DIY haardroër N95 asemhalingssterilisator: 13 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Volgens SONG et al. (2020) [1], hitte van 70 ° C wat gedurende 30 minute deur 'n haardroër geproduseer word, is genoeg om virusse in 'n N95 -blaaskans te deaktiveer. Dit is dus 'n haalbare manier vir gewone mense om hul N95-asemhalings te hergebruik tydens daaglikse aktiwiteite, met inagneming van sekere beperkings soos: die asemhaling mag nie met bloed besmet wees nie, die asemhaling mag nie gebreek word nie, ens.

Die skrywers sê dat die haardroër vir 3, 4 minute aangeskakel moet word. Vervolgens moet 'n besmette N95 -asemhaling in 'n ritsak geplaas word en 30 minute hitte wat deur die haardroër geproduseer word, ondergaan. Na hierdie tyd sou virusse volgens hul studies effektief op die masker geïnaktiveer word.

Al die bogenoemde aksies is nie outomaties nie, en daar is beperkings wat die sterilisasieproses kan versleg, soos die verhittingstemperatuur te laag (of te hoog). Hierdie projek het dus ten doel om 'n haardroër, 'n mikrobeheerder (atmega328, beskikbaar by Arduino UNO), 'n aflosskerm en 'n temperatuursensor (lm35) te gebruik om 'n outomatiese maskersterilisator te bou wat gebaseer is op SONG et al. bevindings.

Voorrade

1x Arduino UNO;

1x LM35 Temperatuursensor;

1x aflosskild;

1x 1700W dubbelsnelheid haardroër (Taiff swart 1700W vir verwysing)

1x broodbord;

2x man-tot-man-springkabels (15 cm elk);

6x man-tot-vroulike springkabels (15 cm elk);

2x 0,5 m 15A elektriese draad;

1x vroulike elektriese aansluiting (volgens u landstandaard - Brasilië is NBR 14136 2P+T);

1x manlike elektriese aansluiting (volgens u landstandaard - Brasilië is NBR 14136 2P+T);

1x USB -kabel tipe A (om Arduino te programmeer);

1x rekenaar (lessenaar, notaboek, enige);

1x Vise;

1x potdeksel;

2x rubberbande;

1x hardeband spiraalboek;

1x sak Ziploc® kwart (17,7 cm x 18,8 cm) sak;

1x kleefbandrol

1x 5V USB -kragbron

Stap 1: Outomatiese N95 -ontluchtingssterilisatormodellering

Soos voorheen genoem, het hierdie projek ten doel om 'n outomatiese sterilisator te bou wat gebaseer is op SONG et. al (2020) bevindings. Die volgende stappe is nodig om dit te bereik:

1. Verhit die haardroër vir 3 ~ 4 minute om 'n temperatuur van 70 ° C te bereik;

2. Laat die haardroër 30 minute lank aan terwyl dit na die N95 -asemhaling in 'n Ziploc® -sak gerig word om virusse op die asemhaling te deaktiveer

Dus is modelvrae geformuleer om 'n oplossing te bou:

a. Produseer alle haardroërs 'n temperatuur van 70 ° C nadat hulle 3 ~ 4 minute verhit is?

b. Hou/hou die haardroër (s) 'n konstante temperatuur van 70 ° C na 3-4 minute verhitting?

c. Is die temperatuur in die Ziploc® -sak gelyk aan die temperatuur daarbuite na 3-4 minute verhitting?

d. Styg die temperatuur in die Ziploc® -sak teen dieselfde tempo as die temperatuur daarbuite?

Om hierdie vrae te beantwoord, is die volgende stappe geneem:

I. Teken verwarmingskurwes van twee verskillende haardroërs vir 3 ~ 4 minute aan om te sien of albei 70 ° C kan bereik

II. Teken die verwarmingskurwes van die haardroër (s) aan (LM35 -sensor moet tydens hierdie stap buite die Ziploc® -sak wees) vir 2 minute na 3 ~ 4 minute van die eerste verhitting

III. Teken die temperatuur in die Ziploc® -sak op vir 2 minute na 3 ~ 4 minute van die eerste verhitting en vergelyk dit met die data wat in stap II geregistreer is.

