Цифровой манометр / аппаратный монитор CPAP: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Вы когда-нибудь просыпались утром и обнаруживали, что ваша маска CPAP снята? Это устройство подаст сигнал тревоги, если вы случайно сняли маску во время сна.

СРАР-терапия (непрерывное положительное давление в дыхательных путях) является наиболее распространенной формой лечения обструктивного апноэ во сне (СОАС). Для пациентов, проходящих терапию CPAP, важно носить маску CPAP все время во время сна, чтобы терапия была эффективной, а также чтобы соответствовать критериям соответствия CPAP, требуемым страховыми компаниями.

Однако у многих людей возникают проблемы при адаптации ко сну с маской CPAP, включая проблему постоянного пробуждения, чтобы обнаружить, что их маска CPAP снята. Хотя многие современные устройства CPAP достаточно сложны, чтобы различить, что маска действительно находится на человеке, или если человек просто включает ее, но не носит маску, не все из них имеют сигнал тревоги или сигнал тревоги, достаточно громкий, чтобы разбудить пациента, когда Маска CPAP удалена, или есть большая утечка воздуха.

Этот проект посвящен созданию цифрового манометра для контроля давления воздуха внутри трубопровода CPAP. Он будет отображать давление воздуха внутри трубопровода CPAP в реальном времени, и устройство подаст звуковой сигнал, когда маска CPAP, вероятно, отключится или возникнет большая утечка воздуха во время терапии.

Запасы

1. Коммутационная плата MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 с платой расширения ввода / вывода
3. Последовательный модуль LCD 1602 16x2 с адаптером IIC / I2C синий или зеленый
4. 12x12x7,3 мм тактильный кнопочный переключатель мгновенного действия с колпачком
5. Активный звуковой зуммер 5 В постоянного тока
6. Внутренний диаметр 2 мм, внешний диаметр 4 мм, гибкие трубки из силиконовой резины
7. Корпус и корпус датчика, напечатанные на 3D-принтере
8. Проволочные перемычки и саморезы Dupont (M3x16 мм, M1,4x6 мм, по 6 шт.)

Шаг 1. Как это работает

Манометр - это прибор для измерения давления. В нормальных условиях во время терапии CPAP наблюдается значительное изменение давления воздуха внутри трубопровода CPAP из-за дыхания, когда пациент вдыхает и выдыхает воздух. Если есть большая утечка воздуха или маска снята, колебания давления воздуха в трубопроводе станут намного меньше. Таким образом, мы можем проверять состояние маски, постоянно контролируя давление воздуха внутри трубопровода CPAP с помощью манометра.

Цифровой манометр

В этом проекте интегрированный кремниевый датчик давления MPXV7002DP используется в качестве преобразователя для преобразования давления воздуха в цифровые сигналы. Коммутационная плата MPXV7002DP широко доступна в качестве датчика перепада давления для измерения воздушной скорости моделей RC и является относительно дешевой. Это та же технология, что и в коммерческих аппаратах CPAP.

MPXV7002DP - это монолитный кремниевый датчик давления, предназначенный для широкого спектра применений. Он имеет диапазон измерения давления воздуха от -2 кПа до 2 кПа (приблизительно +/- 20,4 см вод.

MPXV7002DP разработан как датчик перепада давления и имеет два порта (P1 и P2). В этом проекте MPXV7002DP используется в качестве датчика избыточного давления, оставляя задний порт (P2) открытым для окружающего воздуха. Таким образом, давление измеряется относительно атмосферного давления окружающей среды.

MPXV7002DP будет выводить аналоговое напряжение от 0 до 5 В. Это напряжение считывается аналоговым выводом Arduino и преобразуется в соответствующее давление воздуха с использованием передаточной функции, предоставленной производителем. Давление измеряется в кПа, 1 Па = 0,10197162129779 мм вод. Ст. Затем результаты отображаются на ЖК-экране как в Па (Паскалях), так и в смH2O.

Монитор машины CPAP

Исследование показывает, что дыхательные движения симметричны и не претерпевают значительных изменений с возрастом. Средняя частота дыхания у обоих полов при спокойном дыхании составляет 14. Ритм (соотношение вдох / выдох) составляет 1: 1,21 для мужчин и 1: 1,14 для женщин при спокойном дыхании.

Необработанные данные измерений давления воздуха по трубопроводу CPAP повышаются и опускаются по мере того, как люди дышат, а также имеют много «всплесков», поскольку питание Arduino 5,0 В довольно шумно. Следовательно, данные необходимо сглаживать и оценивать с течением времени, чтобы надежно обнаруживать изменения давления, возникающие при вдохе и выдохе.

Скетч Arduino принимает несколько мер для обработки данных и контроля давления воздуха. Вкратце, скетч Arduino использует библиотеку скользящих средних от Роба Тилларта, чтобы сначала вычислить скользящее среднее значений давления воздуха в режиме реального времени для сглаживания точек данных, а затем вычислить минимальное и максимальное наблюдаемое давление воздуха каждые несколько секунд. чтобы определить, отсоединилась ли маска, проверив разницу между пиковым и минимальным уровнями давления воздуха. Таким образом, если входящая линия данных становится плоской, то есть вероятность, что есть большая утечка воздуха или маска была отсоединена, раздастся звуковой сигнал, чтобы разбудить пациента для внесения необходимых корректировок. См. Графики данных для визуализации этого алгоритма.

Шаг 2: Детали и схемы

Все детали доступны на Amazon.com, а спецификации со ссылками приведены выше.

