Monitor Mesin Digital Manometer/CPAP: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Pernah bangun di pagi hari menemukan masker CPAP Anda mati? Perangkat ini akan memperingatkan Anda jika Anda tidak sengaja melepas topeng saat tidur.

Terapi CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) adalah bentuk pengobatan yang paling umum untuk Obstructive Sleep Apnea (OSA). Bagi pasien terapi CPAP, penting untuk memakai masker CPAP setiap saat saat tidur agar terapi berjalan efektif, serta memenuhi kriteria kepatuhan CPAP yang disyaratkan oleh perusahaan asuransi.

Namun banyak orang mengalami masalah saat menyesuaikan diri dengan tidur dengan masker CPAP, termasuk masalah bangun secara konsisten untuk menemukan masker CPAP mereka lepas. Meskipun banyak perangkat CPAP modern yang cukup canggih untuk membedakan topeng yang benar-benar ada pada orang tersebut atau jika orang tersebut hanya menyalakannya tetapi tidak memakai topengnya, tidak semuanya memiliki alarm atau alarm yang cukup keras untuk membangunkan pasien ketika Masker CPAP dilepas, atau ada kebocoran udara yang besar.

Proyek ini tentang pembuatan manometer digital untuk memantau tekanan udara di dalam pipa CPAP. Ini akan menampilkan tekanan udara waktu nyata di dalam pipa CPAP, dan perangkat akan mengeluarkan alarm yang dapat didengar ketika topeng CPAP kemungkinan mati atau ada kebocoran udara besar selama terapi.

Perlengkapan

1. Papan breakout MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 dengan papan ekspansi I/O
3. Modul serial LCD 1602 16x2 dengan adaptor IIC/I2C biru atau hijau
4. 12x12x7.3mm Sakelar Tombol Tekan Taktil Sesaat dengan keycap
5. Bel Suara Aktif DC 5V
6. 2mm ID, 4mm OD, Tabung Karet Silikon Fleksibel
7. Badan sensor cetak 3D dan kasingnya
8. Kabel jumper Dupont dan sekrup self-tapping (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 masing-masing)

Langkah 1: Cara Kerjanya

Manometer adalah alat untuk mengukur tekanan. Pada kondisi normal selama terapi CPAP, terjadi perubahan tekanan udara yang signifikan di dalam pipa CPAP akibat bernafas saat pasien menghirup dan menghembuskan udara. Jika ada kebocoran udara yang besar atau masker terlepas, fluktuasi tekanan udara di dalam pipa akan menjadi jauh lebih kecil. Jadi pada dasarnya kita dapat memeriksa status masker dengan terus memantau tekanan udara di dalam pipa CPAP dengan manometer.

Manometer Digital

Dalam proyek ini MPXV7002DP Integrated Silicon Pressure Sensor digunakan sebagai transduser untuk mengubah tekanan udara menjadi sinyal digital. Papan breakout MPXV7002DP tersedia secara luas sebagai sensor diferensial tekanan untuk mengukur kecepatan udara model RC dan relatif murah. Ini adalah teknologi yang sama di dalam mesin CPAP komersial.

MPXV7002DP adalah sensor tekanan silikon monolitik yang dirancang untuk berbagai aplikasi. Ini memiliki rentang pengukuran tekanan udara dari -2 kPa hingga 2 kPa (sekitar +/- 20,4 cmH2O), yang mencakup dengan baik tingkat tekanan khas untuk mengobati Obstructive Sleep Apnea berkisar dari 6 hingga 15 cmH2O.

MPXV7002DP dirancang sebagai sensor tekanan diferensial dan memiliki dua port (P1 & P2). Dalam proyek ini, MPXV7002DP digunakan sebagai sensor tekanan pengukur dengan membiarkan port bagian belakang (P2) terbuka ke udara sekitar. Dengan cara ini tekanan diukur relatif terhadap tekanan atmosfer sekitar.

MPXV7002DP akan mengeluarkan tegangan analog dari 0-5V. Tegangan ini dibaca oleh pin analog Arduino dan terselubung ke tekanan udara yang sesuai menggunakan fungsi transfer yang disediakan oleh pabrikan. Tekanan diukur dalam kPa, 1Pa = 0.10197162129779 mmH2O. Hasilnya kemudian ditampilkan pada layar LCD dalam Pa (Pascal) dan cmH2O.