IV. Vergelyk verwarmingskrommes wat geregistreer is by stap II en III (binne en buite temperature wat verband hou met Ziploc® sak)

Stappe I, II, III is gedoen met behulp van 'n LM35 -temperatuursensor en 'n Arduino -algoritme wat ontwikkel is om periodiek (1Hz - deur middel van USB -seriële kommunikasie) temperatuur wat deur die LM35 -sensor geregistreer is, in funksie van tyd in te lig.

Die algoritme wat ontwikkel is om temperature en die aangetekende temperature aan te teken, is hier beskikbaar [2]

Stap IV is gerealiseer deur data wat in stap II en III opgeteken is, asook deur twee Python -skrifte wat verwarmingsfunksies genereer het om verwarming binne en buite Ziploc® -sak te beskryf, sowel as plotte uit die data wat in beide stappe aangeteken is. Hierdie Python -skrifte (en biblioteke wat nodig is om dit uit te voer) is hier beskikbaar [3].

Na die stappe I, II, III en IV is dit dus moontlik om vrae a, b, c en d te beantwoord.

Vir vraag a. die antwoord is Nee, aangesien dit moontlik is om data te vergelyk wat deur 2 verskillende haardroërs geregistreer is in [2] dat een haardroër 70 ° C kan bereik, terwyl die ander slegs 44 ° C kan bereik

Om vraag b te beantwoord, word die haardroër wat nie 70 ° C kan bereik nie verontagsaam. As ons data ondersoek van die een wat 70 ° C kan bereik (beskikbaar by lêer step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), is die antwoord op b ook nee, want dit kan nie 'n konstante temperatuur van 70 ° C behou na die aanvanklike verhittingstyd van 4 minute nie.

Dan is dit nodig om te weet of die temperatuur binne en buite Ziploc gelyk is (vraag c) en of dit teen dieselfde tempo styg (vraag d). Gegewens beskikbaar by lêers step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] en step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] wat aan kurwe -pas- en plotalgoritmes in [3] voorgelê word, bied antwoorde op beide vrae, wat albei nee is omdat die temperatuur in die Ziploc® -sak 'n maksimum van 70 bereik het ~ 71 ° C, terwyl die temperatuur buite 'n maksimum van 77 ~ 78 ° C bereik het, en die binnetemperatuur van Ziploc® het stadig gestyg as die buitekant.

Figuur 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro toon 'n grafiek van buite / binne Ziploc® saktemperature in funksie van tyd (oranje kromme stem ooreen met binnekant se temperatuur, blou kurwe na buitekant se een). Soos u kan sien, is die temperatuur binne en buite verskillend en styg ook teen verskillende snelhede - stadig in die Ziploc -sak as buite. Die figuur gee ook aan dat die temperatuurfunksies in die vorm van:

Temperatuur (t) = Omgewingstemperatuur + (Finale temperatuur - Omgewingstemperatuur) x (1 - e^(temperatuurverhogingstempo x t))

Vir die temperatuur buite die Ziploc® -sak, is die temperatuurfunksie in terme van tyd:

T (t) = 25,2 + 49,5 * (1 - e^(- 0,058t))

En vir die temperatuur in die Ziploc® -sak, is die temperatuurfunksie in terme van tyd:

T (t) = 28,68 + 40,99 * (1 - e^(- 0,0182t))

Met al hierdie data (en ander empiriese resultate) byderhand, kan die volgende gesê word oor hierdie DIY N95 Sterilisator -modelleringsproses:

-Verskillende haardroërs kan verskillende temperature produseer - sommige kan nie 70 ° C bereik nie, terwyl ander hierdie verwysing baie sal oortref. Vir diegene wat nie 70 ° C kan bereik nie, moet hulle na die aanvanklike verhittingstyd afgeskakel word (om nuttelose vermorsing van energie te vermy). 'N Foutboodskap moet aan die operateur van die sterilisator gestuur word om hierdie probleem in kennis te stel. Vir diegene wat die verwysing van 70 ° C oorskry, is dit nodig om die haardroër uit te skakel as die temperatuur hoër is as 'n sekere temperatuur (70 + hoër kantlyn) ° C (om skade aan die N95 -asemhaling se beskermingsvermoë te voorkom) en dit te draai weer aan nadat N95 afgekoel het tot 'n temperatuur onder (70 - minderwaardige marge) ° C, om die sterilisasieproses voort te sit;

