Jednostka sterująca respiratora Covid-19: 10 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

Ten projekt jest prototypową budową dla Ventilator Crowd, respiratora pochodzącego z tłumu.

Publiczna strona internetowa tego projektu znajduje się tutaj:

Jest on udostępniany tutaj, aby inni mogli wykorzystać naszą obecną pracę, dowiedzieć się o tych kontrolerach i zrozumieć, co robimy. Należy pamiętać, że ten projekt nie został jeszcze przetestowany i nie ma dopuszczeń do użytku medycznego. W związku z tym ten kontroler nie może być używany do celów medycznych lub związanych z bezpieczeństwem. W tej formie ma służyć jako zasób edukacyjny, a nie element sprzętu medycznego.

Ten sterownik ma być głównym sterownikiem wielu naszych alternatywnych projektów respiratorów. Wersja demonstracyjna „testu laboratoryjnego” napędza mały serwomechanizm o wadze 9 g – łatwo można zademonstrować zachowanie sterowania. Kompletna jednostka prototypowa wyprowadza sygnał PWM, który możemy następnie wykorzystać jako wejście dla innych typów siłowników mechanicznych. Dostosowanie oprogramowania do pracy z silnikiem krokowym jest stosunkowo proste.

Kieszonkowe dzieci

1. Arduino Uno SMD R3

2. Moduł wyświetlacza LCD szeregowy 2004 20x4;

3. Obrotowy enkoder KY-040

4. NXP IC, CZUJNIK CIŚNIENIA MPX5010DP

5. 2 diody LED - 1 zielona, 1 czerwona (lub inne kontrastujące kolory)

6. Płytka prototypowa do lutowania (około 90x70mm)

7. Plastikowa obudowa projektu elektroniki 220 x 150 x 64mm

8. Śruby, nakrętki i wsporniki M3 do płyty montażowej

9. 2 x 200 omów, rezystory ograniczające prąd dla diod LED

10. 1 x 10 k ohm, rezystor podciągający dla przełącznika obrotowego;

Krok 1: Wersja deski do chleba

Jest to podstawowa wersja sterownika płytkowego - przed dodaniem przetwornika pomiaru ciśnienia i przed pakowaniem.

Krok 2: Wersja do chleba - schemat

To jest schemat dla wersji z płytą chlebową. Bardziej przejrzystą wersję można uzyskać za pośrednictwem tego łącza, ale należy pamiętać, że obrotowy przełącznik z przyciskiem centralnym wymaga dodatkowego rezystora podciągającego 10 kΩ, który nie jest pokazany na obwodzie:

www.circuito.io/app?components=512, 9590, 95…

Ta wersja jest pokazana jako napędzana serwomechanizmem - która działa jako rozsądna wizualna demonstracja do testowania na biurku. Oczywiście nie wystarczy, aby faktycznie sterować mechaniką rzeczywistego respiratora - ale pomaga uwidocznić oczekiwane działanie w testach stacjonarnych.

Krok 3: Zamontuj Arduino w płytce bazowej pudełka

Montaż Arduino na płytce bazowej skrzynki daje „czyste” i schludne wykończenie przedniej części obudowy. Myślę, że to oczywiste - ale nie popełnij błędu zaznaczając i wiercąc 4 otwory. Raczej zaznacz ogólną lokalizację Arduino. Zaznacz i wywierć jeden otwór. Następnie dopasuj śrubę, umieść Arduino na śrubie, a następnie zaznacz i wywierć drugą lokalizację śruby. Powtórz to dla ostatnich 2 śrub, aby wszystko wyrównać.

Krok 4: Zamontuj przełącznik obrotowy i przetwornik ciśnienia na płytce prototypowej

Nie jest idealnym rozwiązaniem, aby komponenty znajdowały się po obu stronach płytki prototypowej. Ale w tym przypadku było kilka opcji; wysokość przetwornika ciśnienia w pionie jest prawie taka sama jak przełącznika obrotowego. Gdyby oba elementy znajdowały się po tej samej stronie płyty, środkowa oś kontrolera obrotowego nie wystawałaby przez czoło pudełka.

Czyli w tym przypadku montujemy przełącznik obrotowy po jednej stronie płytki, a przetwornik ciśnienia po drugiej.

