३डी प्रिंटेड स्पाइरोमीटर: ६ चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

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स्पाइरोमीटर हवा के विश्लेषण के लिए शास्त्रीय उपकरण हैं क्योंकि इसे आपके मुंह से उड़ाया जाता है। उनमें एक ट्यूब होती है जिसे आप फूंकते हैं जो एक सांस की मात्रा और गति को रिकॉर्ड करती है, जिसकी तुलना ऊंचाई, wt और लिंग के आधार पर सामान्य मूल्यों के एक सेट से की जाती है और फेफड़ों के कार्य का पालन करने के लिए उपयोग की जाती है। मेरे द्वारा डिज़ाइन किया गया उपकरण, हालांकि प्रवाहमापी के साथ सटीकता के लिए परीक्षण किया गया है, किसी भी तरह से एक प्रमाणित चिकित्सा उपकरण नहीं है, लेकिन एक चुटकी में यह निश्चित रूप से एक के लिए पारित हो सकता है - मानक FEV1, FEVC और मात्रा के रेखांकन के सापेक्ष प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और सटीक खाते दे रहा है समय के साथ उत्पादन और गति। मैंने इसे इस तरह से डिजाइन किया था कि महंगे टेथर्ड सेंसर वाले इलेक्ट्रॉनिक्स एक टुकड़े तक सीमित थे और आसानी से डिस्पोजेबल ब्लो ट्यूब संबंधित वायरस से लदी चैनलों के साथ दूसरे में थी। यह चिकित्सकीय रूप से उपयोग की जाने वाली मानक मशीनों की कमियों में से एक प्रतीत होता है - बदली जाने योग्य कार्डबोर्ड माउथपीस वास्तव में सभी जोखिमों को समाप्त नहीं करते हैं जब वायरस हवा में होते हैं और आपको एक बहुत महंगे उपकरण में लंबे और कठिन उड़ाने के लिए कहा जाता है। डिवाइस की कीमत $40 से कम है और 3D प्रिंटर वाला कोई भी व्यक्ति जितना चाहे उतना निकाल सकता है। सॉफ़्टवेयर Wifi विज़ुअलाइज़ेशन के लिए इसे आपके स्मार्टफ़ोन पर एक Blynk ऐप से जोड़ता है और आपको कोई भी डेटा डाउनलोड करने की अनुमति देता है।

चरण 1: सामान खरीदें

अनिवार्य रूप से हम एक महान स्क्रीन/माइक्रोकंट्रोलर कॉम्बो के साथ एक एनालॉग सेंसर बना रहे हैं। महत्व सही सेंसर चुनने में है। इन उपकरणों के लिए कई अन्य डिज़ाइनों में सेंसर का उपयोग किया गया है जिसमें इन श्वास तत्वों की गणना करने के लिए डेटा प्रदान करने के लिए आवश्यक संवेदनशीलता की कमी है। ESP32 में अपने ADC की गैर-रैखिकता के साथ जाने-माने मुद्दे हैं लेकिन यह इस इकाई की सीमा में महत्वपूर्ण नहीं लगता है।

1. टीटीजीओ टी-डिस्प्ले ईएसपी 32 सीपी 2104 वाईफाई ब्लूटूथ मॉड्यूल 1.14 इंच एलसीडी डेवलपमेंट बोर्ड $ 8 बैंगूड

