Unità di controllo del ventilatore Covid-19: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo progetto è il prototipo costruito per il Ventilator Crowd, ventilatore di crowdsourcing.

Il sito web pubblico per questo progetto è qui:

È condiviso qui in modo che altri possano basarsi sul nostro lavoro attuale, conoscere questi controller e capire cosa stiamo facendo. Si noti che questo progetto non è ancora stato testato e non ha approvazioni per uso medico. Pertanto, questo controller non deve essere utilizzato per scopi medici o relativi alla sicurezza. In questa forma è inteso come una risorsa di apprendimento, non un elemento di attrezzatura medica.

Questo controller è concepito per essere il controller principale per una serie di modelli di ventilatori alternativi. La versione dimostrativa "test al banco" pilota un piccolo servo da 9 g - semplice da dimostrare il comportamento di controllo. L'unità prototipo completa emette un segnale PWM che può quindi essere utilizzato come ingresso per altri tipi di attuatori meccanici. Adattare il software per l'esecuzione con un motore passo-passo è relativamente semplice.

Forniture

1. Arduino Uno SMD R3

2. Modulo display LCD 20x4 seriale 2004

3. Encoder rotativo KY-040

4. CI NXP, SENSORE DI PRESSIONE MPX5010DP

5. 2 LED - 1 verde, 1 rosso (o altri colori contrastanti)

6. Scheda prototipo saldabile (circa 90x70mm)

7. Custodia per progetti elettronici in plastica 220 x 150 x 64 mm

8. Bulloni M3, dadi e distanziatori per pannello di montaggio

9. 2 x 200 ohm, resistori di limitazione della corrente per LED

10. 1 x 10k ohm, resistenza di pull-up per interruttore rotante

Passaggio 1: versione tagliere

Questa è la versione base breadboard del controller - prima dell'aggiunta del trasduttore di misurazione della pressione e prima dell'inscatolamento.

Fase 2: Versione tagliere - Schema

Questo è lo schema della versione breadboard. È possibile accedere a una versione più chiara tramite questo collegamento, ma si noti che l'interruttore rotativo a pressione centrale necessita di un resistore di pull-up aggiuntivo da 10 k ohm che non è mostrato sul circuito:

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

Questa versione è mostrata alla guida di un servo, che funge da ragionevole dimostrazione visiva per i test da tavolo. Ovviamente non è sufficiente per guidare effettivamente la meccanica dell'unità di ventilazione reale, ma aiuta a rendere visibile l'azione prevista per i test da tavolo.

Passaggio 3: montare l'Arduino nella piastra base della scatola

Montando l'Arduino sulla piastra di base della scatola si ottiene una finitura "pulita" e ordinata sul lato anteriore della scatola. Immagino che questo sia ovvio, ma non commettere l'errore di contrassegnare e praticare 4 fori. Piuttosto, segna la posizione generale di Arduino. Segna e fai un foro. Quindi montare un bullone, posizionare l'Arduino sul bullone, quindi contrassegnare e forare la seconda posizione del bullone. Ripeti questo per gli ultimi 2 bulloni per ottenere tutto allineato.

Passaggio 4: montare il commutatore rotante e il trasduttore di pressione sulla scheda del prototipo

Non è l'ideale avere componenti su entrambi i lati di una scheda prototipo. Ma in questi casi c'erano poche opzioni; l'altezza verticale del trasduttore di pressione è quasi la stessa del commutatore rotante. Se entrambi i componenti fossero sullo stesso lato della scheda, l'asse centrale del controller rotante non si estenderebbe attraverso la faccia della scatola.

Quindi in questo caso montiamo il commutatore rotativo su un lato della scheda e il trasduttore di pressione sull'altro.

Passaggio 5: montare i LED sulla scheda prototipo

I LED vengono utilizzati per indicare i cicli di inspirazione ed espirazione. Questi devono essere visibili attraverso la faccia anteriore della scatola e sono quindi sullo stesso lato della scheda prototipo del controller rotante.

Passaggio 6: tagliare i fori nella parte anteriore della scatola

Questo è un passaggio soggetto a errori che può facilmente portare a una scatola danneggiata o in cui il display e i controlli non sono ben allineati. Fai molta attenzione nel misurare la scatola e segnare il quadrato ritagliato dal display ai lati della scatola. Verificare che intorno al foro vi sia spazio sufficiente per l'inserimento della scheda del display, osservando che la scheda del display è di diversi millimetri più grande del display stesso.

È una buona idea tagliare modelli di carta per tutti i fori che devono essere tagliati. Questo garantisce una buona vestibilità. Un altro errore comune è quello di tagliare i fori "dalla parte posteriore alla parte anteriore" a causa della confusione nell'orientamento dei componenti. Contrassegna chiaramente il tuo modello come rivolto in avanti o indietro e annota i lati sinistro e destro come mostrato in questa immagine.

Passaggio 7: montare la scheda prototipo sul fondo della scatola utilizzando i distanziatori

Anche se sarebbe più facile fissare il display e il circuito stampato sulla parte anteriore della scatola, questo ha due svantaggi. In primo luogo, rende brutta la parte anteriore della scatola. Il metodo mostrato qui non comporta l'assenza di viti sulla parte anteriore della scatola: un design molto "pulito". In secondo luogo, questo metodo semplifica il montaggio e il cablaggio. Tutti i componenti possono essere assemblati sul fondo del case, quindi la parte anteriore può essere semplicemente posizionata sopra la base. Il montaggio dei componenti nella parte anteriore della scatola può essere complicato a causa della restrizione di spazio dovuta ai lati della scatola.

La domanda è.. come praticare i fori nella parte inferiore della scatola in modo che quando tutto è assemblato si allinei tutto? Il mio metodo preferito è questo: fissa il tabellone e il circuito nella parte anteriore della scatola usando del nastro adesivo. Metti 'blu-Tac' o qualche altro materiale 'stucco' rimovibile approssimativamente dove pensi che le gambe saranno fissate. Chiudi la scatola e le gambe stamperanno nello stucco nella posizione corretta. Usa questi segni per forare e imbullonare le gambe del display e il circuito.

Passaggio 8: fissaggio finale del circuito stampato e del tabellone sulla piastra di base

Queste due immagini mostrano il tabellone e il circuito montato sulla piastra posteriore della scatola. A questo punto si può completare e controllare il cablaggio finale.

Passaggio 9: schema elettrico per la scheda come mostrato

Il diagramma qui mostra il cablaggio fisico con la codifica a colori che abbiamo usato sul nostro prototipo.

Passaggio 10: controllo finale e chiusura della scatola

Le immagini qui riportate mostrano la fase finale di montaggio e chiusura della scatola. Questa particolare scatola è tenuta chiusa con 6 viti nella base, quindi l'effetto finale è pulito e ordinato.

Il video fornisce una rapida dimostrazione del software.

Il software per Arduino può essere ottenuto dal repository Git di Ventilator Crowd qui:

github.com/ventilatorcrowd/Ventilator_Ardu…

Controlla i commenti in ogni versione del software per assicurarti di avere la versione corretta per il dispositivo che stai costruendo.

Come in precedenza, si noti che questo è un prototipo di sviluppo e non è stato testato. Non è adatto per uso medico. È pubblicato qui per soddisfare il nostro impegno a condividere tutto il nostro lavoro di sviluppo su questi importanti dispositivi.