耗材：

MPXV7002DP分線板

帶I/O擴(kuò)展板的Arduino Nano V3.0

串行LCD 1602 16x2模塊，帶IIC/I2C適配器藍(lán)色或綠色

12x12x7.3mm瞬時(shí)觸覺(jué)按鈕開(kāi)關(guān)帶鍵帽

DC 5V有源音響蜂鳴器

2mm內(nèi)徑，4mm外徑，柔性硅橡膠管

3D打印傳感器主體和外殼

Dupont跨接線和自攻螺釘（M3x16mm，M1.4x6mm，每個(gè)6）

第1步：工作原理

壓力計(jì)是一種測(cè)量壓力的裝置。在CPAP治療期間的正常情況下，由于患者吸氣和呼出空氣時(shí)呼吸，CPAP管道內(nèi)的氣壓發(fā)生顯著變化。如果存在大量漏氣或面罩關(guān)閉，則管道中的氣壓波動(dòng)將變得更小。因此，我們可以通過(guò)壓力計(jì)不斷監(jiān)測(cè)CPAP管道內(nèi)的氣壓來(lái)檢查防護(hù)罩狀態(tài)。

數(shù)字壓力計(jì)

在這個(gè)項(xiàng)目中MPXV7002DP集成硅壓力傳感器用作傳感器，將氣壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 MPXV7002DP分線板廣泛用作壓差傳感器，用于測(cè)量RC型號(hào)的空速，并且相對(duì)便宜。這是商用CPAP機(jī)器中的相同技術(shù)。

MPXV7002DP是一款單片硅壓力傳感器，專為廣泛的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它的氣壓測(cè)量范圍為-2 kPa至2 kPa（約+/- 20.4 cmH2O），可以很好地覆蓋治療阻塞性睡眠呼吸暫停的典型壓力水平，范圍為6至15 cmH2O。

MPXV7002DP設(shè)計(jì)為差壓傳感器，有兩個(gè)端口（P1和P2）。在該項(xiàng)目中，MPXV7002DP用作表壓傳感器，使后側(cè)端口（P2）對(duì)周圍空氣敞開(kāi)。這樣，壓力就相對(duì)于環(huán)境大氣壓進(jìn)行測(cè)量。

MPXV7002DP將輸出0-5V的模擬電壓。該電壓由Arduino模擬引腳讀取，并使用制造商提供的傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣壓。壓力以kPa，1Pa = 0.10197162129779mmH2O測(cè)量。然后，結(jié)果以Pa（Pascal）和cmH2O顯示在LCD屏幕上。

CPAP機(jī)器監(jiān)視器

研究顯示呼吸運(yùn)動(dòng)是對(duì)稱的，并且隨著年齡的增長(zhǎng)沒(méi)有顯著變化。在兩性的安靜呼吸期間，平均呼吸頻率為14。男性的節(jié)奏（吸氣/呼氣比）為1：1.21，安靜呼吸時(shí)女性為1：1.14。

CPAP管道的氣壓測(cè)量原始數(shù)據(jù)在人們呼吸時(shí)上下波動(dòng)由于Arduino 5.0V電源非常嘈雜，因此也有很多“尖峰”。因此，需要平滑數(shù)據(jù)并隨時(shí)間評(píng)估數(shù)據(jù)，以便可靠地檢測(cè)由吸氣和呼氣引入的壓力變化。

Arduino草圖采取了幾項(xiàng)措施來(lái)處理數(shù)據(jù)并監(jiān)控氣壓。簡(jiǎn)而言之，Arduino草圖使用Rob Tillaart的運(yùn)行平均庫(kù)來(lái)首先實(shí)時(shí)計(jì)算氣壓測(cè)量的移動(dòng)平均值以平滑數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后每隔幾秒計(jì)算最小和最大觀測(cè)氣壓通過(guò)檢查空氣壓力的峰值和谷值水平之間的差異來(lái)確定是否已斷開(kāi)面罩。因此，如果輸入數(shù)據(jù)線變得平坦，則可能存在大量漏氣或掩模已斷開(kāi)，將發(fā)出聲音警報(bào)以喚醒患者以進(jìn)行必要的調(diào)整。請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)圖以了解此算法的可視化。

步驟2：零件和原理圖

所有部件均可從Amazon.com獲得，上面提供了帶鏈接的BOM。

此外，傳感器主體和由設(shè)備盒和后面板組成的外殼需要使用下面的STL文件進(jìn)行3D打印。傳感器主體應(yīng)垂直打印并支撐，以獲得最佳效果。

提供原理圖供參考。

第3步：構(gòu)建和初始測(cè)試

首先準(zhǔn)備所有零件進(jìn)行最終裝配。如果需要，將引腳焊接到Nano板上，然后將Nano板安裝到I/O擴(kuò)展板上。然后，將跳線連接或焊接到按鈕開(kāi)關(guān)和蜂鳴器上。我使用了一些剩余的伺服連接器而不是跳線。對(duì)于MPXV7002DP，您既可以使用分線板附帶的導(dǎo)線而無(wú)需焊接，也可以將導(dǎo)線焊接到分線板上，如圖所示。另外，切割約30 mm的硅橡膠管并將其連接到MPXV7002DP的頂部端口（P1）。

