Manômetro digital / Monitor de máquina CPAP: 6 etapas (com fotos)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Você já acordou de manhã e descobriu que sua máscara de CPAP está desligada? Este dispositivo irá alertá-lo se você tiver removido acidentalmente a máscara durante o sono.

A terapia com CPAP (pressão positiva contínua nas vias aéreas) é a forma mais comum de tratamento para a apneia obstrutiva do sono (AOS). Para os pacientes em terapia CPAP, é importante usar a máscara CPAP o tempo todo durante o sono para que a terapia seja eficaz e também para atender aos critérios de conformidade com CPAP exigidos pelas seguradoras.

No entanto, muitas pessoas têm problemas ao se ajustar para dormir com uma máscara de CPAP, incluindo o problema de acordar consistentemente para descobrir que sua máscara de CPAP foi removida. Embora muitos dispositivos CPAP modernos sejam sofisticados o suficiente para diferenciar se a máscara realmente está na pessoa ou se a pessoa apenas a liga, mas não usa a máscara, nem todos eles têm alarme ou alarme alto o suficiente para acordar o paciente quando o A máscara CPAP foi removida ou há um grande vazamento de ar.

Este projeto trata da confecção de um manômetro digital para monitorar a pressão do ar dentro da tubulação do CPAP. Ele exibirá a pressão do ar em tempo real dentro da tubulação CPAP e o dispositivo emitirá um alarme sonoro quando a máscara CPAP estiver provavelmente desligada ou se houver grande vazamento de ar durante a terapia.

Suprimentos

1. Placa de breakout MPXV7002DP
2. Arduino Nano V3.0 com placa de expansão de E / S
3. Módulo serial LCD 1602 16x2 com adaptador IIC / I2C azul ou verde
4. Interruptor de botão tátil momentâneo 12x12x7,3mm com uma tampa de tecla
5. Campainha sonora ativa DC 5V
6. 2 mm de diâmetro interno, 4 mm de diâmetro externo, tubo flexível de borracha de silicone
7. Corpo do sensor impresso em 3D e a caixa
8. Fios de ligação dupla Dupont e parafusos auto-roscantes (M3x16mm, M1.4x6mm, 6 cada)

Etapa 1: como funciona

Um manômetro é um dispositivo para medir pressões. Na condição normal durante a terapia CPAP, há uma mudança significativa na pressão do ar dentro da tubulação CPAP devido à respiração conforme o paciente inspira e expira o ar. Se houver um grande vazamento de ar ou a máscara estiver desligada, a flutuação da pressão do ar na tubulação se tornará muito menor. Então, basicamente, podemos verificar o status da máscara monitorando constantemente a pressão do ar dentro da tubulação CPAP com um manômetro.

Manômetro Digital

Neste projeto MPXV7002DP Sensor de pressão de silicone integrado é usado como um transdutor para converter a pressão do ar em sinais digitais. A placa breakout MPXV7002DP está amplamente disponível como um sensor de diferencial de pressão para medir a velocidade no ar de modelos RC e é relativamente barata. Esta é a mesma tecnologia dentro de máquinas comerciais CPAP.

MPXV7002DP é um sensor de pressão de silício monolítico projetado para uma ampla gama de aplicações. Ele tem uma faixa de medição de pressão do ar de -2 kPa a 2 kPa (aproximadamente +/- 20,4 cmH2O), que cobre muito bem os níveis de pressão típicos para o tratamento da apnéia obstrutiva do sono de 6 a 15 cmH2O.

MPXV7002DP é projetado como um sensor de pressão diferencial e tem duas portas (P1 e P2). Neste projeto, o MPXV7002DP é usado como um sensor de pressão manométrica, deixando a porta traseira (P2) aberta para o ar ambiente. Desta forma, a pressão é medida em relação à pressão atmosférica ambiente.

