描述

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我們都可以貢獻(xiàn)我們的技能和想法來幫助克服 COVID-19！

世界上許多地方?jīng)]有醫(yī)療資源來為偏遠(yuǎn)地區(qū)的需要呼吸機(jī)的患者提供呼吸機(jī)。

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

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

呼吸機(jī)由廉價(jià)的 Arduino Nano（或 Uno）微控制器控制。

可以調(diào)整每分鐘呼吸次數(shù)和呼吸之間的暫停時(shí)間以適合患者。您還可以調(diào)整每次呼吸的風(fēng)量。

可以通過廉價(jià)或免費(fèi)的計(jì)算機(jī) AT 型計(jì)算機(jī)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(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的袋閥面罩 (BVM) 手動(dòng)復(fù)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(gè)項(xiàng)目可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)以低于 50 美元的價(jià)格構(gòu)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(yī)生！我只能使用我得到的東西！”

讓我們開始建設(shè)吧！

免責(zé)聲明

我是業(yè)余愛好者，不是專業(yè)工程師。我沒有接受過醫(yī)學(xué)、生物工程或醫(yī)療保健方面的培訓(xùn)。

該原型是概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)。它不適合人類使用！設(shè)計(jì)師不對(duì)您使用的安全性、功效或適當(dāng)性作出任何聲明。使用風(fēng)險(xiǎn)自負(fù)！！！！

讓我們建造它！

該項(xiàng)目基于手動(dòng)復(fù)蘇袋 (BVM)、Arduino 和擋風(fēng)玻璃雨刷電機(jī)。如果你能得到一個(gè)電流在 4 到 6 安培之間的電機(jī)，它就會(huì)有足夠的動(dòng)力來壓縮復(fù)蘇袋。

呼吸機(jī)由膠合板底座、用于壓縮袋子的壓縮機(jī)組件以及用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)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(gòu)建的特定原型。尺寸和形狀可能因雨刮器電機(jī)的尺寸和安裝方法以及復(fù)蘇袋的尺寸而異。它們是指導(dǎo)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(jī)

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

壓縮機(jī)裝有一個(gè)堅(jiān)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(dòng)，該鋼棒充當(dāng)軸，以防止球在長時(shí)間的壓縮和縮回循環(huán)中磨損復(fù)蘇器袋。

壓縮機(jī)最終安裝在一個(gè)矩形膠合板底座上，該底座可以位于通風(fēng)機(jī)底座框架上，以最大限度地壓縮袋子。

您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)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(gè)小型改進(jìn)的 L 型支架安裝在壓縮機(jī)的背面，用作連接電機(jī)和壓縮機(jī)的軸的安裝點(diǎn)。一個(gè)簡單的螺母和帶有墊圈的機(jī)械螺釘將軸連接到壓縮機(jī)。

您會(huì)注意到壓縮機(jī)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(huán)的縮回/呼氣部分向后彎曲而不受約束。

電機(jī)安裝

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

將修改電機(jī)安裝板以適合您的特定雨刮器電機(jī)。我的電機(jī)有一個(gè)內(nèi)置的傳動(dòng)裝置，可以處理連接軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。您的電機(jī)可能只是做圓周運(yùn)動(dòng)，您可以構(gòu)建一個(gè)合適的連接軸將電機(jī)連接到壓縮機(jī)。

電機(jī)位置傳感器

現(xiàn)在我們需要制造和安裝傳感器來檢測(cè)電機(jī)在全吸氣或全呼氣位置的位置。

我們通過安裝在電機(jī)軸上的兩個(gè)光敏電阻 (LDR)、2 個(gè) LED 和一個(gè)紙板盤來確定電機(jī)的位置。圓盤上的兩個(gè)槽與電機(jī)的最大前后位置重合。當(dāng)光線穿過插槽時(shí)，Arduino 微控制器可以確定電機(jī)的位置。然后，Arduino 會(huì)停止電機(jī)，直到完全吸氣或完全呼氣的時(shí)間過去。然后它重新啟動(dòng)電機(jī)以進(jìn)行下一個(gè)呼吸循環(huán)。

首先切割一個(gè)足夠半徑的紙板盤，它不會(huì)撞到電機(jī)底座。

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

使這些項(xiàng)目對(duì)齊需要一些試驗(yàn)和錯(cuò)誤。

LDR 和 LED 安裝座只是熱粘合到位。

以下是對(duì)齊傳感器的方法。

將電機(jī)直接連接到電源，讓它運(yùn)行并在其完全吸氣（完全壓縮/前進(jìn)）位置停止。

給前面的 LED 供電，并在磁盤上標(biāo)記亮點(diǎn)。

對(duì)磁盤的完全呼氣（完全收縮/向后）位置執(zhí)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(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示 LDR 值。您可以在構(gòu)建控制面板并上傳 Arduino 草圖后進(jìn)行調(diào)整。

