دستگاه های ونتیلاتور و نظارت بر سلامت بیماران 

در زمان شیوع ویروس COVID-19، هر روز تقاضا برای دستگاه‌های ونتیلاتور و تهویه و نظارت بر سلامت افزایش می‌یابد. برای غلبه بر کمبود این دستگاه‌ها، ما هنوز هیچ راه‌حل خوب دیگری نداریم که بتواند در تحقق این نیاز به ما کمک کند. ما می‌توانیم یک تهویه RaspberryPi COVID -19 طراحی کنیم.

امروز تصمیم داریم یک نمونه کوچک از دستگاه تنفس با استفاده از Raspberry Pi بسازیم که قادر به نظارت بر سلامتی ما و فراهم کردن داده‌هایی در مورد ضربان قلب و سطح SPO2 ما خواهد بود.

نمونه اولیه ونتیلاتور ما از یک موتور سروو استفاده می‌کند که به کیسه هوا (کیسه BVM) فشار وارد می‌کند، بنابراین هوای غلیظ اکسیژن را به داخل ریه‌ها وارد می‌کند. وقتی سروو موتور به موقعیت قبلی خود بازگردد، منجر به آزاد شدن فشار از گونی هوا (کیسه BVM) می‌شود و باعث می‌شود شکل اصلی خود را حفظ کند. این امر به بیرون کشیدن CO2 از ریه ها کمک می‌کند (شبیه فرایند تنفس داخل و خارج). کل مکانیسم تنفس دستگاه تنفس باید با میزان تنفس طبیعی بیمار هماهنگ باشد. با تغییر سرعت موتور سروو در برنامه می‌توان به این مهم دست یافت. ما همچنین از سنسور MAX30100 استفاده کرده ایم که اطلاعات زنده‌ای در مورد افزایش و کاهش ضربان نبض و سطح اکسیژن در خون بیمار به ما می‌دهد. با اجرای Raspberry Pi و هر نمایشگر LCD استاندارد، می‌توان میزان ضربان نبض و درصد اکسیژن خون را به صورت نمودار روی صفحه نمایش مشاهده کرد. (به شکل 2،3،4،5 مراجعه کنید)

بنابراین بیایید پروژه خود را با جمع‌آوری اجزای زیر برای دستگاه تهویه RaspberryPi COVID -19 شروع کنیم.

لوازم موردنیاز ساخت دستگاه‌های ونتیلاتور

برای ساخت مکانیکی به مقوا و لوله اضافی نیز نیاز داریم.

توجه: در اینجا، ما به جای ریه آزمایش و کیسه BVM از یک بالون استفاده می‌کنم. اما برای نتایج خوب، لطفا از کیسه BVM و ریه آزمایش استاندارد استفاده کنید. همچنین برای عملکرد صحیح کیسه BVM باید برخی تغییرات مکانیکی ایجاد کنید.

به خاطر داشته باشید که این پروژه DIY فقط باید تحت نظارت دقیق پزشکی اجرا شود.

حالا بیایید پروژه خود را با برخی از آرایش و ساخت مکانیکی شروع کنیم.

مراحل ساخت ونتیلاتور

در اینجا، ما هر مقوایی را برداشته و کیسه BVM را روی سطح صاف آن تعمیر می‌کنیم. (به شکل 7 مراجعه کنید). اکنون یک سر لوله را گرفته و آن را داخل دهانه کیسه BVM قرار می‌دهیم (در اینجا من از یک بالون صاف استفاده کردم).

انتهای دیگر لوله به ریه آزمایش استاندارد متصل می‌شود (در اینجا ما هم از یک بالون استفاده کرده‌ایم).

حالا ما یک قطعه مقوایی دیگر را در بالای کیسه BVM قرار می‌دهیم تا یک طرف کیسه BVM به یک انتهای مقوا و طرف دیگر آن با شافت سرو موتور ثابت شود. (به شکل 7،8،9،10 مراجعه کنید).

پس از ساخت مکانیکی ونتالیتور ، اکنون بیایید سراغ ساخت و ساز الکترونیکی برویم و RPi را به روش زیر به موتور زیر متصل کنیم.

سیستم پایش سلامت ونتیلاتور

برای کدگذاری سیستم نظارت بر سلامت، Arduino IDE را باز کنید، به Library Manager بروید و کتابخانه‌های مورد نیاز زیر را نصب کنید.

• نمودار SSD1306
• Max30100

پس از نصب موفقیت‌آمیز آنها، می‌توانیم کد نویسی را شروع کنیم.

ابتدا کتابخانه‌ها را در کد مقداردهی اولیه می‌کنیم و دو متغیر val1 و val2 ایجاد می‌کنیم.

در مرحله بعدی، ما یک عملکرد راه‌اندازی ایجاد خواهیم کرد که نمایشگر OLED و سنسور MAX30100 را شروع می‌کند. همچنین طول و عرض نمودار را تنظیم می‌کند.

سپس یک عملکرد حلقه ایجاد خواهیم کرد که داده‌ها را از حسگر MAX بررسی می‌کند، آنها را بر روی OLED نمایش می‌دهد و همچنین آنها را به پورت سریال می‌فرستد.

سپس، همانطور که در نمودار مدار نشان داده شده است، قطعات الکترونیکی را به هم متصل کنید.

اکنون برای تجسم نمودار زنده و داده‌های سلامت، پردازش 3 را در Raspberry Pi تنظیم می‌کنیم. برای انجام این کار، Raspberry Pi را باز کرده و سیستم داده شده را در ترمینال اجرا کنید.

حلقه https://processing.org/download/install-arm.sh | sudo sh

سپس، پردازش 3 را باز کنید (به شکل 15 مراجعه کنید). کد موجود با نام “rolling graph.pde” را از پوشه موارد اضافی کتابخانه Arduino دریافت کرده و سپس آن را در پردازش IDE در Raspberry Pi جایگذاری کنید.

تست دستگا‌‌ه‌هاي ونتيلاتور

حالا Raspberry Pi را روشن کنید و سپس آن را به نمایشگر متصل کنید. کد دستگاه تنفس را اجرا کرده و سپس کد داده‌های سلامت یعنی “rollinggraph.pde” را در پردازش Raspberry Pi اجرا کنید. همچنین، Arduino را با MAX30100 به پورت USB Raspberry Pi متصل کنید.

وقتی کد ونتیلاتور اجرا می‌شود، شافت سرو موتور شروع به حرکت می‌کند و منجر به فشار بر روی BVM BAG می‌شود. از این رو، اکسیژن از طریق لوله عبور می‌کند و ریه را صاف می‌کند.

سپس سروو موتور به حالت اولیه خود برمی‌گردد و کیسه BVM را به جای قبلی خود باز می‌گرداند. این روند مداوم انقباض (تنفس) و آرامش (تنفس) ریه انسان را شبیه‌سازی می‌کند.

برای تجسم داده‌های سلامت، کافیست انگشت خود را بر روی سنسور MAX قرار دهید. به محض شروع به درخشش، نمودار زنده سلامت داده‌ها بدست می‌آید.

توجه: برای تغییر میزان تنفس دستگاه تنفس، تأخیر زمانی را در کد اضافه کنید.

همچنین برای پایش داده‌های سلامت، نام پورت را به نام پورت آردوینو تغییر دهید. در اینجا نام پورت آردوینو ttyACM0 است.

تبریک می‌گوییم، نمونه اولیه دستگاه تهویه RaspberryPi COVID -19 آماده است.

برای دانلود کد دستگاه ونتیلاتور کلیک کنید