Krok 5: Zamontuj diody LED na płytce prototypowej

Diody LED służą do wskazywania cykli wdechu i wydechu. Muszą być one widoczne przez przednią powierzchnię pudełka i dlatego znajdują się po tej samej stronie płytki prototypowej, co kontroler obrotowy.

Krok 6: Wytnij otwory w przedniej części pudełka

Jest to podatny na błędy krok, który może łatwo doprowadzić do uszkodzenia pudełka lub takiego, w którym wyświetlacz i elementy sterujące nie są dobrze dopasowane. Zachowaj szczególną ostrożność przy mierzeniu pudełka i zaznaczaniu wyciętego na ekranie kwadratu po bokach pudełka. Sprawdź, czy wokół otworu jest wystarczająco dużo miejsca, aby zmieścić płytkę wyświetlacza – zwróć uwagę, że płytka drukowana wyświetlacza jest o kilka milimetrów większa niż sam wyświetlacz.

Dobrym pomysłem jest wycięcie szablonów papierowych na wszystkie otwory, które należy wyciąć. Zapewnia to dobre dopasowanie. Innym częstym błędem jest wycinanie otworów „od tyłu do przodu” w wyniku pomylenia orientacji komponentów. Wyraźnie oznacz szablon jako skierowany do przodu lub do tyłu i zwróć uwagę na lewą i prawą stronę, jak pokazano na tym rysunku.

Krok 7: Zamontuj płytkę prototypową na spodzie pudełka za pomocą przekładek

Chociaż łatwiej byłoby przykręcić wyświetlacz i płytkę drukowaną do przedniej części obudowy, ma to dwie wady. Po pierwsze, sprawia, że przód pudełka jest brzydki. Pokazana tutaj metoda skutkuje brakiem śrub na przedniej powierzchni pudełka - bardzo „czysty” projekt. Po drugie, ta metoda ułatwia montaż i okablowanie. Wszystkie elementy można zmontować na spodzie obudowy, a następnie przednią powierzchnię można po prostu umieścić na górze podstawy. Montaż elementów na przedniej powierzchni pudełka może być trudny ze względu na ograniczoną przestrzeń ze względu na boki pudełka.

Pytanie brzmi.. jak wywiercić otwory w dnie puszki, żeby jak wszystko zmontować to wszystko się poukłada? Moją ulubioną metodą jest to: przymocuj płytkę wyświetlacza i płytkę drukowaną do przedniej ścianki pudełka za pomocą taśmy. Umieść „blu-Tac” lub inny usuwalny materiał „kit” mniej więcej w miejscu, w którym Twoim zdaniem będą mocowane nogi. Zamknij pudełko - a nogi zrobią nadruk w szpachli we właściwej pozycji. Użyj tych oznaczeń do wywiercenia i przykręcenia nóżek wyświetlacza i płytki drukowanej.

Krok 8: Ostateczne mocowanie płytki drukowanej i płytki wyświetlacza do płyty podstawy

Te dwa obrazy pokazują płytkę wyświetlacza i płytkę drukowaną zamontowane na tylnej płycie obudowy. W tym momencie można wykonać i sprawdzić ostateczne okablowanie.

Krok 9: Schemat połączeń dla płyty, jak pokazano

Poniższy diagram pokazuje fizyczne okablowanie z kodowaniem kolorami, które zastosowaliśmy w naszym prototypie.

Krok 10: Końcowe sprawdzenie i zamknięcie pudełka

Zdjęcia tutaj pokazują końcowy etap montażu i zamykania pudła. Pudełko zamykane jest na 6 śrub w podstawie, dzięki czemu efekt końcowy jest czysty i schludny.

Film przedstawia szybką demonstrację oprogramowania.

Oprogramowanie dla Arduino można pobrać z repozytorium Ventilator Crowd Git tutaj:

github.com/ventilatorcrowd/Ventilator_Ardu…

Sprawdź komentarze w każdej wersji oprogramowania, aby upewnić się, że masz poprawną wersję dla budowanego urządzenia.

Jak poprzednio, zauważ, że jest to prototyp rozwojowy i nie został przetestowany. Nie nadaje się do użytku medycznego. Zamieszczono go tutaj, aby spełnić nasze zobowiązanie do dzielenia się wszystkimi pracami rozwojowymi nad tymi ważnymi urządzeniami.