Monitor Mesin CPAP

Studi menunjukkan gerakan pernapasan simetris dan tidak berubah secara signifikan dengan bertambahnya usia. Tingkat pernapasan rata-rata adalah 14 selama pernapasan tenang untuk kedua jenis kelamin. Irama (rasio inspirasi/ekspirasi) adalah 1:1,21 untuk pria dan 1:1,14 untuk wanita selama pernapasan tenang.

Data mentah pengukuran tekanan udara dari perpipaan CPAP naik turun saat orang bernafas dan juga memiliki banyak 'lonjakan' karena suplai Arduino 5.0V cukup berisik. Oleh karena itu, data perlu dihaluskan dan dievaluasi dari waktu ke waktu agar dapat mendeteksi perubahan tekanan yang ditimbulkan oleh inhalasi dan ekshalasi secara andal.

Beberapa langkah diambil oleh sketsa Arduino untuk memproses data dan memantau tekanan udara. Singkatnya, sketsa Arduino menggunakan perpustakaan rata-rata berjalan oleh Rob Tillaart untuk terlebih dahulu menghitung rata-rata bergerak dari pengukuran tekanan udara secara real-time untuk menghaluskan titik data, kemudian menghitung tekanan udara minimum dan maksimum yang diamati setiap beberapa detik untuk menentukan apakah masker telah dilepas dengan memeriksa perbedaan antara tingkat tekanan udara puncak dan palung. Jadi jika jalur data yang masuk menjadi datar, maka kemungkinan ada kebocoran udara yang besar atau masker telah dilepas, alarm yang dapat didengar akan berbunyi untuk membangunkan pasien untuk melakukan penyesuaian yang diperlukan. Lihat plot data untuk visualisasi algoritma ini.

Langkah 2: Bagian dan Skema

Semua bagian tersedia dari Amazon.com dan BOM dengan tautan disediakan di atas.

Selain itu, badan sensor dan casing yang terdiri dari kotak perangkat dan panel belakang harus dicetak 3D menggunakan file STL di bawah ini. Badan sensor harus dicetak dalam posisi vertikal dengan penyangga untuk hasil terbaik.

Sebuah skema disediakan untuk referensi.

Langkah 3: Bangun dan Pengujian Awal

Pertama siapkan semua bagian untuk perakitan akhir. Solder pin ke papan Nano jika perlu, lalu pasang papan Nano ke papan ekspansi I/O. Kemudian, pasang atau solder kabel jumper ke sakelar tombol dan bel. Saya menggunakan beberapa konektor servo yang tersisa daripada kabel jumper. Untuk MPXV7002DP, Anda dapat menggunakan kabel yang disertakan dengan papan breakout tanpa menyolder atau menyolder kabel ke papan breakout seperti yang ditunjukkan pada gambar. Juga, potong tabung karet silikon sekitar 30 mm dan pasang ke port sisi atas (P1) pada MPXV7002DP.

Setelah komponen disiapkan, perakitan akhir menjadi sangat sederhana karena penggunaan papan ekspansi I/O dan LCD serial I2C.

Langkah 1: Pasang papan breakout MPXV7002DP ke bodi sensor cetak 3D. Masukkan ujung tabung silikon yang terbuka ke lubang pengukuran lalu kencangkan papan dengan 2 sekrup kecil. Hubungkan sensor ke pin S pada port A0 pada papan ekspansi.

• Analog A0
• VCC V
• GND -- > G

Langkah 2: Hubungkan LCD ke pin S papan ekspansi Nano di port A4 dan A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Langkah 3: Hubungkan Buzzer dan Beralih ke port papan ekspansi D5 dan D6

• Beralih: ke port 5 antara S dan G
• Buzzer: ke port 6, positif ke S dan ground ke G

Langkah 4: Perakitan akhir

Kencangkan badan sensor ke pelat belakang dengan 4 sekrup M3, lalu pasang layar LCD dan papan ekspansi Nano dan kencangkan dengan sekrup kecil. Tekan sakelar tombol dan bel ke dalam kasing dan kencangkan dengan lem panas.