-Die LM35 -temperatuursensor kan nie in die Ziploc® -sak wees nie, want die sak moet verseël word om besmetting deur virusse te voorkom, dus moet die LM35 -temperatuur buite die sak geplaas word;

Aangesien die temperatuur binne -in minder is as die buitekant en meer tyd verg om te styg, is dit verpligtend om te verstaan hoe die verkoeling (afneem) plaasvind, want as die interne temperatuur meer tyd neem om te daal as die eksterne temperatuur, is daar 'n oorsaaklike verband tussen toenemende/afnemende proses van binne/buite Ziploc® se saktemperatuur en dus is dit moontlik om die eksterne temperatuur as verwysing te gebruik om die hele verhitting/verkoeling te reguleer. Maar as dit nie die geval is nie, sal 'n ander benadering nodig wees. Dit lei tot 'n 5de modelvraag:

e. Verlaag die temperatuur in die Ziploc® -sak stadiger as buite?

'N 5de stap is geneem om hierdie vraag te beantwoord en temperature wat tydens die verkoeling verkry is (binne/buite Ziploc® sak) is geregistreer (beskikbaar hier [4]). Uit hierdie temperature is koelfunksies (en hul onderskeie afkoelsnelhede) ontdek vir afkoeling buite en binne die Ziploc® -sak.

Die buite-Ziploc®-koelfunksiesak is: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

Die binne-eweknie is: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Met dit in gedagte is dit moontlik om te sien dat beide funksies op gelyke wyse afneem (-0.0088 ≃ -0.0089) soos Figuur 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro toon: (blou/oranje is onderskeidelik buite/binne Ziploc® sak)

Aangesien die temperatuur in die Ziploc® -sak met dieselfde tempo daal as die temperatuur daarbuite, kan die buitentemperatuur nie as 'n verwysing gebruik word om die haardroër aan te hou as dit nodig is nie, want die buitentemperatuur styg vinniger as die binnetemperatuur en die buitentemperatuur bereik (70 + supermarge) ° C binnetemperatuur sal laer wees as die nodige temperatuur om die asemhaling te steriliseer. En mettertyd sal die binnetemperatuur 'n verdunde afname in die gemiddelde waarde ondervind. Dit is dus nodig om die binnetemperatuurfunksie in terme van tyd te gebruik om die nodige tyd te bepaal om die temperatuur van (70 - minderwaardige marge) ° C tot minstens 70 ° C te verhoog.

Vanaf 'n minderwaardige marge van 3 ° C (en gevolglik 'n aanvangstemperatuur van 67 ° C) om ≃ 70 ° C te bereik, moet u ten minste 120 sekondes wag, volgens die temperatuurfunksie van die Ziploc® sak in terme van tyd.

Met al die antwoorde op die modelvrae hierbo, kan 'n minimaal lewensvatbare oplossing gebou word. Natuurlik moet daar funksies en verbeterings wees wat hier nie benader kan word nie - daar is altyd iets om te ontdek of te verbeter - maar dit is dat alle ontlokte elemente die nodige oplossing kan bou.

Dit lei tot die uitwerking van 'n algoritme wat by Arduino geskryf moet word om die gevestigde model te bereik.

