Village Vent緊急呼吸機開源

描述

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我們都可以貢獻我們的技能和想法來幫助克服 COVID-19！

世界上許多地方沒有醫療資源來為偏遠地區的需要呼吸機的患者提供呼吸機。

這種呼吸機設計基于易于獲得或以最低成本輕松獲得的零件。事實上，我從 3 月 13 日之前就沒有去過五金店了！（現在是 5 月 1 日）。我用我在工作室里找到的東西建造了這個！可以辦到！

它是圍繞汽車擋風玻璃刮水器電機建造的。這些電機在世界各地的廢品場中都很豐富，價格在 50 美元到 0 美元之間。它們具有高扭矩、安靜、可靠且運行 12 伏直流電。

呼吸機由廉價的 Arduino Nano（或 Uno）微控制器控制。

可以調整每分鐘呼吸次數和呼吸之間的暫停時間以適合患者。您還可以調整每次呼吸的風量。

可以通過廉價或免費的計算機 AT 型計算機電源、壁式交流電源適配器甚至 12 伏汽車電池來提供電源。

該設備使用標準尺寸的袋閥面罩 (BVM) 手動復蘇器，又名 Ambu-bag (TM)。

框架由廢膠合板或任何可用材料制成。

這個項目可以在幾個小時內以低于 50 美元的價格構建，無需專門的工具或技能。

用偉大的 'Bones' McCoy 博士的話說，“該死的吉姆！我是制造商，不是醫生！我只能使用我得到的東西！”

讓我們開始建設吧！

免責聲明

我是業余愛好者，不是專業工程師。我沒有接受過醫學、生物工程或醫療保健方面的培訓。

該原型是概念驗證設計。它不適合人類使用！設計師不對您使用的安全性、功效或適當性作出任何聲明。使用風險自負?。。?！

讓我們建造它！

該項目基于手動復蘇袋 (BVM)、Arduino 和擋風玻璃雨刷電機。如果你能得到一個電流在 4 到 6 安培之間的電機，它就會有足夠的動力來壓縮復蘇袋。

呼吸機由膠合板底座、用于壓縮袋子的壓縮機組件以及用于驅動壓縮機的電機支架和底座組成。

所有零件均由 5/8" (16mm) 膠合板制成。緊固件主要是 2" 木螺釘和 3/4" 木螺釘，用于連接鉸鏈和 L 型支架。提供零件的樣品圖。

提供的零件圖適用于我構建的特定原型。尺寸和形狀可能因雨刮器電機的尺寸和安裝方法以及復蘇袋的尺寸而異。它們是指導方針。提供了 Vcarve 文件，但它們很少。您必須指定零件尺寸和刀具路徑等。

壓縮機

壓縮機組件將壓在復蘇袋上，迫使空氣進入患者的肺部。然后它縮回以允許袋子重新充氣。

壓縮機裝有一個堅固的泡沫球（如 Nerf(tm) 球）。一根管子穿過球的直徑插入。管道在 1/4" 鋼棒上滾動，該鋼棒充當軸，以防止球在長時間的壓縮和縮回循環中磨損復蘇器袋。

壓縮機最終安裝在一個矩形膠合板底座上，該底座可以位于通風機底座框架上，以最大限度地壓縮袋子。

您可能會發現將底座的厚度加倍以在包上獲得更多的下壓力很有幫助。

兩個小型改進的 L 型支架安裝在壓縮機的背面，用作連接電機和壓縮機的軸的安裝點。一個簡單的螺母和帶有墊圈的機械螺釘將軸連接到壓縮機。

您會注意到壓縮機在組件的頂部和底部有斜邊。這些角度允許組件在呼吸循環的縮回/呼氣部分向后彎曲而不受約束。

電機安裝

電機支架由兩塊膠合板制成。底座上有 3 個槽，用于容納機器螺栓和蝶形螺母（從呼吸機框架下方伸出），允許底座向前/向后滑動，以增加或減少每個周期輸送給患者的空氣量馬達。

將修改電機安裝板以適合您的特定雨刮器電機。我的電機有一個內置的傳動裝置，可以處理連接軸的往復運動。您的電機可能只是做圓周運動，您可以構建一個合適的連接軸將電機連接到壓縮機。

電機位置傳感器

現在我們需要制造和安裝傳感器來檢測電機在全吸氣或全呼氣位置的位置。

我們通過安裝在電機軸上的兩個光敏電阻 (LDR)、2 個 LED 和一個紙板盤來確定電機的位置。圓盤上的兩個槽與電機的最大前后位置重合。當光線穿過插槽時，Arduino 微控制器可以確定電機的位置。然后，Arduino 會停止電機，直到完全吸氣或完全呼氣的時間過去。然后它重新啟動電機以進行下一個呼吸循環。

