耗材：

MPXV7002DP分線板

帶I/O擴展板的Arduino Nano V3.0

串行LCD 1602 16x2模塊，帶IIC/I2C適配器藍色或綠色

12x12x7.3mm瞬時觸覺按鈕開關(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6）

第1步：工作原理

壓力計是一種測量壓力的裝置。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將變得更小。因此，我們可以通過壓力計不斷監(jiān)測CPAP管道內(nèi)的氣壓來檢查防護罩狀態(tài)。

數(shù)字壓力計

在這個項目中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。 MPXV7002DP分線板廣泛用作壓差傳感器，用于測量RC型號的空速，并且相對便宜。這是商用CPAP機器中的相同技術(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。它的氣壓測量范圍為-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)計為差壓傳感器，有兩個端口（P1和P2）。在該項目中，MPXV7002DP用作表壓傳感器，使后側(cè)端口（P2）對周圍空氣敞開。這樣，壓力就相對于環(huán)境大氣壓進行測量。

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測量。然后，結(jié)果以Pa（Pascal）和cmH2O顯示在LCD屏幕上。

CPAP機器監(jiān)視器

研究顯示呼吸運動是對稱的，并且隨著年齡的增長沒有顯著變化。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，安靜呼吸時女性為1：1.14。

CPAP管道的氣壓測量原始數(shù)據(jù)在人們呼吸時上下波動由于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)并隨時間評估數(shù)據(jù)，以便可靠地檢測由吸氣和呼氣引入的壓力變化。

Arduino草圖采取了幾項措施來處理數(shù)據(jù)并監(jiān)控氣壓。簡而言之，Arduino草圖使用Rob Tillaart的運行平均庫來首先實時計算氣壓測量的移動平均值以平滑數(shù)據(jù)點，然后每隔幾秒計算最小和最大觀測氣壓通過檢查空氣壓力的峰值和谷值水平之間的差異來確定是否已斷開面罩。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，將發(fā)出聲音警報以喚醒患者以進行必要的調(diào)整。請參閱數(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)建和初始測試

首先準(zhǔn)備所有零件進行最終裝配。如果需要，將引腳焊接到Nano板上，然后將Nano板安裝到I/O擴展板上。然后，將跳線連接或焊接到按鈕開關(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。對于MPXV7002DP，您既可以使用分線板附帶的導(dǎo)線而無需焊接，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/，最終裝配非常簡單O擴展板和串行I2C LCD。

步驟1：將MPXV7002DP分線板安裝到3D打印傳感器主體上。將硅管的開口端伸入測量孔，然后用2個小螺釘固定電路板。將傳感器連接到擴展板上端口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展板端口D5和D6

步驟4：最終裝配

用4個M3螺絲將傳感器主體固定到背板上，然后安裝LCD屏幕， Nano擴展板并用小螺釘固定。將按鈕開關(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。現(xiàn)在使用USB為設(shè)備供電，或者將9-12V電源連接到擴展板上的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，請通過旋轉(zhuǎn)LCD I2C模塊背面的藍色電位計來調(diào)整屏幕對比度。

最后用4個M3螺絲將后板固定在前殼上。

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

將Arduino連接到計算機并安裝Arduino草圖。

第4步：簡單的壓力計測試設(shè)置

我對這款數(shù)字壓力計的準(zhǔn)確性感到好奇，并建立了一個簡單的試驗臺，將儀表讀數(shù)與經(jīng)典的水壓計進行比較。通過由電機速度控制器控制的電動空氣泵，我能夠產(chǎn)生可變氣壓，并通過串聯(lián)連接的數(shù)字和水壓力計同時進行測量。壓力測量值非常接近各種壓力水平。

第5步：投入使用

使用此設(shè)備非常漂亮簡單。首先將設(shè)備內(nèi)聯(lián)在CPAP機器和面罩之間，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。

開機校準(zhǔn)

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

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

壓力計模式

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

CPAP鬧鐘模式

這是鬧鐘模式，屏幕右下角會顯示“*”符號。在此模式下，儀表將檢查氣壓峰值和谷值之間的差異。只要沒有檢測到低壓差，LCD背光將在10秒內(nèi)超時并保持關(guān)閉狀態(tài)。如果檢測到小于100帕斯卡的差異，則背光將再次打開。如果測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。測量不應(yīng)用于診斷或治療目的。