雖然定制印刷的 PCB 可以將這些組件集成在一塊板上，但 MPS 解決方案利用每個產品的預制、現成的評估板來縮短開發(fā)時間，同時創(chuàng)建一個緊湊的解決方案。

對于此解決方案，EV2759-Q-01A評估板從標準 19 V 交流電源適配器(例如筆記本電腦上使用的適配器)獲取主要輸入電源，并在電池為呼吸機系統(tǒng)供電時保持集成備用電池的電量. 該評估板的最大輸入電壓為 36 V，可以處理具有不同電池調節(jié)電壓和最大 3 A 充電電流的 1 至 6 個串聯電池的電池。

該解決方案中使用的電池為 14.8 V、4S、6,000 mAh 鋰電池組，廣泛用于遙控 (RC) 汽車和小型機器人。如果交流電源被移除，系統(tǒng)電源和操作不會受到干擾，允許緊急呼吸機在停電或運送病人時連續(xù)運行。此外，EV2759-Q-01A 評估板可配置為在交流斷電事件期間觸發(fā)警報。交流供電恢復后，該告警消失。

接下來，MPM3510A 轉換器模塊降低主系統(tǒng)電壓，為 Arduino 微控制器提供持續(xù)、穩(wěn)定的電源。由于 Arduino 控制系統(tǒng)，因此需要可靠且準確的電源。該轉換器模塊可適應 4.5 V 至 36 V 的寬輸入電壓范圍，并具有低至 0.8 V 的可調輸出和 1.2 A 的連續(xù)負載電流能力。

最后，MP3910A 控制器提升主系統(tǒng)電壓，為 24V BLDC 智能電機供電。與 Arduino 一樣，電機驅動器需要可靠的電源才能提供一致的性能。對于緊急呼吸機系統(tǒng)，不一致的電機性能會導致空氣輸送不準確。PWM 升壓控制器具有 9 V 至 14 V 的標準輸入電壓范圍，它嚴格調節(jié) 24 V 輸出，為峰值功率電機需求提供足夠的電流。

壓縮BVM 設計的電機是EVKT-MSM942077-24，這是一款 77-W BLDC 智能電機，框架尺寸為 42-mm，集成智能電機模塊 MMP742077-24-C。電機通過 RS485 接口連接到 Arduino，并使用 MPS 開發(fā)的“MSMMotor.h”Arduino 庫中的命令進行控制。

EVKT-MSM942077-24 智能電機模塊使 BLDC 電機控制更易于訪問。在智能電機模塊內，有一個集成的磁性角位置傳感器、一個磁場定向控制器 (FoC) 和電源驅動器。此外，它還具有 RS485 和 PULSE/DIR 輸入接口選項、77 W 連續(xù)功率輸出和 0.3° 位置分辨率。

電機參考板允許設計人員使用電流測量來實現歸位程序，該程序檢測機械擠壓臂何時在“打開”方向上接觸內置機械硬停止。這種硬停止在啟動期間將電機設置為零位，以確保一致的性能，從而無需單獨的歸位開關并簡化系統(tǒng)設計。

呼吸機的機械設計

緊急呼吸機的機械設計很簡單，并盡可能使用標準商業(yè)部件。在不使用商業(yè)部件的情況下，該解決方案包含簡單的定制機械部件。例如，擠壓槳是符合 BVM 機器形狀的 3D 打印塊。

機械設計的技術要求要求在各種吸氣與呼氣 (I:E) 比率下具有特定范圍的每分鐘呼吸 (BPM)。根據 MIT 項目提供的 BPM 和 I:E 比率范圍，以及他們對擠壓 BVM 的力要求的建議，設計團隊計算了與 EVKT-MSM942077-24 電機控制一起使用所需的齒輪減速模塊。

該團隊安裝了標準的 100:1 變速箱和齒輪組，最終減速比為 200:1，以達到所需的速度和扭矩水平。其他組件(例如壓力傳感器、警報蜂鳴器、顯示面板、按鈕、旋鈕和開關)都是標準組件，可以用系統(tǒng)設計人員可用的任何等效部件進行替換。

在 MPS 的設計團隊創(chuàng)建了第一個功能原型后，通過視頻、項目網站和網絡推廣傳播了消息。多個聯系人和小組被告知了開發(fā)過程，并提供了幫助以集成設計特有的電氣特性。然而，MPS 并沒有制造這種設計。

一旦創(chuàng)建了這個解決方案，許多呼吸機制造商就已經趕上了供應短缺的問題，而 COVID-19 治療方案不太注重通風，尤其是像 BVM 機器這樣的緊急使用呼吸機。為了將來的使用，MPS 設計了原型的第二個版本，如果需要可以使用。

MPS 的設計團隊要感謝 MIT E-Vent 項目和創(chuàng)客社區(qū)中無數其他人，他們也是這項全球努力的一部分。在開發(fā)這種緊急使用的呼吸機設計過程中，社區(qū)的想法提供了重要的參考資料。