Manometr cyfrowy/monitor maszyny CPAP: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Czy kiedykolwiek obudziłeś się rano i stwierdziłeś, że twoja maska CPAP jest zdjęta? To urządzenie zaalarmuje Cię, jeśli przypadkowo zdjęłeś maskę podczas snu.

Terapia CPAP (ciągłe dodatnie ciśnienie w drogach oddechowych) jest najczęstszą formą leczenia obturacyjnego bezdechu sennego (OBS). Dla pacjentów leczonych CPAP ważne jest noszenie maski CPAP przez cały czas podczas snu, aby terapia była skuteczna, a także spełniała kryteria zgodności CPAP wymagane przez towarzystwa ubezpieczeniowe.

Jednak wiele osób ma problemy z przystosowaniem się do spania z maską CPAP, w tym problem z ciągłym wybudzaniem się, aby znaleźć zdjętą maskę CPAP. Chociaż wiele nowoczesnych urządzeń CPAP jest wystarczająco wyrafinowanych, aby odróżnić maskę faktycznie znajdującą się na osobie lub jeśli osoba po prostu ją włącza, ale nie nosi maski, nie wszystkie z nich mają alarm lub alarm wystarczająco głośny, aby obudzić pacjenta, gdy Maska CPAP została zdjęta lub nastąpił duży przeciek powietrza.

Ten projekt dotyczy wykonania manometru cyfrowego do monitorowania ciśnienia powietrza wewnątrz rurociągu CPAP. Wyświetli ciśnienie powietrza w czasie rzeczywistym wewnątrz orurowania CPAP, a urządzenie wyemituje alarm dźwiękowy, gdy maska CPAP prawdopodobnie zostanie wyłączona lub wystąpi duży wyciek powietrza podczas terapii.

Kieszonkowe dzieci

1. Płytka zaciskowa MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 z kartą rozszerzeń we/wy
3. Moduł szeregowy LCD 1602 16x2 z adapterem IIC/I2C niebieski lub zielony
4. Chwilowy dotykowy przełącznik przyciskowy 12x12x7,3 mm z nasadką klawiszy
5. Aktywny brzęczyk dźwiękowy DC 5 V
6. 2 mm ID, 4 mm OD, elastyczne rurki z gumy silikonowej
7. Drukowany w 3D korpus czujnika i obudowa
8. Przewody połączeniowe Dupont i wkręty samogwintujące (M3x16mm, M1,4x6mm, 6 szt.)

Krok 1: Jak to działa

Manometr to urządzenie do pomiaru ciśnienia. W normalnych warunkach podczas terapii CPAP występuje znacząca zmiana ciśnienia powietrza wewnątrz rurociągu CPAP z powodu oddychania, gdy pacjent wdycha i wydycha powietrze. Jeśli wystąpi duży wyciek powietrza lub maska jest wyłączona, wahania ciśnienia powietrza w przewodach będą znacznie mniejsze. Tak więc zasadniczo możemy sprawdzić stan maski, stale monitorując ciśnienie powietrza wewnątrz rurociągu CPAP za pomocą manometru.

Manometr cyfrowy

W tym projekcie zintegrowany krzemowy czujnik ciśnienia MPXV7002DP jest używany jako przetwornik do konwersji ciśnienia powietrza na sygnały cyfrowe. Płytka zaciskowa MPXV7002DP jest powszechnie dostępna jako czujnik różnicy ciśnień do pomiaru prędkości modeli RC i jest stosunkowo tania. Jest to ta sama technologia stosowana w komercyjnych maszynach CPAP.

MPXV7002DP to monolityczny krzemowy czujnik ciśnienia przeznaczony do szerokiego zakresu zastosowań. Posiada zakres pomiarowy ciśnienia powietrza od -2 kPa do 2 kPa (około +/- 20,4 cmH2O), który dobrze pokrywa typowe poziomy ciśnienia w leczeniu obturacyjnego bezdechu sennego w zakresie od 6 do 15 cmH2O.

MPXV7002DP jest zaprojektowany jako czujnik różnicy ciśnień i posiada dwa porty (P1 i P2). W tym projekcie MPXV7002DP jest używany jako czujnik ciśnienia manometrycznego poprzez pozostawienie tylnego portu (P2) otwartego na otaczające powietrze. W ten sposób ciśnienie jest mierzone w stosunku do ciśnienia atmosferycznego otoczenia.

