja niissä on myös monia piikkejä, koska Arduino 5,0 V: n syöttö on melko meluisaa. Siksi tietoja on tasoitettava ja arvioitava ajan mittaan, jotta hengityksen ja uloshengityksen aiheuttamat paineen muutokset voidaan tunnistaa luotettavasti.

Arduinon luonnos toteuttaa useita toimenpiteitä tietojen käsittelemiseksi ja ilmanpaineen seuraamiseksi. Lyhyesti sanottuna, Arduino-luonnos käyttää Rob Tillaartin juoksevan keskiarvon kirjastoa laskemaan ensin reaaliaikaisen ilmanpaineen mittausten liukuva keskiarvo tasoittaakseen datapisteet, ja laskemaan sitten pienin ja suurin havaittu ilmanpaine muutaman sekunnin välein sen selvittämiseksi, onko maski irrotettu, tarkistamalla ilmanpaineen huippu- ja minimitasojen väliset erot. Joten jos saapuva tietolinja muuttuu tasaiseksi, on todennäköistä, että ilmavuoto on suuri tai maski on irrotettu, kuuluu hälytysääni, joka herättää potilaan tekemään tarvittavat säädöt. Katso tämän algoritmin visualisointi datakuvista.

Vaihe 2: Osat ja kaaviot

Kaikki osat ovat saatavana Amazon.com -sivustolta ja BOM -linkit ovat yllä.

Lisäksi anturirunko ja kotelo, jotka koostuvat laitelaatikosta ja takapaneelista, on tulostettava 3D -muodossa käyttämällä alla olevia STL -tiedostoja. Anturin runko on tulostettava pystysuoraan asentoon tuen kanssa parhaan tuloksen saavuttamiseksi.

Kaavio on viitteellinen.

Vaihe 3: Rakenna ja ensimmäinen testaus

Valmistele ensin kaikki osat lopullista kokoonpanoa varten. Juottaa nastat tarvittaessa Nano -korttiin ja asenna sitten Nano -kortti I/O -laajennuskorttiin. Kiinnitä tai juota hyppyjohtimet sitten painikekytkimeen ja summeriin. Käytin joitakin jääneitä servoliittimiä hyppyjohtojen sijasta. MPXV7002DP: ssä voit joko käyttää katkaisulaudan mukana toimitettua johtoa ilman juottamista tai juottaa johtimen katkaisulaudalle kuvan osoittamalla tavalla. Leikkaa myös noin 30 mm piikumiletkua ja kiinnitä se MPXV7002DP: n yläpuolen porttiin (P1).

Kun osat on valmisteltu, lopullinen kokoonpano on hyvin yksinkertaista I/O -laajennuskortin ja sarjamuotoisen I2C -nestekidenäytön ansiosta.

Vaihe 1: Asenna MPXV7002DP -murtokortti 3D -tulostettuun anturirunkoon. Inertoi piiputken avoin pää mittausreikään ja kiinnitä levy kahdella pienellä ruuvilla. Liitä anturi laajennuskortin portissa A0 olevaan S -nastaan.

• Analoginen A0
• VCC V
• GND -> G.

Vaihe 2: Liitä nestekidenäyttö Nano -laajennuslevyn S -nastoihin porteissa A4 ja A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Vaihe 3: Liitä summeri ja kytkin laajennuskortin portteihin D5 ja D6

• Vaihda: porttiin 5 S: n ja G: n välillä
• Summeri: porttiin 6, positiivinen S: lle ja maa G: lle

Vaihe 4: Lopullinen kokoonpano

Kiinnitä anturirunko takalevyyn 4 M3 -ruuvilla, asenna sitten LCD -näyttö ja Nano -laajennuslevy ja kiinnitä ne pienillä ruuveilla. Paina nappikytkin ja summeri koteloon ja kiinnitä ne kuumaliimalla.

Vaihe 5: Ohjelmointi

1. Lisää kirjastot Arduino IDE -laitteeseesi. Kirjastot löytyvät osoitteista LiquidCrystal-I2C ja RunningAverage.
2. Liitä Arduino tietokoneeseen ja asenna Arduino -luonnos.