Langkah 5: Pemrograman

1. Tambahkan perpustakaan ke IDE Arduino Anda. Pustaka dapat ditemukan di: LiquidCrystal-I2C dan RunningAverage.
2. Hubungkan Arduino Anda ke komputer dan instal sketsa Arduino.

Itu dia. Sekarang nyalakan unit dengan USB atau gunakan daya 9-12V ke port DC pada papan ekspansi (disarankan). Jika lampu latar layar LCD menyala tetapi layar kosong atau huruf sulit dibaca, sesuaikan kontras layar dengan memutar potensiometer biru di bagian belakang modul LCD I2C.

Terakhir pasang pelat belakang ke kasing depan dengan 4 sekrup M3.

Langkah 4: Pengaturan Tes Manometer Sederhana

Saya ingin tahu tentang keakuratan manometer digital ini dan membuat tempat uji sederhana untuk membandingkan pembacaan meter dengan manometer air klasik. Dengan pompa udara listrik yang dikendalikan oleh pengontrol kecepatan motor, saya dapat menghasilkan tekanan udara variabel dan melakukan pengukuran secara bersamaan dengan manometer digital dan air yang dihubungkan secara seri. Pengukuran tekanan cukup dekat pada berbagai tingkat tekanan udara.

Langkah 5: Jadikan Tindakan

Penggunaan perangkat ini cukup sederhana. Pertama-tama sambungkan perangkat inline antara mesin CPAP dan masker menggunakan pipa CPAP 15mm standar. Hubungkan satu sisi monitor ke mesin CPAP lalu sisi lain monitor ke masker agar udara bisa lewat.

Kalibrasi hidup

Sensor MPXV7002DP perlu dikalibrasi ke tekanan nol terhadap tekanan atmosfer sekitar setiap saat saat dihidupkan untuk memastikan akurasinya. Pastikan mesin CPAP dalam keadaan mati dan tidak ada tambahan tekanan udara di dalam tubing saat dinyalakan. Setelah kalibrasi selesai, meteran akan menampilkan nilai offset dan pesan siap perangkat.

Pengukur beroperasi dalam mode Manometer atau mode Alarm CPAP dengan menekan tombol. Perlu dicatat bahwa lampu belakang LCD diatur sesuai dengan mode operasi dan nilai sensor untuk membuat meteran tidak terlalu mengganggu selama tidur.

Mode Manometer

Ini adalah mode siaga dan tanda "-" akan ditampilkan di sudut kanan bawah layar. Fungsi alarm dinonaktifkan dalam mode ini. Layar akan menunjukkan tekanan udara real-time di Pascal (P) dan cmH20 (H) pada baris pertama, dan tekanan Minimum dan Maksimum serta Selisih antara Min. dan Maks. diamati dalam 3 detik terakhir di baris kedua. Dalam mode ini, lampu belakang LCD akan terus menyala tetapi akan habis waktu jika tekanan udara relatif nol telah diukur terus menerus selama lebih dari 10 detik.

Mode Alarm CPAP

Ini adalah mode alarm dan tanda "*" akan ditampilkan di sudut kanan bawah layar. Dalam mode ini, meteran akan memeriksa perbedaan antara tingkat tekanan udara puncak dan palung. Lampu belakang LCD akan mati dalam 10 detik dan tetap mati selama tidak ada perbedaan tekanan rendah yang terdeteksi. Lampu belakang akan menyala kembali jika perbedaan kurang dari 100 Pascal terdeteksi. Dan bel akan membunyikan alarm yang dapat didengar dengan pesan "Periksa Masker" yang ditampilkan di layar jika perbedaan tingkat tekanan udara yang diukur terus-menerus rendah selama lebih dari 10 detik. Setelah pasien menyesuaikan kembali masker dan perbedaan tekanan kembali di atas 100 Pascal maka alarm dan lampu belakang akan dimatikan lagi.

Langkah 6: Penafian

Perangkat ini bukan perangkat medis, atau aksesori untuk perangkat medis. Pengukuran tidak boleh digunakan untuk tujuan diagnostik atau terapeutik.

Runner Up dalam Kontes Sensor