呼吸机常因高昂成本和技术壁垒让人望而却步，但一个开源项目正改变这一现状。它以不到2000美元的成本，提供了可满足临床需求的全功能呼吸机设计方案，并公开了所有核心技术资料，为普及医疗设备提供了全新思路。
智能速览
项目目标为制造一款成本低于2000美元的全功能开源呼吸机。
从PCB设计图、电路原理图到物料清单（BOM）所有核心资料完全开源。
采用双计算核心架构，STM32负责实时控制，Raspberry Pi处理用户界面。
气动系统选用普通CPAP鼓风机，通过比例阀控制实现精确氧气混合。
采用12V DC电源设计，可兼容汽车电池，适用于多种应急场景。
配备7英寸触控屏及独立的蜂鸣器、LED灯光警报系统，确保操作安全。
精华内容
这款呼吸机的创新不仅在于低成本，更在于其精巧的系统设计与安全考量，下面将深入其核心构造。
气动系统设计
呼吸机的气动路径是设计的核心。空气由一台选用的CPAP鼓风机（WS7040型号）吸入，经过可更换的HEPA过滤器加压至5kPa。尽管这种鼓风机成本较低且易于获取，但其压力响应较慢，时间常数比专业鼓风机长约1500毫秒。
为防止氧气倒流引发风险，设计中加入了止回阀。氧气则从外部加压源供应，通过一个比例电磁阀（PSOL）控制流量。空气与氧气并非在专用混合器中融合，而是在患者管道前通过比例控制实现混合，并由氧气传感器进行闭环反馈，精确控制FiO2。
混合后的气体通过文丘里压差流量传感器测量，再经过医疗级抗病毒过滤器后输送给患者。呼出的气体则经过另一个比例夹管阀以设置PEEP，最终由HEPA过滤器排出，保障医护人员安全。
双计算核心架构
为兼顾安全与功能，系统采用了双计算机架构。一台基于STM32的循环控制器作为大脑，负责处理所有传感器的实时数据和执行器的即时控制，这是关乎患者安全的关键任务。
另一台独立的Raspberry Pi 3+/4则作为用户界面计算机，运行Linux系统，驱动7英寸触摸屏，提供丰富的交互体验。这种分工确保了最关键的控制逻辑保持简洁，便于审查和验证，同时用户界面可以拥有足够的复杂度和灵活性。
两个控制器通过带校验和的串行链路通信，并相互监控。任一方出现无响应情况，看门狗定时器会触发安全状态并重启。每个控制器都能独立触发声音警报，UI控制器还能显示视觉警报。
闭环控制实现
电子系统将气动设计变为现实。主板上集成了所有关键元件，包括用于监测流量和压力的汽车级压差传感器，它们成本低廉且全球供应充足。
RespiraWorks自主设计的比例夹管阀由powerSTEP01步进驱动器集成电路控制，实现了对气流的精细调节。氧气供应由一个12V比例电磁阀控制，通过MOSFET开关进行PWM驱动。虽然当前使用的汽车电磁阀仅适用于开发，但为后续更可靠的方案留出了接口。
主板还预留了4个供电I2C端口，为未来连接加湿器、不间断电源（UPS）等外部设备提供了扩展可能。
电源与安全性
整个系统标准化为12V DC输入，这一决策极大提升了设备的灵活性。它不仅可以使用符合医疗标准的壁式适配器，还能轻松接入密封铅酸电池或普通汽车电池，使其在野外医院或电力中断的应急场景下也能持续工作，整机功耗约为50瓦。
在安全性方面，设计考虑周全。除了7英寸彩色触摸屏作为主要交互界面外，还配备了独立的压电蜂鸣器和三色LED灯作为备用警报系统。即使触摸屏完全失效，操作人员仍可通过声音和灯光获取关键的设备状态和警报信息，确保在任何情况下都能做出及时反应。
该项目通过开源与巧妙的工程设计，显著降低了高性能呼吸机的门槛。它不仅是技术爱好者的福音，也为资源匮乏地区的医疗支持提供了切实可行的解决方案。未来，这种开放协作的模式会如何影响医疗设备领域？