Se siitä. Kytke nyt virta laitteeseen joko USB: llä tai kytke 9-12 V: n virta laajennuskortin DC-porttiin (suositus). Jos nestekidenäytön taustavalo palaa, mutta näyttö on tyhjä tai kirjaimia on vaikea lukea, säädä näytön kontrastia kääntämällä LCD I2C -moduulin takana olevaa potentiometriä.

Kiinnitä lopuksi takalevy etukoteloon 4 M3 -ruuvilla.

Vaihe 4: Yksinkertainen manometritestin asennus

Olin utelias tämän digitaalisen manometrin tarkkuudesta ja rakensin yksinkertaisen testitelineen vertaamaan mittarin lukemaa klassiseen vesimittariin. Moottorin nopeussäätimellä ohjattavalla sähköisellä ilmapumpulla pystyin tuottamaan vaihtelevan ilmanpaineen ja tein mittaukset samanaikaisesti sekä digitaalisesti että sarjaan kytketyillä vesimittarilla. Paineen mittaukset ovat melko lähellä erilaisilla ilmanpainetasoilla.

Vaihe 5: Ota se käyttöön

Tämän laitteen käyttö on melko yksinkertaista. Liitä laite ensin suoraan CPAP -koneen ja naamarin väliin käyttämällä tavallista 15 mm: n CPAP -putkea. Liitä näytön toinen puoli CPAP -koneeseen ja sitten toinen puoli maskiin, jotta ilma pääsee kulkemaan läpi.

Käynnistyskalibrointi

MPXV7002DP-anturi on kalibroitava nollapaineeseen ilmanpaineeseen nähden aina, kun virta kytketään päälle, jotta varmistetaan sen tarkkuus. Varmista, että CPAP -laite on kytketty pois päältä ja ettei letkussa ole ylimääräistä ilmanpainetta käynnistyksen yhteydessä. Kun kalibrointi on valmis, mittari näyttää siirtymäarvon ja laitteen valmiusviestin.

Mittari toimii joko manometritilassa tai CPAP -hälytystilassa painikkeen painalluksella. On syytä huomata, että nestekidenäytön taustavaloa hallitaan toimintatilan ja anturin arvon mukaan, jotta mittari häiritsee vähemmän unta.

Manometritila

Tämä on valmiustila ja "-" -merkki näkyy näytön oikeassa alakulmassa. Hälytystoiminto ei ole käytössä tässä tilassa. Näyttö näyttää reaaliaikaisen ilmanpaineen sekä Pascalissa (P) että cmH20 (H) ensimmäisellä rivillä ja minimi- ja maksimipaineen sekä min. ja Max. havaittu viimeisen 3 sekunnin aikana toisella rivillä. Tässä tilassa nestekidenäytön taustavalo palaa jatkuvasti, mutta sammuu, jos suhteellinen ilmanpaine on mitattu jatkuvasti yli 10 sekunnin ajan.

CPAP -hälytystila

Tämä on hälytystila ja "*" -merkki näkyy näytön oikeassa alakulmassa. Tässä tilassa mittari tarkistaa ilmanpaineen huippu- ja minimitasojen väliset erot. Nestekidenäytön taustavalo sammuu 10 sekunnissa ja pysyy sammutettuna niin kauan kuin matalaa paine -eroa ei ole havaittu. Taustavalo syttyy uudelleen, jos ero on alle 100 Pascal. Ja summeri antaa äänimerkin ja "Check Mask" -viesti näkyy näytöllä, jos mitattujen ilmanpainetasojen ero on ollut jatkuvasti alhainen yli 10 sekuntia. Kun potilas säätää maskin uudelleen ja paine-ero palaa yli 100 Pascalin, hälytys ja taustavalo sammuvat uudelleen.

Vaihe 6: Vastuuvapauslauseke

Tämä laite ei ole lääketieteellinen laite eikä lääketieteellisen laitteen lisälaite. Mittausta ei saa käyttää diagnostisiin tai terapeuttisiin tarkoituksiin.

Toinen sija anturikilpailussa