MPXV7002DP produzirá uma tensão analógica de 0-5V. Essa tensão é lida pelo pino analógico do Arduino e convertida para a pressão de ar correspondente usando a função de transferência fornecida pelo fabricante. A pressão é medida em kPa, 1Pa = 0,10197162129779 mmH2O. Os resultados são exibidos na tela LCD em Pa (Pascal) e cmH2O.

Monitor de máquina CPAP

Estudo mostra que os movimentos respiratórios são simétricos e não mudam significativamente com o aumento da idade. A frequência respiratória média é 14 durante a respiração tranquila para ambos os sexos. O ritmo (relação inspiração / expiração) é 1: 1,21 para homens e 1: 1,14 para mulheres durante a respiração tranquila.

Os dados brutos das medições de pressão do ar da tubulação CPAP aumentam e diminuem conforme as pessoas respiram e também apresentam muitos 'picos', já que o fornecimento do Arduino 5.0V é bastante barulhento. Portanto, os dados precisam ser suavizados e avaliados ao longo do tempo para detectar com segurança as mudanças de pressão introduzidas pela inspiração e expiração.

Várias medidas são tomadas pelo esboço do Arduino para processar os dados e monitorar a pressão do ar. Em suma, o esboço do Arduino usa a biblioteca de média em execução de Rob Tillaart para primeiro calcular a média móvel das medições de pressão do ar em tempo real para suavizar os pontos de dados e, em seguida, calcular a pressão de ar mínima e máxima observada a cada poucos segundos para determinar se a máscara foi desconectada, verificando as diferenças entre os níveis de pico e vale da pressão do ar. Portanto, se a linha de dados de entrada ficar plana, é provável que haja um grande vazamento de ar ou a máscara tenha sido desconectada, um alarme sonoro soará para acordar o paciente e fazer os ajustes necessários. Veja os gráficos de dados para a visualização deste algoritmo.

Etapa 2: peças e esquemas

Todas as peças estão disponíveis na Amazon.com e o BOM com links são fornecidos acima.

Além disso, o corpo do sensor e a caixa que consiste na caixa do dispositivo e no painel traseiro precisam ser impressos em 3D usando os arquivos STL abaixo. O corpo do sensor deve ser impresso na posição vertical com suporte para para melhores resultados.

Um esquema é fornecido para referência.

Etapa 3: construção e teste inicial

Primeiro, prepare todas as peças para a montagem final. Solde os pinos na placa Nano se necessário e, em seguida, instale a placa Nano na placa de expansão de E / S. Em seguida, conecte ou solde os fios do jumper na chave do botão e na campainha. Usei alguns conectores servo que sobraram em vez de fios de jumper. Para MPXV7002DP, você pode usar o fio que vem com a placa breakout sem soldar ou soldar o fio na placa breakout conforme mostrado na imagem. Além disso, corte um tubo de borracha de silicone de cerca de 30 mm e conecte-o à porta superior (P1) no MPXV7002DP.

Depois de preparadas as peças, a montagem final é muito simples devido ao uso da placa de expansão de E / S e do LCD serial I2C.

Etapa 1: Instale a placa de breakout MPXV7002DP no corpo do sensor impresso em 3D. Inerte a extremidade aberta do tubo de silicone no orifício de medição e prenda a placa com 2 parafusos pequenos. Conecte o sensor ao pino S na porta A0 na placa de expansão.

• Analog A0
• VCC V
• GND -> G

Etapa 2: Conecte o LCD aos pinos S da placa de expansão Nano nas portas A4 e A5

• SDL A4
• SCA A5
• VCC V
• GND G

Etapa 3: Conecte a campainha e o interruptor às portas D5 e D6 da placa de expansão

• Alternar: para a porta 5 entre S e G
• Buzzer: para a porta 6, o positivo para S e o terra para G

Etapa 4: Montagem final

Prenda o corpo do sensor na placa traseira com 4 parafusos M3 e, em seguida, instale a tela LCD e a placa de expansão Nano e fixe-os com parafusos pequenos. Empurre o botão e a campainha na caixa e fixe-os com cola quente.

