线上创客马拉松挑战赛之物尽其用---智能呼吸机演示模型 简单

我们看到国外很多人群感染了新冠病毒而大量缺乏呼吸机治疗导致死亡，所以我们就想能不能用micro：bit来制作一个呼吸机模型，让更多人能了解呼吸机原理，大量制造真正的呼吸机帮助病人。在制作的过程中我们充分利用用完的塑料牛奶瓶来制作，物尽其用，减少塑料污染。目前全球的塑料污染相当严重，全球深海中约有1400万吨微塑料污染物，是海洋表面塑料污染总量的两倍以上。我们的作品只是一个呼吸机模型，模拟呼吸机的原理，虽然不能把这个呼吸机使用到实际场景，但是可以让大家理解呼吸机的原理，可以作为原理机用于教育演示，实际治疗需要使用真正通过各项检测的医疗呼吸机。

项勇：IT咨询顾问、兼职科创老师。负责项目整体规划、组织头脑风暴、主控制器、智能面罩的制作 、调试测试。

项哲恺：预初6年级学生。负责乐高、皮老虎等搭建气体压缩输送装置制作、电子元件接线、主控制器的编程、调试测试、作品视频介绍解说。

我们的作品用到了牛奶瓶、皮老虎、口罩、矿泉水瓶、micro：bit、micro：bit扩展板、电机、电位器、红外传感器、声音传感器、点阵屏等。它由主控制器、智能面罩、气体压缩输送装置三部分组成。

由于我们家经常会有喝牛奶剩下的塑料牛奶瓶，就想着在作品中怎么充分利用它们以减少塑料垃圾。我们想到把牛奶瓶一分为二，下部做主控制器的外壳，上部做智能面罩，这样基本上没有剩余的塑料垃圾产生，物尽其用。

作品的原理功能是通过micro：bit控制电机有节奏的转动挤压皮老虎模拟的气囊帮助病人呼吸。当病人带上呼吸机面罩时，面罩内的红外线传感器感应到物体后，传递信号给micro：bit，micro：bit判断功能状态开关的状态，如果是手工模式就通过电位器调节电机转速，如果是自动模式就通过面罩里面的呼吸流量计（但没有呼吸流量计怎么办？我们经过头脑风暴想到可以使用声音传感器探测病人呼吸的声音大小来模拟呼吸流量计）来自动调节电机的转速。作品通过Micro：bit的显示屏提示病人戴上口罩，并显示模式状态及电机转速，点阵屏模块显示病人呼吸的动画。

1.结构设计规划

2.电路设计规划

1.气体压缩输送装置

2.主控制器

3.智能面罩

4.总装

1) 首先对编程思路做整体规划：规划出4个功能部分：初始化、状态切换、信息显示、功能控制。

2) 初始化：开机把状态变量归零设为默认手动模式，LED屏显示清空、LED屏提示带上面罩。

3) 状态切换：由于micro：bit自带的按钮是弹起式常开按钮，状态不能保持，所以设置mode变量来存储状态（0为手动调速、1为自动调速），触发后面的逻辑判断。

4) 信息显示：无限循环不停监测，当检测到面罩的红外线传感器遮挡，相当于带上面罩了，显示呼吸的肺部动画，如果没带面罩就提示带上。接着判断智能呼吸机处于哪种状态，即mode的值，根据不同的状态分别从电位器、声音传感器显示呼吸机的运行速度值。

5) 功能控制：无限循环不停监测，当检测到面罩的红外线传感器遮挡，相当于带上面罩了，LED点阵屏显示张嘴的动画，如果没带面罩就清空LED点阵屏显示、停止电机转动。接着判断智能呼吸机处于哪种状态，即mode的值，根据不同的状态分别从电位器、声音传感器（模拟呼吸流量计）取值赋给电机转速。

本项目使用电子元件和塑料废品物尽其用制作了一个智能呼吸机演示模型，可以很好地给人们演示呼吸机的原理。

在项目制作的过程中在以下几点碰到了问题并通过头脑风暴巧妙解决：

1.碰到了气体压缩输送装置设计困难的情况，通过头脑风暴分析最后使用皮老虎和乐高制作框架、曲轴解决。

2.面罩里面的呼气流量计想法很好，但实现起来发现成品呼气流量计精度高很昂贵，做为一个演示模型使用起来太不经济，通过分析呼吸会产生呼吸声音，刚好可以用声音传感器来探测声音大小来模拟解决，既经济又巧妙。

可以完善的地方：

1.现在气体压缩输送装置和主控是分开的，后面可以做成一体的。

2.加入温度传感器、心率传感器、血氧传感器同时测量病人的体温、心率、血氧含量。

3.加入紫外线杀毒功能，在更换病人使用前进行自动消毒。