在磁盤上的標(biāo)記點(diǎn)周圍切出小槽。這些插槽將允許光線落在 LDR 上。Arduino 會(huì)將高強(qiáng)度值視為電機(jī)已達(dá)到其完全吸氣/呼氣位置的指示。

LED 和 LDR 連接有較短的兩導(dǎo)體揚(yáng)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(jù)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(jī)軸上的機(jī)器螺釘連接到壓縮機(jī)背面的 L 型支架上。

將電機(jī)臂和壓縮機(jī)暫時(shí)固定在完全垂直位置是最簡單的。然后測(cè)量、切割和鉆孔連接軸，并用機(jī)械螺釘、墊圈和螺母將其安裝在電機(jī)臂和壓縮機(jī)上。

您應(yīng)該暫時(shí)將電機(jī)底座和壓縮機(jī)底座固定在工作臺(tái)上，并嘗試直接用電源運(yùn)行電機(jī)，以檢查電機(jī)和壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需要調(diào)整連接軸的長度和/或電機(jī)和壓縮機(jī)底座的高度，以獲得最大限度地壓縮復(fù)蘇袋的運(yùn)動(dòng)。

控制面板

控制面板包含按鈕、LCD 顯示屏、用于控制電機(jī)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(shí)間

以秒為單位的呼氣持續(xù)時(shí)間

背光電源開/關(guān)

呼吸功率 - 吸氣（占全電機(jī)功率的百分比）

呼吸功率 - 呼氣（占全馬達(dá)功率的百分比）

運(yùn)行 - 將機(jī)器設(shè)置為所需的持續(xù)時(shí)間和功率值并運(yùn)行電機(jī)。

停止 - 將電機(jī)收回到完全呼氣位置并關(guān)閉電源。

面板應(yīng)根據(jù)提供的電路原理圖接線。

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從面板的背面看，您會(huì)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(jī)正極（+ ) 線（紅色）和電機(jī)負(fù)極 (-) 線（黑色）。12 伏電線的規(guī)格為 14-16。

要將面板安裝在呼吸機(jī)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(gè)很好的傾斜度，而且不花錢。

Arduino草圖

該呼吸機(jī)的 Arduino 代碼包含在該項(xiàng)目中。它使用基本的 Arduino 編程概念來讀取按鈕按下、LDR 值并驅(qū)動(dòng) LCD 顯示器并通過 MOSFET 使用脈沖波調(diào)制 (PWM) 來控制電機(jī)以調(diào)整速度。

您可能還會(huì)注意到 void setup() 塊中的一些計(jì)時(shí)器調(diào)整。此語句調(diào)整 PWM 時(shí)序的頻率，因此您不會(huì)聽到電機(jī)由 PWM 控制時(shí)發(fā)出的惱人的嗚嗚聲。

由于電機(jī)和使用這臺(tái)機(jī)器的醫(yī)生的偏好存在差異，因此您可以在草圖頂部設(shè)置幾個(gè)設(shè)置以使其與您的電機(jī)一起使用。

首先在沒有 Arduino 的情況下將電機(jī)連接到電源。然后運(yùn)行它并計(jì)算電機(jī)在一分鐘內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)。

然后，將“strokesPerMinuteFullOn”值設(shè)置為該數(shù)字。

您還可以設(shè)置吸氣和呼氣循環(huán)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(xù)時(shí)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(jī)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(jī)，因?yàn)樗鼈兌歼B接到 MOSFET 漏極引腳上二極管的陰極側(cè)。

啟動(dòng)一切并嘗試一下！

關(guān)于電機(jī)的一句話。我的電機(jī)是套件中的非常輕型的 ATV 電機(jī)。它消耗的電流小于 1 安培。由于它是一個(gè)電流相對(duì)較低的電機(jī)，因此在吸氣沖程時(shí)很難完全壓縮復(fù)蘇袋。汽車或皮卡車的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)將工作得很好，因?yàn)樗哂懈叩呐ぞ夭⑶以?4 到 6 安培的電流下運(yùn)行。它將很容易完全壓縮袋子。

我希望這個(gè)項(xiàng)目可以啟發(fā)制造商制造設(shè)備，幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們獲得更好的醫(yī)療保健。我們都可以盡自己的一份力量！

這是一個(gè)非常令人滿意的項(xiàng)目。

現(xiàn)在出去做一些很棒的事情！