Etapa 5: Programação

1. Adicione as bibliotecas ao seu Arduino IDE. As bibliotecas podem ser encontradas em: LiquidCrystal-I2C e RunningAffet.
2. Conecte seu Arduino ao computador e instale o esboço do Arduino.

É isso. Agora ligue a unidade com USB ou aplique alimentação de 9-12 V à porta DC na placa de expansão (recomendado). Se a luz de fundo do visor LCD estiver acesa, mas a tela estiver em branco ou as letras forem difíceis de ler, ajuste o contraste da tela girando o potenciômetro azul na parte traseira do módulo LCD I2C.

Por fim, prenda a placa traseira à caixa frontal com 4 parafusos M3.

Etapa 4: Configuração de teste de manômetro simples

Eu estava curioso sobre a precisão desse manômetro digital e construí uma bancada de teste simples para comparar a leitura do medidor com um manômetro de água clássico. Com uma bomba de ar elétrica controlada por um controlador de velocidade do motor, fui capaz de gerar pressão de ar variável e fazer as medições simultaneamente por manômetros digitais e de água conectados em série. As medições de pressão são bem próximas em vários níveis de pressão do ar.

Etapa 5: coloque em ação

O uso deste dispositivo é bastante simples. Primeiro, conecte o dispositivo em linha entre a máquina CPAP e a máscara, use um tubo CPAP padrão de 15 mm. Conecte um lado do monitor à máquina de CPAP e o outro lado do monitor à máscara para que o ar possa passar.

Calibração de inicialização

O sensor MPXV7002DP precisa ser calibrado para pressão zero em relação à pressão atmosférica ambiente sempre que é ligado para garantir sua precisão. Certifique-se de que a máquina CPAP esteja desligada e não haja pressão de ar adicional dentro da tubulação ao ligá-la. Assim que a calibração for concluída, o medidor exibirá o valor de deslocamento e uma mensagem de dispositivo pronto.

O medidor opera no modo Manômetro ou no modo Alarme CPAP pressionando o botão. É importante notar que a luz de fundo do LCD é gerenciada de acordo com o modo de operação e o valor do sensor para tornar o medidor menos perturbador durante o sono.

Modo Manômetro

Este é o modo de espera e um sinal "-" será exibido no canto inferior direito da tela. A função de alarme é desabilitada neste modo. A tela mostrará a pressão do ar em tempo real em Pascal (P) e cmH20 (H) na primeira linha, e a pressão mínima e máxima, bem como a diferença entre mín. e máx. observado nos últimos 3 segundos na segunda linha. Neste modo, a luz de fundo do LCD ficará constantemente acesa, mas irá expirar se a pressão do ar relativa zero tiver sido medida continuamente por mais de 10 segundos.

Modo de Alarme CPAP

Este é o modo de alarme e um sinal "*" será exibido no canto inferior direito da tela. Neste modo, o medidor verificará as diferenças entre os níveis de pico e vale da pressão do ar. A luz de fundo do LCD irá expirar em 10 segundos e permanecerá desligada enquanto nenhuma diferença de pressão baixa for detectada. A luz de fundo acenderá novamente se uma diferença de menos de 100 Pascal for detectada. E a campainha irá soar um alarme audível com uma mensagem "Check Mask" sendo exibida na tela se a diferença nos níveis medidos de pressão de ar tiver sido persistentemente baixa por mais de 10 segundos. Assim que o paciente reajustar a máscara e a diferença de pressão retornar acima de 100 Pascal, o alarme e a luz de fundo serão desligados novamente.

Etapa 6: isenção de responsabilidade

Este dispositivo não é um dispositivo médico nem um acessório do dispositivo médico. A medição não deve ser usada para fins diagnósticos ou terapêuticos.

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