2. SDP816-125PA प्रेशर सेंसर, CMOSens®, 125 Pa, एनालॉग, डिफरेंशियल $30 नेवार्क, डिजिके

3. लाइपो बैटरी - 600mah $2

4. ऑन/ऑफ स्विच -- ऑन-ऑफ पावर बटन/पुशबटन टॉगल स्विच एडफ्रूट

चरण 2: 3डी प्रिंट

फ़्यूज़न 360 का उपयोग स्पाइरोमीटर के दो घोंसले के तत्वों को डिजाइन करने के लिए किया गया था। वेंचुरी ट्यूब (ब्लो ट्यूब) में कई तरह के डिज़ाइन होते हैं। प्रवाह की गणना के लिए बर्नौली समीकरण का उपयोग करने के लिए आपको मापने वाली नली में प्रवाह की मात्रा में कुछ कमी करनी होगी। इस सिद्धांत का उपयोग सभी प्रकार के लामिना प्रवाह तरल पदार्थों के लिए विभिन्न प्रकार के प्रवाह सेंसर में किया जाता है। वेंचुरी ट्यूब में मैंने जिन आयामों का उपयोग किया, वे किसी विशेष स्रोत से नहीं थे, लेकिन वे सिर्फ काम करते दिख रहे थे। प्रवाह मात्रा की गणना करने के लिए सेंसर संकीर्ण और चौड़े ट्यूब क्षेत्रों में अंतर दबाव का उपयोग करता है। मैं चाहता था कि सेंसर त्वरित परिवर्तन और हटाने के लिए वेंचुरी ट्यूब को आसानी से और विपरीत रूप से संलग्न करने में सक्षम हो, इसलिए मैंने मॉडल से बाहर निकलने के लिए दबाव सेंसर ट्यूबों को डिज़ाइन किया और इसके आधार पर समाप्त किया जहां वे सेंसर ट्यूब हेड की युक्तियों को संलग्न करेंगे। सेंसर में एक उच्च/निम्न ध्रुवता होती है जिसे वेंचुरी ट्यूब के उच्च/निम्न दबाव वाले क्षेत्रों से बनाए रखना पड़ता है। उच्च दबाव सीधे खंड में है और निम्न दबाव प्रतिबंध के वक्र के ऊपर है - ठीक एक हवाई जहाज के पंख की तरह। स्पाइरोमीटर की बॉडी को M3 (20 मिमी) स्क्रू के साथ सेंसर को रखने के लिए स्क्रू माउंट प्रदान करने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है। इन्हें हीट-सेट M3x4x5mm इंसर्ट में रखा गया है। डिज़ाइन के शेष भाग में TTGO को नीचे एक स्लॉट में और स्क्रीन के लिए एक विंडो में एंकरिंग के लिए प्रदान किया गया है। बटन और बटन कवर दोनों दो बार मुद्रित होते हैं और टीटीजीओ बोर्ड पर दो बटनों तक थ्रो-केस एक्सेस की अनुमति देते हैं। कवर प्रिंट करने के लिए अंतिम टुकड़ा है और टीटीजीओ बोर्ड के शीर्ष पर पावर/चार्जिंग प्लग तक पहुंच प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सभी टुकड़े बिना किसी सहारे के पीएलए में मुद्रित होते हैं।

चरण 3: वायर इट

सेंसर और ESP32 की वायरिंग के लिए बहुत कुछ नहीं है। सेंसर में चार लीड होते हैं और आपको केवल यह सुनिश्चित करने के लिए सेंसर के लिए डेटा शीट डाउनलोड करनी चाहिए कि आपके पास लीड सही हैं: https://www.farnell.com/datasheets/2611777.pdf पावर 3.3 वोल्ट आउटपुट में जाती है ESP32 और जमीन और OCS दोनों जमीन से जुड़े हुए हैं। सेंसर का एनालॉग आउटपुट ESP पर पिन 33 से जुड़ा है। चूंकि ये कनेक्शन खोल में एक संकीर्ण उद्घाटन के माध्यम से सांप को यूनिट की असेंबली से पहले कनेक्ट नहीं करते हैं। लाइपो बैटरी मामले में पीछे की ओर फिट होती है इसलिए एक ऐसा प्राप्त करें जो mAh के लिए उचित आकार का हो। TTGO में पीछे की तरफ एक छोटा JST कनेक्टर वाला चार्जिंग सर्किट होता है। पॉस लाइन को तोड़ते हुए ऑन/ऑफ स्विच से बैटरी को इससे कनेक्ट करें।