MPXV7002DP wyprowadzi napięcie analogowe od 0-5V. Napięcie to jest odczytywane przez pin analogowy Arduino i zamieniane na odpowiednie ciśnienie powietrza za pomocą funkcji transferu dostarczonej przez producenta. Ciśnienie jest mierzone w kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Wyniki są następnie wyświetlane na ekranie LCD zarówno w Pa (Pascal), jak iw cmH2O.

Monitor maszyny CPAP

Badanie pokazuje, że ruchy oddechowe są symetryczne i nie zmieniają się znacząco wraz z wiekiem. Średnia częstość oddechów wynosi 14 podczas spokojnego oddychania dla obu płci. Rytm (stosunek wdech/wydech) wynosi 1:1,21 dla mężczyzn i 1:1,14 dla kobiet podczas spokojnego oddychania.

Surowe dane z pomiarów ciśnienia powietrza z rurociągów CPAP rosną i opadają, gdy ludzie oddychają, a także mają wiele „skoków”, ponieważ zasilanie Arduino 5.0 V jest dość głośne. Dlatego dane muszą być wygładzane i oceniane w czasie, aby wiarygodnie wykryć zmiany ciśnienia wywołane wdechem i wydechem.

Szkic Arduino podejmuje kilka środków w celu przetworzenia danych i monitorowania ciśnienia powietrza. W skrócie, szkic Arduino wykorzystuje bibliotekę średnich kroczących autorstwa Roba Tillaarta, aby najpierw obliczyć średnią ruchomą pomiarów ciśnienia powietrza w czasie rzeczywistym, aby wygładzić punkty danych, a następnie co kilka sekund obliczyć minimalne i maksymalne obserwowane ciśnienie powietrza aby ustalić, czy maska została odłączona, sprawdzając różnice między szczytowym i minimalnym poziomem ciśnienia powietrza. Jeśli więc linia danych przychodzących stanie się płaska, prawdopodobnie nastąpił duży przeciek powietrza lub maska została odłączona, włączy się alarm dźwiękowy, aby obudzić pacjenta w celu dokonania niezbędnych regulacji. Zobacz wykresy danych do wizualizacji tego algorytmu.

Krok 2: Części i schematy

Wszystkie części są dostępne na Amazon.com, a BOM z linkami znajduje się powyżej.

Dodatkowo korpus czujnika i obudowa, która składa się z pudełka urządzenia i tylnego panelu, muszą być wydrukowane w 3D przy użyciu poniższych plików STL. Aby uzyskać najlepsze wyniki, korpus czujnika powinien być wydrukowany w pozycji pionowej z podparciem.

W celach informacyjnych przedstawiono schemat.

Krok 3: Budowanie i wstępne testowanie

Najpierw przygotuj wszystkie części do ostatecznego montażu. W razie potrzeby przylutuj szpilki do płyty Nano, a następnie zainstaluj płytę Nano na karcie rozszerzeń we/wy. Następnie podłącz lub przylutuj przewody połączeniowe do przełącznika przyciskowego i brzęczyka. Użyłem resztek złącz serwo zamiast przewodów połączeniowych. W przypadku MPXV7002DP można użyć przewodu dołączonego do płytki zaciskowej bez lutowania lub przylutować przewód do płytki zaciskowej, jak pokazano na rysunku. Odetnij również około 30 mm rurkę z gumy silikonowej i przymocuj ją do górnego portu (P1) w MPXV7002DP.

Po przygotowaniu części ostateczny montaż jest bardzo prosty dzięki zastosowaniu karty rozszerzeń we/wy i szeregowego wyświetlacza LCD I2C.

Krok 1: Zainstaluj płytkę zaciskową MPXV7002DP w korpusie czujnika wydrukowanym w 3D. Włóż otwarty koniec rurki silikonowej do otworu pomiarowego, a następnie przymocuj płytkę 2 małymi śrubami. Podłącz czujnik do styku S w porcie A0 na karcie rozszerzeń.

• Analogowy A0
• VCC V
• GND -- > G

Krok 2: Podłącz wyświetlacz LCD do styków S karty rozszerzeń Nano w portach A4 i A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Krok 3: Podłącz brzęczyk i przełącznik do portów płyty rozszerzeń D5 i D6

• Przełącz: do portu 5 między S i G
• Brzęczyk: do portu 6, plus do S i ziemi do G

Krok 4: Montaż końcowy

Przymocuj obudowę czujnika do tylnej płyty za pomocą 4 śrub M3, a następnie zainstaluj ekran LCD i płytkę rozszerzeń Nano i przykręć je małymi śrubami. Wciśnij przycisk i brzęczyk do obudowy i zabezpiecz je gorącym klejem.