一旦準(zhǔn)備好零件，由于使用了I/，最終裝配非常簡(jiǎn)單O擴(kuò)展板和串行I2C LCD。

步驟1：將MPXV7002DP分線板安裝到3D打印傳感器主體上。將硅管的開(kāi)口端伸入測(cè)量孔，然后用2個(gè)小螺釘固定電路板。將傳感器連接到擴(kuò)展板上端口A0的S引腳。

模擬 - 》 A0

VCC - 》 V

GND - 》 G

步驟2：將LCD連接到Nano擴(kuò)展板S端口A4和A5的針腳

SDL - 》 A4

SCA - 》 A5

VCC - 》 V

GND - 》 G

步驟3：連接蜂鳴器并切換到擴(kuò)展板端口D5和D6

步驟4：最終裝配

用4個(gè)M3螺絲將傳感器主體固定到背板上，然后安裝LCD屏幕， Nano擴(kuò)展板并用小螺釘固定。將按鈕開(kāi)關(guān)和蜂鳴器推入外殼并用熱膠固定。

步驟5：編程

切換：到S和G之間的端口5

蜂鳴器：到端口6，正極到S和接地到G

就是這樣?，F(xiàn)在使用USB為設(shè)備供電，或者將9-12V電源連接到擴(kuò)展板上的DC端口（推薦）。如果LCD顯示屏背光亮起但是屏幕空白或字母很難讀取，請(qǐng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)LCD I2C模塊背面的藍(lán)色電位計(jì)來(lái)調(diào)整屏幕對(duì)比度。

最后用4個(gè)M3螺絲將后板固定在前殼上。

將庫(kù)添加到Arduino IDE中。這些庫(kù)可以在以下位置找到：LiquidCrystal-I2C和RunningAverage。

將Arduino連接到計(jì)算機(jī)并安裝Arduino草圖。

第4步：簡(jiǎn)單的壓力計(jì)測(cè)試設(shè)置

我對(duì)這款數(shù)字壓力計(jì)的準(zhǔn)確性感到好奇，并建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)臺(tái)，將儀表讀數(shù)與經(jīng)典的水壓計(jì)進(jìn)行比較。通過(guò)由電機(jī)速度控制器控制的電動(dòng)空氣泵，我能夠產(chǎn)生可變氣壓，并通過(guò)串聯(lián)連接的數(shù)字和水壓力計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。壓力測(cè)量值非常接近各種壓力水平。

第5步：投入使用

使用此設(shè)備非常漂亮簡(jiǎn)單。首先將設(shè)備內(nèi)聯(lián)在CPAP機(jī)器和面罩之間，使用標(biāo)準(zhǔn)的15mm CPAP管道。將顯示器的一側(cè)連接到CPAP機(jī)器，然后將顯示器的另一側(cè)連接到面罩，以便空氣可以通過(guò)。

開(kāi)機(jī)校準(zhǔn)

每次上電時(shí)，MPXV7002DP傳感器都需要針對(duì)環(huán)境大氣壓力進(jìn)行零壓力校準(zhǔn)，以確保其準(zhǔn)確性。確保CPAP機(jī)器關(guān)閉，并且在通電時(shí)管道內(nèi)沒(méi)有額外的氣壓。校準(zhǔn)完成后，儀表將顯示偏移值和設(shè)備就緒消息。

通過(guò)按下按鈕，儀表可在壓力計(jì)模式或CPAP報(bào)警模式下運(yùn)行。值得注意的是，LCD背光根據(jù)操作模式和傳感器值進(jìn)行管理，以使儀表在睡眠期間減少分散注意力。

壓力計(jì)模式

這是待機(jī)模式，屏幕右下角會(huì)顯示“ - ”符號(hào)。在此模式下禁用警報(bào)功能。屏幕將顯示第一行Pascal（P）和cmH20（H）的實(shí)時(shí)氣壓，最小和最大壓力以及Min之間的差值。和馬克斯。在第二排觀察過(guò)去3秒。在此模式下，LCD背光將持續(xù)亮起，但如果連續(xù)測(cè)量零相對(duì)氣壓超過(guò)10秒，將會(huì)超時(shí)。

CPAP鬧鐘模式

這是鬧鐘模式，屏幕右下角會(huì)顯示“*”符號(hào)。在此模式下，儀表將檢查氣壓峰值和谷值之間的差異。只要沒(méi)有檢測(cè)到低壓差，LCD背光將在10秒內(nèi)超時(shí)并保持關(guān)閉狀態(tài)。如果檢測(cè)到小于100帕斯卡的差異，則背光將再次打開(kāi)。如果測(cè)量的空氣壓力水平差異持續(xù)低于10秒，蜂鳴器將發(fā)出聲音警報(bào)并在屏幕上顯示“檢查屏蔽”消息。一旦患者重新調(diào)整面罩并且壓差返回到100帕斯卡以上，則警報(bào)和背光將再次關(guān)閉。

步驟6：免責(zé)聲明

此設(shè)備不是醫(yī)療設(shè)備，也不是醫(yī)療設(shè)備的附件。測(cè)量不應(yīng)用于診斷或治療目的。