चरण 4: विधानसभा

ब्लो ट्यूब में 3डी प्रिंटिंग के बाद संशोधन किया जाता है। प्लास्टिक एक्वैरियम टयूबिंग के दो वर्गों को यूनिट के निचले छेद में फिट किया जाता है जहां तक वे जाएंगे और फिर कतरनी के साथ फ्लश ट्रिम कर दिया जाएगा। यह सेंसर ट्यूब के उद्घाटन के लिए आसानी से सहवास करने के लिए एक लोचदार उद्घाटन प्रदान करता है। मुख्य इकाई को फ्रेम में दो छेदों में हीट सेट पीतल के आवेषण की स्थापना की आवश्यकता होती है। उपयुक्त आकार के बिट के साथ 3 मिमी (20 मिमी लंबाई) स्क्रू के लिए सेंसर बढ़ते छेद को थोड़ा बड़ा करना होगा। सेंसर को दो स्क्रू के साथ माउंट करें और TTGO बोर्ड से विद्युत कनेक्शन समाप्त करें। कनेक्ट करें और सुपरग्लू के साथ चालू / बंद स्विच को माउंट करें। Adafruit के एक का उपयोग करें क्योंकि केस को इसे ठीक से पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। दो बटन सुपरग्लू के साथ केस में लगे होते हैं। सुनिश्चित करें कि TTGO बोर्ड के बटन ओपनिंग के नीचे लाइन में हैं। बटन को बटन हाउसिंग के बाद स्थापित किया गया है जो सुपरग्लूड है। सुनिश्चित करें कि आप बटन को उसके आवास से नहीं चिपकाते हैं, उसे इसके भीतर स्वतंत्र रूप से घूमना चाहिए। टीटीजीओ के ऊपरी हिस्से को स्थिर करने के लिए दोनों कंधों पर गर्म गोंद की छोटी-छोटी थपकी लगाकर रखें। बैटरी बोर्ड के पीछे जाती है। शीर्ष पर सुपरग्लूइंग करके असेंबली को समाप्त करें। प्रोग्रामिंग और बैटरी चार्जिंग के लिए यूएसबी-सी कनेक्टर तक आसान पहुंच होनी चाहिए।

चरण 5: प्रोग्रामिंग

इस उपकरण के लिए सॉफ्टवेयर सेंसर से एनालॉग वैल्यू लेता है, इसके मान को वोल्ट में बदल देता है और सेंसर डेटा शीट से फॉर्मूला का उपयोग इसे पास्कल ऑफ प्रेशर में बदलने के लिए करता है। इससे यह ट्यूब के माध्यम से जाने वाली हवा का वॉल्यूम/सेकंड और द्रव्यमान/सेकंड निर्धारित करने के लिए बर्नौलिस सूत्र का उपयोग करता है। यह तब अलग-अलग सांसों में इसका विश्लेषण करता है और कई डेटा सरणियों में मूल्यों को याद करता है और डेटा को स्क्रीन में निर्मित करता है और अंत में ब्लिंक सर्वर को कॉल करता है और इसे आपके फोन पर अपलोड करता है। डेटा केवल तब तक याद किया जाता है जब तक आप एक और सांस नहीं लेते। स्पाइरोमीटर का नैदानिक उपयोग आमतौर पर रोगी को जितना संभव हो उतना बड़ा सांस लेने के लिए कहा जाता है और इसे जितना हो सके उतनी देर तक और जोर से फूंकने के लिए कहा जाता है। ऊंचाई, वजन और लिंग के आधार पर आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले एल्गोरिदम को सामान्य या असामान्य के रूप में वर्णित किया जाता है। इस डेटा की विभिन्न व्यवस्थाएं भी प्रस्तुत की जाती हैं अर्थात FEV1/FEVC - कुल आयतन को पहले सेकंड में मात्रा से विभाजित किया जाता है। सभी मापदंडों को स्पाइरोमीटर स्क्रीन पर प्रस्तुत किया जाता है और साथ ही समय के साथ आपके प्रयास का एक छोटा सा ग्राफ भी प्रस्तुत किया जाता है। जब डेटा Wifi पर अपलोड हो जाता है तो स्क्रीन "Blow" पर वापस आ जाती है। बिजली बंद होने के बाद सारा डाटा खत्म हो जाता है।