Krok 5: Programowanie

1. Dodaj biblioteki do swojego Arduino IDE. Biblioteki można znaleźć pod adresem: LiquidCrystal-I2C oraz RunningAverage.
2. Podłącz Arduino do komputera i zainstaluj szkic Arduino.

Otóż to. Teraz włącz urządzenie za pomocą USB lub podłącz zasilanie 9-12 V do portu DC na karcie rozszerzeń (zalecane). Jeśli podświetlenie wyświetlacza LCD jest włączone, ale ekran jest pusty lub litery są trudne do odczytania, wyreguluj kontrast ekranu, obracając niebieski potencjometr z tyłu modułu LCD I2C.

Na koniec przymocuj tylną płytę do przedniej obudowy za pomocą 4 śrub M3.

Krok 4: Konfiguracja prostego testu manometru

Byłem ciekaw dokładności tego manometru cyfrowego i zbudowałem proste stanowisko testowe, aby porównać odczyt licznika z klasycznym manometrem wodnym. Dzięki elektrycznej pompie powietrza sterowanej regulatorem prędkości silnika mogłem generować zmienne ciśnienie powietrza i jednocześnie dokonywać pomiarów za pomocą połączonych szeregowo manometrów cyfrowych i wodnych. Pomiary ciśnienia są dość zbliżone przy różnych poziomach ciśnienia powietrza.

Krok 5: Wprowadź to w życie

Korzystanie z tego urządzenia jest dość proste. Najpierw podłącz urządzenie inline między maszyną CPAP a maską za pomocą standardowej rurki CPAP 15 mm. Podłącz jedną stronę monitora do urządzenia CPAP, a następnie drugą stronę monitora do maski, aby powietrze mogło przejść.

Kalibracja po włączeniu

Czujnik MPXV7002DP musi być kalibrowany do zerowego ciśnienia w stosunku do ciśnienia atmosferycznego otoczenia za każdym razem, gdy jest włączony, aby zapewnić jego dokładność. Upewnij się, że urządzenie CPAP jest wyłączone i nie ma dodatkowego ciśnienia powietrza w przewodach podczas włączania. Po zakończeniu kalibracji miernik wyświetli wartość offsetu i komunikat o gotowości urządzenia.

Miernik działa w trybie manometru lub w trybie alarmu CPAP po naciśnięciu przycisku. Warto zauważyć, że podświetlenie LCD jest zarządzane zgodnie z trybem pracy i wartością czujnika, aby miernik mniej rozpraszał podczas snu.

Tryb manometru

Jest to tryb czuwania, aw prawym dolnym rogu ekranu pojawi się znak „-”. W tym trybie funkcja alarmu jest wyłączona. Na ekranie pojawi się ciśnienie powietrza w czasie rzeczywistym zarówno w Pascalach (P) jak i cmH20 (H) w pierwszym rzędzie, a także ciśnienie minimalne i maksymalne, a także różnica między wartościami min. i Max. obserwowane w ciągu ostatnich 3 sekund w drugim rzędzie. W tym trybie podświetlenie LCD będzie stale włączone, ale wyłączy się, jeśli zerowe względne ciśnienie powietrza będzie mierzone w sposób ciągły przez ponad 10 sekund.

Tryb alarmu CPAP

Jest to tryb alarmu, aw prawym dolnym rogu ekranu pojawi się znak „*”. W tym trybie miernik będzie sprawdzał różnice pomiędzy szczytowym i minimalnym poziomem ciśnienia powietrza. Podświetlenie wyświetlacza LCD zgaśnie po 10 sekundach i pozostanie wyłączone, dopóki nie zostanie wykryta niewielka różnica ciśnień. Podświetlenie włączy się ponownie, jeśli zostanie wykryta różnica mniejsza niż 100 Pa. A brzęczyk uruchomi alarm dźwiękowy z komunikatem „Sprawdź maskę” wyświetlanym na ekranie, jeśli różnica w zmierzonych poziomach ciśnienia powietrza utrzymuje się na niskim poziomie przez ponad 10 sekund. Gdy pacjent ponownie wyreguluje maskę, a różnica ciśnień powróci powyżej 100 Pa, alarm i podświetlenie zostaną ponownie wyłączone.

Krok 6: Zastrzeżenie

To urządzenie nie jest urządzeniem medycznym ani akcesorium do urządzenia medycznego. Pomiaru nie należy używać do celów diagnostycznych lub terapeutycznych.

Drugie miejsce w konkursie czujników