Village Vent紧急呼吸机开源

描述

 

我们都可以贡献我们的技能和想法来帮助克服 COVID-19！

世界上许多地方没有医疗资源来为偏远地区的需要呼吸机的患者提供呼吸机。

这种呼吸机设计基于易于获得或以最低成本轻松获得的零件。事实上，我从 3 月 13 日之前就没有去过五金店了！（现在是 5 月 1 日）。我用我在工作室里找到的东西建造了这个！可以办到！

它是围绕汽车挡风玻璃刮水器电机建造的。这些电机在世界各地的废品场中都很丰富，价格在 50 美元到 0 美元之间。它们具有高扭矩、安静、可靠且运行 12 伏直流电。

呼吸机由廉价的 Arduino Nano（或 Uno）微控制器控制。

可以调整每分钟呼吸次数和呼吸之间的暂停时间以适合患者。您还可以调整每次呼吸的风量。

可以通过廉价或免费的计算机 AT 型计算机电源、壁式交流电源适配器甚至 12 伏汽车电池来提供电源。

该设备使用标准尺寸的袋阀面罩 (BVM) 手动复苏器，又名 Ambu-bag (TM)。

框架由废胶合板或任何可用材料制成。

这个项目可以在几个小时内以低于 50 美元的价格构建，无需专门的工具或技能。

用伟大的 'Bones' McCoy 博士的话说，“该死的吉姆！我是制造商，不是医生！我只能使用我得到的东西！”

让我们开始建设吧！

免责声明

我是业余爱好者，不是专业工程师。我没有接受过医学、生物工程或医疗保健方面的培训。

该原型是概念验证设计。它不适合人类使用！设计师不对您使用的安全性、功效或适当性作出任何声明。使用风险自负！！！！

让我们建造它！

该项目基于手动复苏袋 (BVM)、Arduino 和挡风玻璃雨刷电机。如果你能得到一个电流在 4 到 6 安培之间的电机，它就会有足够的动力来压缩复苏袋。

呼吸机由胶合板底座、用于压缩袋子的压缩机组件以及用于驱动压缩机的电机支架和底座组成。

所有零件均由 5/8" (16mm) 胶合板制成。紧固件主要是 2" 木螺钉和 3/4" 木螺钉，用于连接铰链和 L 型支架。提供零件的样品图。

提供的零件图适用于我构建的特定原型。尺寸和形状可能因雨刮器电机的尺寸和安装方法以及复苏袋的尺寸而异。它们是指导方针。提供了 Vcarve 文件，但它们很少。您必须指定零件尺寸和刀具路径等。

压缩机

压缩机组件将压在复苏袋上，迫使空气进入患者的肺部。然后它缩回以允许袋子重新充气。

压缩机装有一个坚固的泡沫球（如 Nerf(tm) 球）。一根管子穿过球的直径插入。管道在 1/4" 钢棒上滚动，该钢棒充当轴，以防止球在长时间的压缩和缩回循环中磨损复苏器袋。

压缩机最终安装在一个矩形胶合板底座上，该底座可以位于通风机底座框架上，以最大限度地压缩袋子。

您可能会发现将底座的厚度加倍以在包上获得更多的下压力很有帮助。

两个小型改进的 L 型支架安装在压缩机的背面，用作连接电机和压缩机的轴的安装点。一个简单的螺母和带有垫圈的机械螺钉将轴连接到压缩机。

您会注意到压缩机在组件的顶部和底部有斜边。这些角度允许组件在呼吸循环的缩回/呼气部分向后弯曲而不受约束。

电机安装

电机支架由两块胶合板制成。底座上有 3 个槽，用于容纳机器螺栓和蝶形螺母（从呼吸机框架下方伸出），允许底座向前/向后滑动，以增加或减少每个周期输送给患者的空气量马达。

将修改电机安装板以适合您的特定雨刮器电机。我的电机有一个内置的传动装置，可以处理连接轴的往复运动。您的电机可能只是做圆周运动，您可以构建一个合适的连接轴将电机连接到压缩机。

电机位置传感器

现在我们需要制造和安装传感器来检测电机在全吸气或全呼气位置的位置。

我们通过安装在电机轴上的两个光敏电阻 (LDR)、2 个 LED 和一个纸板盘来确定电机的位置。圆盘上的两个槽与电机的最大前后位置重合。当光线穿过插槽时，Arduino 微控制器可以确定电机的位置。然后，Arduino 会停止电机，直到完全吸气或完全呼气的时间过去。然后它重新启动电机以进行下一个呼吸循环。