कोड के पहले खंड के लिए आपको अपना Blynk टोकन इनपुट करना होगा। अगले के लिए वाईफाई पासवर्ड और नेटवर्क नाम की आवश्यकता होती है। फ्लोट एरिया_1 संकीर्ण होने से पहले स्पाइरोमीटर ट्यूब के वर्ग मीटर में क्षेत्र है और फ्लोट एरिया_2 सीधे संकुचन पर क्रॉस सेक्शन का क्षेत्र है। यदि आप ट्यूब को नया स्वरूप देना चाहते हैं तो इन्हें बदलें। Vol और volSec दो सरणियाँ हैं जो समय के साथ मात्रा में वृद्धि और वायु गति की गति को पकड़ती हैं। लूप फ़ंक्शन श्वास दर की गणना के साथ शुरू होता है। अगला खंड सेंसर को पढ़ता है और दबाव की गणना करता है। निम्नलिखित यदि कथन यह पता लगाने की कोशिश करता है कि क्या आप अपने झटका के साथ कर रहे हैं - आपके विचार से अधिक कठिन, अक्सर झटका के बीच में एक मिलीसेकंड के लिए दबाव अचानक गिर जाता है। अगला खंड दबाव के आधार पर द्रव्यमान प्रवाह की गणना करता है। यदि एक नई सांस का पता चलता है, तो सभी डेटा जमे हुए हैं और मापदंडों की गणना और स्क्रीन पर भेजा जाता है, इसके बाद एक ग्राफ़िंग फ़ंक्शन और अंत में डेटा अपलोड करने के लिए एक Blynk कॉल होता है। यदि कोई Blynk कनेक्शन नहीं मिला है तो यह "ब्लो" पर वापस आ जाएगा।

चरण 6: इसका उपयोग करना

क्या यह उपकरण यथोचित रूप से सटीक है कि यह क्या करना चाहता है? मैंने स्पाइरोमीटर से जुड़े एक 3डी प्रिंटेड लामिना एयर चैंबर के माध्यम से पारित हवा के स्रोत से जुड़े एक कैलिब्रेटेड फ्लो मीटर का उपयोग किया और इसने 5 लीटर/मिनट से 20 लीटर/मिनट तक वायु प्रवाह के कारण सटीक भविष्यवाणी की। मशीन पर मेरी आराम करने वाली ज्वारीय मात्रा लगभग 500cc है और बहुत प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है। किसी भी नैदानिक परीक्षण के साथ आपको यह ध्यान रखना होगा कि प्राप्त सूचना लाभ बनाम प्रयास के संदर्भ में क्या उचित है … आप अपने आप को निकटतम चने से तौल सकते हैं लेकिन किस लाभ के लिए? परिणाम की ओर स्वैच्छिक परीक्षण प्रयास में निहित परिवर्तनशीलता को ध्यान में रखते हुए यह अधिकांश नैदानिक स्थितियों के लिए पर्याप्त हो सकता है। दूसरी चिंता यह है कि फेफड़ों की बड़ी क्षमता वाले कुछ लोग ऊपरी सेंसर सीमा से ऊपर हो सकते हैं। मैं ऐसा करने में असमर्थ था लेकिन यह संभव है, लेकिन इन लोगों को फेफड़ों की समस्या होने की संभावना नहीं है…

पहली स्क्रीन FEV1 और FEVC प्रस्तुत करती है। अगली डेटा स्क्रीन ब्लो की अवधि, FEV1/FEVC अनुपात और मैक्सफ्लो को लिट/सेकंड में प्रस्तुत करती है। मैंने समय के साथ वॉल्यूम और समय के साथ लिट/सेकंड का विवरण देने वाली दो स्क्रीनों के साथ इसे अधिकतम किया। डायल FEV1 और FEVC और मीटर प्रिंट अवधि और FEV1/FEVC का मजाक उड़ाते हैं। लेकिन आप में से उन लोगों के लिए जो Blynk से परिचित हैं, आप इसे किसी भी तरह से फोन ऐप पर कर सकते हैं और एक स्पर्श के साथ डेटा को अपने ईमेल पर डाउनलोड कर सकते हैं।

यदि आप मशीन को एक सांस के साथ सक्रिय करने के लिए या स्क्रीन आउटपुट को बदलने के लिए या यदि आप इसे ऑफ़लाइन उपयोग करना चाहते हैं तो Blynk कनेक्शन को बदलने के लिए उपकरण के किनारे के बटन टूट गए हैं। बटन पिन 0 और 35 कम खींचते हैं इसलिए इसे प्रोग्राम में लिखें। COVID ने कथित तौर पर कई लोगों को फेफड़ों की समस्याओं के साथ छोड़ दिया है और यह उपकरण उन देशों में मददगार हो सकता है जहां महंगे चिकित्सा उपकरणों तक पहुंच सीमित हो सकती है। आप इसे कुछ घंटों में प्रिंट और असेंबल कर सकते हैं और डिवाइस के सुरक्षित प्रतिस्थापन दूषित अनुभागों को बिना कुछ लिए प्रिंट कर सकते हैं।

बैटरी चालित प्रतियोगिता में उपविजेता