首先切割一個足夠半徑的紙板盤，它不會撞到電機底座。

現在為 LDR 和 LED 制作兩個紙板支架。LDR 安裝座將位于磁盤后面，并通過兩個孔露出 LDR，以代表電機的完全吸氣和完全呼氣位置。LED 將安裝在相應的相同位置，通過磁盤中的插槽照亮 LDR。

使這些項目對齊需要一些試驗和錯誤。

LDR 和 LED 安裝座只是熱粘合到位。

以下是對齊傳感器的方法。

將電機直接連接到電源，讓它運行并在其完全吸氣（完全壓縮/前進）位置停止。

給前面的 LED 供電，并在磁盤上標記亮點。

對磁盤的完全呼氣（完全收縮/向后）位置執行相同操作。

在 Arduino 代碼中，有一些 Serial.println() 語句可以取消注釋以在電機旋轉時顯示 LDR 值。您可以在構建控制面板并上傳 Arduino 草圖后進行調整。

在磁盤上的標記點周圍切出小槽。這些插槽將允許光線落在 LDR 上。Arduino 會將高強度值視為電機已達到其完全吸氣/呼氣位置的指示。

LED 和 LDR 連接有較短的兩導體揚聲器線。它們最終將連接到控制面板。我在電線和控制面板電路板上使用了公母頭針，因此可以根據需要連接/斷開電線。

切割 1/8" x 3/4" 鋁棒料的連接軸，將電機軸上的機器螺釘連接到壓縮機背面的 L 型支架上。

將電機臂和壓縮機暫時固定在完全垂直位置是最簡單的。然后測量、切割和鉆孔連接軸，并用機械螺釘、墊圈和螺母將其安裝在電機臂和壓縮機上。

您應該暫時將電機底座和壓縮機底座固定在工作臺上，并嘗試直接用電源運行電機，以檢查電機和壓縮機的運動。根據需要調整連接軸的長度和/或電機和壓縮機底座的高度，以獲得最大限度地壓縮復蘇袋的運動。

控制面板

控制面板包含按鈕、LCD 顯示屏、用于控制電機的 n 通道功率 MOSFET 和 Arduino Nano。Arduino Nano 安裝在母頭針插座中，因此如果有缺陷，可以將其移除/更換。如果您愿意，它可以永久焊接到原型板上。

該面板包含以下功能：

以秒為單位的吸氣時間

以秒為單位的呼氣持續時間

背光電源開/關

呼吸功率 - 吸氣（占全電機功率的百分比）

呼吸功率 - 呼氣（占全馬達功率的百分比）

運行 - 將機器設置為所需的持續時間和功率值并運行電機。

停止 - 將電機收回到完全呼氣位置并關閉電源。

面板應根據提供的電路原理圖接線。

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從面板的背面看，您會看到 Exhale-LDR 和 Inhale-LDR 連接以及與電源 +12V（紅色）、電源接地（綠色）、電機正極（+ ) 線（紅色）和電機負極 (-) 線（黑色）。12 伏電線的規格為 14-16。

要將面板安裝在呼吸機上，我只是使用了一些帶有短供水軟管的木螺釘作為支架。

它為面板提供了一個很好的傾斜度，而且不花錢。

Arduino草圖

該呼吸機的 Arduino 代碼包含在該項目中。它使用基本的 Arduino 編程概念來讀取按鈕按下、LDR 值并驅動 LCD 顯示器并通過 MOSFET 使用脈沖波調制 (PWM) 來控制電機以調整速度。

您可能還會注意到 void setup() 塊中的一些計時器調整。此語句調整 PWM 時序的頻率，因此您不會聽到電機由 PWM 控制時發出的惱人的嗚嗚聲。

由于電機和使用這臺機器的醫生的偏好存在差異，因此您可以在草圖頂部設置幾個設置以使其與您的電機一起使用。

首先在沒有 Arduino 的情況下將電機連接到電源。然后運行它并計算電機在一分鐘內的轉數。

然后，將“strokesPerMinuteFullOn”值設置為該數字。

您還可以設置吸氣和呼氣循環的最大和最小功率值（“Pwr”變量）以及吸氣和呼氣部分的最大和最小持續時間。

保存草圖并將其上傳到您的 Arduino。

雙重和三重檢查您的接線和連接，并將機器連接到電源。兩條紅線可以互換。兩者都可以連接到電源和電機，因為它們都連接到 MOSFET 漏極引腳上二極管的陰極側。

啟動一切并嘗試一下！

關于電機的一句話。我的電機是套件中的非常輕型的 ATV 電機。它消耗的電流小于 1 安培。由于它是一個電流相對較低的電機，因此在吸氣沖程時很難完全壓縮復蘇袋。汽車或皮卡車的標準電機將工作得很好，因為它具有更高的扭矩并且在 4 到 6 安培的電流下運行。它將很容易完全壓縮袋子。

我希望這個項目可以啟發制造商制造設備，幫助偏遠地區的人們獲得更好的醫療保健。我們都可以盡自己的一份力量！

這是一個非常令人滿意的項目。

現在出去做一些很棒的事情！