首先切割一个足够半径的纸板盘，它不会撞到电机底座。

现在为 LDR 和 LED 制作两个纸板支架。LDR 安装座将位于磁盘后面，并通过两个孔露出 LDR，以代表电机的完全吸气和完全呼气位置。LED 将安装在相应的相同位置，通过磁盘中的插槽照亮 LDR。

使这些项目对齐需要一些试验和错误。

LDR 和 LED 安装座只是热粘合到位。

以下是对齐传感器的方法。

将电机直接连接到电源，让它运行并在其完全吸气（完全压缩/前进）位置停止。

给前面的 LED 供电，并在磁盘上标记亮点。

对磁盘的完全呼气（完全收缩/向后）位置执行相同操作。

在 Arduino 代码中，有一些 Serial.println() 语句可以取消注释以在电机旋转时显示 LDR 值。您可以在构建控制面板并上传 Arduino 草图后进行调整。

在磁盘上的标记点周围切出小槽。这些插槽将允许光线落在 LDR 上。Arduino 会将高强度值视为电机已达到其完全吸气/呼气位置的指示。

LED 和 LDR 连接有较短的两导体扬声器线。它们最终将连接到控制面板。我在电线和控制面板电路板上使用了公母头针，因此可以根据需要连接/断开电线。

切割 1/8" x 3/4" 铝棒料的连接轴，将电机轴上的机器螺钉连接到压缩机背面的 L 型支架上。

将电机臂和压缩机暂时固定在完全垂直位置是最简单的。然后测量、切割和钻孔连接轴，并用机械螺钉、垫圈和螺母将其安装在电机臂和压缩机上。

您应该暂时将电机底座和压缩机底座固定在工作台上，并尝试直接用电源运行电机，以检查电机和压缩机的运动。根据需要调整连接轴的长度和/或电机和压缩机底座的高度，以获得最大限度地压缩复苏袋的运动。

控制面板

控制面板包含按钮、LCD 显示屏、用于控制电机的 n 通道功率 MOSFET 和 Arduino Nano。Arduino Nano 安装在母头针插座中，因此如果有缺陷，可以将其移除/更换。如果您愿意，它可以永久焊接到原型板上。

该面板包含以下功能：

以秒为单位的吸气时间

以秒为单位的呼气持续时间

背光电源开/关

呼吸功率 - 吸气（占全电机功率的百分比）

呼吸功率 - 呼气（占全马达功率的百分比）

运行 - 将机器设置为所需的持续时间和功率值并运行电机。

停止 - 将电机收回到完全呼气位置并关闭电源。

面板应根据提供的电路原理图接线。

 

 

从面板的背面看，您会看到 Exhale-LDR 和 Inhale-LDR 连接以及与电源 +12V（红色）、电源接地（绿色）、电机正极（+ ) 线（红色）和电机负极 (-) 线（黑色）。12 伏电线的规格为 14-16。

要将面板安装在呼吸机上，我只是使用了一些带有短供水软管的木螺钉作为支架。

它为面板提供了一个很好的倾斜度，而且不花钱。

Arduino草图

该呼吸机的 Arduino 代码包含在该项目中。它使用基本的 Arduino 编程概念来读取按钮按下、LDR 值并驱动 LCD 显示器并通过 MOSFET 使用脉冲波调制 (PWM) 来控制电机以调整速度。

您可能还会注意到 void setup() 块中的一些计时器调整。此语句调整 PWM 时序的频率，因此您不会听到电机由 PWM 控制时发出的恼人的呜呜声。

由于电机和使用这台机器的医生的偏好存在差异，因此您可以在草图顶部设置几个设置以使其与您的电机一起使用。

首先在没有 Arduino 的情况下将电机连接到电源。然后运行它并计算电机在一分钟内的转数。

然后，将“strokesPerMinuteFullOn”值设置为该数字。

您还可以设置吸气和呼气循环的最大和最小功率值（“Pwr”变量）以及吸气和呼气部分的最大和最小持续时间。

保存草图并将其上传到您的 Arduino。

双重和三重检查您的接线和连接，并将机器连接到电源。两条红线可以互换。两者都可以连接到电源和电机，因为它们都连接到 MOSFET 漏极引脚上二极管的阴极侧。

启动一切并尝试一下！

关于电机的一句话。我的电机是套件中的非常轻型的 ATV 电机。它消耗的电流小于 1 安培。由于它是一个电流相对较低的电机，因此在吸气冲程时很难完全压缩复苏袋。汽车或皮卡车的标准电机将工作得很好，因为它具有更高的扭矩并且在 4 到 6 安培的电流下运行。它将很容易完全压缩袋子。

我希望这个项目可以启发制造商制造设备，帮助偏远地区的人们获得更好的医疗保健。我们都可以尽自己的一份力量！

这是一个非常令人满意的项目。

现在出去做一些很棒的事情！