Кроме того, корпус датчика и корпус, состоящий из коробки устройства и задней панели, необходимо напечатать на 3D-принтере с использованием файлов STL, указанных ниже. На корпусе датчика следует печатать в вертикальном положении с опорой для достижения наилучших результатов.

Схема предоставляется для справки.

Шаг 3: Сборка и начальное тестирование

Сначала подготовьте все детали к окончательной сборке. При необходимости припаяйте контакты к плате Nano, затем установите плату Nano на плату расширения ввода-вывода. Затем прикрепите или припаяйте перемычки к кнопочному переключателю и зуммеру. Я использовал некоторые оставшиеся серворазъемы вместо перемычек. Для MPXV7002DP вы можете использовать провод, поставляемый с коммутационной платой, без пайки, или припаять провод к коммутационной плате, как показано на рисунке. Также отрежьте трубку из силиконовой резины примерно 30 мм и прикрепите ее к верхнему порту (P1) на MPXV7002DP.

После подготовки деталей окончательная сборка очень проста благодаря использованию платы расширения ввода / вывода и последовательного ЖК-дисплея I2C.

Шаг 1. Установите коммутационную плату MPXV7002DP на корпус датчика, напечатанный на 3D-принтере. Вставьте открытый конец силиконовой трубки в измерительное отверстие, затем закрепите плату двумя маленькими винтами. Подключите датчик к контакту S порта A0 на плате расширения.

• Аналог A0
• VCC V
• GND -> G

Шаг 2. Подключите ЖК-дисплей к контактам S платы расширения Nano в портах A4 и A5.

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Шаг 3. Подключите зуммер и коммутатор к порту D5 и D6 платы расширения.

• Переключатель: на порт 5 между S и G
• Зуммер: к порту 6, положительный к S и земля к G

Шаг 4: Окончательная сборка

Прикрепите корпус датчика к задней панели с помощью 4 винтов M3, затем установите ЖК-экран и плату расширения Nano и закрепите их небольшими винтами. Вставьте кнопочный переключатель и зуммер в корпус и закрепите их горячим клеем.

Шаг 5: программирование

1. Добавьте библиотеки в свою Arduino IDE. Библиотеки можно найти по адресу: LiquidCrystal-I2C и RunningAverage.
2. Подключите Arduino к компьютеру и установите скетч Arduino.

Вот и все. Теперь включите устройство с помощью USB или подайте питание 9–12 В на порт постоянного тока на плате расширения (рекомендуется). Если подсветка ЖК-дисплея включена, но осыпь пустая или буквы плохо читаются, отрегулируйте контрастность экрана, повернув синий потенциометр на задней панели модуля ЖК-дисплея I2C.

Наконец, прикрепите заднюю панель к переднему корпусу с помощью 4 винтов M3.

Шаг 4: Настройка простого манометра

Мне было интересно узнать о точности этого цифрового манометра, и я построил простой испытательный стенд, чтобы сравнить показания счетчика с классическим водяным манометром. С помощью электрического воздушного насоса, управляемого контроллером скорости двигателя, я мог создавать переменное давление воздуха и проводить измерения одновременно с помощью цифровых и водяных манометров, соединенных последовательно. Измерения давления довольно близки при различных уровнях давления воздуха.

Шаг 5: воплотите его в жизнь

Пользоваться этим устройством довольно просто. Сначала подключите устройство между аппаратом CPAP и маской, используя стандартную 15-миллиметровую трубку CPAP. Подключите одну сторону монитора к аппарату CPAP, а затем другую сторону монитора к маске, чтобы воздух мог проходить через нее.

Калибровка при включении

Датчик MPXV7002DP необходимо откалибровать на нулевое давление относительно атмосферного давления каждый раз при включении, чтобы обеспечить точность. Убедитесь, что аппарат CPAP выключен и при включении в трубке нет дополнительного давления воздуха. После завершения калибровки измеритель отобразит значение смещения и сообщение о готовности устройства.

Измеритель работает либо в режиме манометра, либо в режиме тревоги CPAP при нажатии кнопки. Стоит отметить, что подсветка ЖК-дисплея регулируется в соответствии с режимом работы и показаниями датчика, чтобы глюкометр меньше отвлекал во время сна.

Режим манометра

Это режим ожидания, и в правом нижнем углу экрана будет отображаться знак «-». В этом режиме функция будильника отключена. На экране будет отображаться давление воздуха в реальном времени в паскалях (P) и в см вод. Ст. (H) в первой строке, а также минимальное и максимальное давление, а также разница между минимальным давлением и Макс. наблюдается за последние 3 секунды во втором ряду. В этом режиме подсветка ЖК-дисплея будет постоянно гореть, но отключится по таймауту, если нулевое относительное давление воздуха измерялось непрерывно в течение более 10 секунд.

Режим тревоги CPAP

Это режим будильника, и в правом нижнем углу экрана будет отображаться знак «*». В этом режиме измеритель будет проверять разницу между пиковым и минимальным уровнями давления воздуха. Подсветка ЖК-дисплея погаснет через 10 секунд и останется выключенной до тех пор, пока не будет обнаружена разница в низком давлении. Подсветка снова включится, если будет обнаружена разница менее 100 Па. И зуммер издаст звуковой сигнал тревоги с сообщением «Проверить маску», отображаемым на экране, если разница в измеренных уровнях атмосферного давления была постоянно низкой в течение более 10 секунд. Как только пациент заново отрегулирует маску и разность давлений вернется выше 100 Паскалей, сигнализация и подсветка снова отключатся.

Шаг 6: отказ от ответственности

Это устройство не является медицинским устройством и не является его аксессуаром. Измерение не следует использовать в диагностических или терапевтических целях.

Финалист конкурса датчиков