CPAP机器监视器的制作

耗材：

MPXV7002DP分线板

带I/O扩展板的Arduino Nano V3.0

串行LCD 1602 16x2模块，带IIC/I2C适配器蓝色或绿色

12x12x7.3mm瞬时触觉按钮开关带键帽

DC 5V有源音响蜂鸣器

2mm内径，4mm外径，柔性硅橡胶管

3D打印传感器主体和外壳

Dupont跨接线和自攻螺钉（M3x16mm，M1.4x6mm，每个6）

第1步：工作原理

压力计是一种测量压力的装置。在CPAP治疗期间的正常情况下，由于患者吸气和呼出空气时呼吸，CPAP管道内的气压发生显着变化。如果存在大量漏气或面罩关闭，则管道中的气压波动将变得更小。因此，我们可以通过压力计不断监测CPAP管道内的气压来检查防护罩状态。

数字压力计

在这个项目中MPXV7002DP集成硅压力传感器用作传感器，将气压转换为数字信号。 MPXV7002DP分线板广泛用作压差传感器，用于测量RC型号的空速，并且相对便宜。这是商用CPAP机器中的相同技术。

MPXV7002DP是一款单片硅压力传感器，专为广泛的应用而设计。它的气压测量范围为-2 kPa至2 kPa（约+/- 20.4 cmH2O），可以很好地覆盖治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的典型压力水平，范围为6至15 cmH2O。

MPXV7002DP设计为差压传感器，有两个端口（P1和P2）。在该项目中，MPXV7002DP用作表压传感器，使后侧端口（P2）对周围空气敞开。这样，压力就相对于环境大气压进行测量。

MPXV7002DP将输出0-5V的模拟电压。该电压由Arduino模拟引脚读取，并使用制造商提供的传递函数转换为相应的气压。压力以kPa，1Pa = 0.10197162129779mmH2O测量。然后，结果以Pa（Pascal）和cmH2O显示在LCD屏幕上。

CPAP机器监视器

研究显示呼吸运动是对称的，并且随着年龄的增长没有显着变化。在两性的安静呼吸期间，平均呼吸频率为14。男性的节奏（吸气/呼气比）为1：1.21，安静呼吸时女性为1：1.14。

CPAP管道的气压测量原始数据在人们呼吸时上下波动由于Arduino 5.0V电源非常嘈杂，因此也有很多“尖峰”。因此，需要平滑数据并随时间评估数据，以便可靠地检测由吸气和呼气引入的压力变化。

Arduino草图采取了几项措施来处理数据并监控气压。简而言之，Arduino草图使用Rob Tillaart的运行平均库来首先实时计算气压测量的移动平均值以平滑数据点，然后每隔几秒计算最小和最大观测气压通过检查空气压力的峰值和谷值水平之间的差异来确定是否已断开面罩。因此，如果输入数据线变得平坦，则可能存在大量漏气或掩模已断开，将发出声音警报以唤醒患者以进行必要的调整。请参阅数据图以了解此算法的可视化。

步骤2：零件和原理图

所有部件均可从Amazon.com获得，上面提供了带链接的BOM。

此外，传感器主体和由设备盒和后面板组成的外壳需要使用下面的STL文件进行3D打印。传感器主体应垂直打印并支撑，以获得最佳效果。

提供原理图供参考。

第3步：构建和初始测试

首先准备所有零件进行最终装配。如果需要，将引脚焊接到Nano板上，然后将Nano板安装到I/O扩展板上。然后，将跳线连接或焊接到按钮开关和蜂鸣器上。我使用了一些剩余的伺服连接器而不是跳线。对于MPXV7002DP，您既可以使用分线板附带的导线而无需焊接，也可以将导线焊接到分线板上，如图所示。另外，切割约30 mm的硅橡胶管并将其连接到MPXV7002DP的顶部端口（P1）。

一旦准备好零件，由于使用了I/，最终装配非常简单O扩展板和串行I2C LCD。

步骤1：将MPXV7002DP分线板安装到3D打印传感器主体上。将硅管的开口端伸入测量孔，然后用2个小螺钉固定电路板。将传感器连接到扩展板上端口A0的S引脚。

模拟 - 》 A0

VCC - 》 V

GND - 》 G

步骤2：将LCD连接到Nano扩展板S端口A4和A5的针脚

SDL - 》 A4

SCA - 》 A5

VCC - 》 V

GND - 》 G

步骤3：连接蜂鸣器并切换到扩展板端口D5和D6

步骤4：最终装配

用4个M3螺丝将传感器主体固定到背板上，然后安装LCD屏幕， Nano扩展板并用小螺钉固定。将按钮开关和蜂鸣器推入外壳并用热胶固定。

步骤5：编程

切换：到S和G之间的端口5

蜂鸣器：到端口6，正极到S和接地到G

就是这样。现在使用USB为设备供电，或者将9-12V电源连接到扩展板上的DC端口（推荐）。如果LCD显示屏背光亮起但是屏幕空白或字母很难读取，请通过旋转LCD I2C模块背面的蓝色电位计来调整屏幕对比度。

最后用4个M3螺丝将后板固定在前壳上。

将库添加到Arduino IDE中。这些库可以在以下位置找到：LiquidCrystal-I2C和RunningAverage。

将Arduino连接到计算机并安装Arduino草图。

第4步：简单的压力计测试设置

我对这款数字压力计的准确性感到好奇，并建立了一个简单的试验台，将仪表读数与经典的水压计进行比较。通过由电机速度控制器控制的电动空气泵，我能够产生可变气压，并通过串联连接的数字和水压力计同时进行测量。压力测量值非常接近各种压力水平。

第5步：投入使用

使用此设备非常漂亮简单。首先将设备内联在CPAP机器和面罩之间，使用标准的15mm CPAP管道。将显示器的一侧连接到CPAP机器，然后将显示器的另一侧连接到面罩，以便空气可以通过。

开机校准

每次上电时，MPXV7002DP传感器都需要针对环境大气压力进行零压力校准，以确保其准确性。确保CPAP机器关闭，并且在通电时管道内没有额外的气压。校准完成后，仪表将显示偏移值和设备就绪消息。

通过按下按钮，仪表可在压力计模式或CPAP报警模式下运行。值得注意的是，LCD背光根据操作模式和传感器值进行管理，以使仪表在睡眠期间减少分散注意力。

压力计模式

这是待机模式，屏幕右下角会显示“ - ”符号。在此模式下禁用警报功能。屏幕将显示第一行Pascal（P）和cmH20（H）的实时气压，最小和最大压力以及Min之间的差值。和马克斯。在第二排观察过去3秒。在此模式下，LCD背光将持续亮起，但如果连续测量零相对气压超过10秒，将会超时。

CPAP闹钟模式

这是闹钟模式，屏幕右下角会显示“*”符号。在此模式下，仪表将检查气压峰值和谷值之间的差异。只要没有检测到低压差，LCD背光将在10秒内超时并保持关闭状态。如果检测到小于100帕斯卡的差异，则背光将再次打开。如果测量的空气压力水平差异持续低于10秒，蜂鸣器将发出声音警报并在屏幕上显示“检查屏蔽”消息。一旦患者重新调整面罩并且压差返回到100帕斯卡以上，则警报和背光将再次关闭。

步骤6：免责声明

此设备不是医疗设备，也不是医疗设备的附件。测量不应用于诊断或治疗目的。