带有备用电池的开源紧急呼吸机设计第二部分

虽然定制印刷的 PCB 可以将这些组件集成在一块板上，但 MPS 解决方案利用每个产品的预制、现成的评估板来缩短开发时间，同时创建一个紧凑的解决方案。

对于此解决方案，EV2759-Q-01A评估板从标准 19 V 交流电源适配器(例如笔记本电脑上使用的适配器)获取主要输入电源，并在电池为呼吸机系统供电时保持集成备用电池的电量. 该评估板的最大输入电压为 36 V，可以处理具有不同电池调节电压和最大 3 A 充电电流的 1 至 6 个串联电池的电池。

该解决方案中使用的电池为 14.8 V、4S、6,000 mAh 锂电池组，广泛用于遥控 (RC) 汽车和小型机器人。如果交流电源被移除，系统电源和操作不会受到干扰，允许紧急呼吸机在停电或运送病人时连续运行。此外，EV2759-Q-01A 评估板可配置为在交流断电事件期间触发警报。交流供电恢复后，该告警消失。

接下来，MPM3510A 转换器模块降低主系统电压，为 Arduino 微控制器提供持续、稳定的电源。由于 Arduino 控制系统，因此需要可靠且准确的电源。该转换器模块可适应 4.5 V 至 36 V 的宽输入电压范围，并具有低至 0.8 V 的可调输出和 1.2 A 的连续负载电流能力。

最后，MP3910A 控制器提升主系统电压，为 24V BLDC 智能电机供电。与 Arduino 一样，电机驱动器需要可靠的电源才能提供一致的性能。对于紧急呼吸机系统，不一致的电机性能会导致空气输送不准确。PWM 升压控制器具有 9 V 至 14 V 的标准输入电压范围，它严格调节 24 V 输出，为峰值功率电机需求提供足够的电流。

压缩BVM 设计的电机是EVKT-MSM942077-24，这是一款 77-W BLDC 智能电机，框架尺寸为 42-mm，集成智能电机模块 MMP742077-24-C。电机通过 RS485 接口连接到 Arduino，并使用 MPS 开发的“MSMMotor.h”Arduino 库中的命令进行控制。

EVKT-MSM942077-24 智能电机模块使 BLDC 电机控制更易于访问。在智能电机模块内，有一个集成的磁性角位置传感器、一个磁场定向控制器 (FoC) 和电源驱动器。此外，它还具有 RS485 和 PULSE/DIR 输入接口选项、77 W 连续功率输出和 0.3° 位置分辨率。

电机参考板允许设计人员使用电流测量来实现归位程序，该程序检测机械挤压臂何时在“打开”方向上接触内置机械硬停止。这种硬停止在启动期间将电机设置为零位，以确保一致的性能，从而无需单独的归位开关并简化系统设计。

呼吸机的机械设计

紧急呼吸机的机械设计很简单，并尽可能使用标准商业部件。在不使用商业部件的情况下，该解决方案包含简单的定制机械部件。例如，挤压桨是符合 BVM 机器形状的 3D 打印块。

机械设计的技术要求要求在各种吸气与呼气 (I:E) 比率下具有特定范围的每分钟呼吸 (BPM)。根据 MIT 项目提供的 BPM 和 I:E 比率范围，以及他们对挤压 BVM 的力要求的建议，设计团队计算了与 EVKT-MSM942077-24 电机控制一起使用所需的齿轮减速模块。

该团队安装了标准的 100:1 变速箱和齿轮组，最终减速比为 200:1，以达到所需的速度和扭矩水平。其他组件(例如压力传感器、警报蜂鸣器、显示面板、按钮、旋钮和开关)都是标准组件，可以用系统设计人员可用的任何等效部件进行替换。

在 MPS 的设计团队创建了第一个功能原型后，通过视频、项目网站和网络推广传播了消息。多个联系人和小组被告知了开发过程，并提供了帮助以集成设计特有的电气特性。然而，MPS 并没有制造这种设计。

一旦创建了这个解决方案，许多呼吸机制造商就已经赶上了供应短缺的问题，而 COVID-19 治疗方案不太注重通风，尤其是像 BVM 机器这样的紧急使用呼吸机。为了将来的使用，MPS 设计了原型的第二个版本，如果需要可以使用。

MPS 的设计团队要感谢 MIT E-Vent 项目和创客社区中无数其他人，他们也是这项全球努力的一部分。在开发这种紧急使用的呼吸机设计过程中，社区的想法提供了重要的参考资料。