Stap 2: Outomatiese N95 asemhalingssterilisatorbedieningsalgoritme

Op grond van vereistes en modelvrae wat in stap 2 ontlok is, is algoritmes wat in die prent hierbo beskryf is, ontwikkel en kan afgelaai word by github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Stap 3: Laai kode op na Arduino

1. Laai Arduino Timer Library af - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Laai die bronkode van die N95 -haardroër -steriliseerder af -
3. Maak Arduino IDE oop
4. Voeg Arduino Timer -biblioteek by: Skets -> Sluit biblioteek in -> Voeg. ZIP -biblioteek by en kies Timer-master.zip -lêer in die gids waar dit afgelaai is
5. Pak die lêer n95hairdryersterilizer-master.zip uit
6. Maak n95hairdryersterilizer.ino -lêer oop met Arduino IDE
7. Aanvaar die opdrag om 'n sketsmap te skep en skuif n95hairdryersterilizer.ino daarheen
8. Steek die USB -kabel Tipe A in die Arduino UNO
9. Steek die USB -kabel tipe A in die rekenaar
10. By Arduino IDE, met die skets reeds oop, klik op Skets -> Laai op (Ctrl + U) om kode na Arduino op te laai
11. Arduino is gereed om te hardloop!

Stap 4: Bedradingrelaisskerm na elektriese verbindings

Relay Shield Power Cord Building:

1. Draai grondpen van elektriese manlike aansluiting in grondpen van elektriese vroulike aansluiting met 15A elektriese draad;

2. Dra 'n pen van die elektriese manlike aansluiting direk na die C -dra -aansluiting van die aflosskerm met 'n 15A -elektriese draad;

3. Dra die ander pen van die elektriese manlike aansluiting in die linker pen van die elektriese vroulike aansluiting met 'n 15A elektriese draad;

4. Draai die regte pen direk van die elektriese vroulike aansluiting direk na die NO -aansluiting van die aflosskerm met 'n 15A -elektriese draad;

Koppel die haardroër aan die Relay Shield -koord:

5. Koppel die haardroër se elektriese manlike aansluiting aan die Relay Shield -koord se elektriese vroulike aansluiting

Stap 5: Bedrading aflosskerm na Arduino

1. Dra GND van Arduino in 'n negatiewe lyn van die broodbord met 'n man-tot-man-springkabel;

2. Dra 'n 5V-pen van Arduino in die positiewe lyn van die broodbord met 'n man-tot-man-springkabel;

3. Dra digitale pen #2 van Arduino na seinpen van Relay Shield met man-tot-vroulike springkabel;

4. Dra 5V-pen van Relay Shield in die positiewe lyn van broodbord met man-tot-vroulike springkabel;

5. Dra GND-pen van Relay Shield in die negatiewe lyn van die broodbord met man-tot-vroulike springkabel;

Stap 6: Bedrading van LM35 -temperatuursensor na Arduino

Neem die plat kant van die LM35 -sensor as voorste verwysing:

1. Dra 5V-pen (1ste pen van links na regs) van LM35 in die positiewe lyn van die broodbord met 'n vroulike-tot-manlike springkabel;

2. Draai seinpen (2de pen van links na regs) van LM35 in die A0-pen van Arduino met 'n vroulike-tot-manlike springkabel;

3. Dra GND-pen (eerste pen van links na regs) van LM35 in die negatiewe lyn van die broodbord met 'n vroulike-tot-manlike springkabel;

Stap 7: Haardroër aan Vise vasgemaak

1. Maak die skroefdraad vas oor 'n tafel

2. Plaas die haardroër in die bank

3. Stel die bankschroef in sodat die haardroër goed vasgemaak kan bly

Stap 8: Voorbereiding van Ziploc® -sakondersteuning

1. Kies die hardeband -spiraalnotaboek en plaas twee rekkies daarin soos in die eerste prentjie getoon;

2. Kies 'n potlid (soos die in die tweede prentjie) of enigiets wat as 'n ondersteuning gebruik kan word om die hardeband spiraalnotaboek in 'n reguit posisie te laat;

3. Plaas die hardeband spiraalnotaboek met twee rekkies bo -op die deksel van die pot (soos in die derde prentjie getoon)

Stap 9: Plaas asemhaling in die Ziploc® -sak

1. Plaas N95 Breather versigtig in die Ziploc® -sak en verseël dit dienooreenkomstig om moontlike besmetting van die kamer te voorkom (prent 1);

2. Plaas die Ziploc® -sak op sy steun (gebou op die vorige stap) en trek die twee rekkies wat oor die hardeband -spiraalnotaboek geplaas is (prent 2);

Stap 10: Bevestig temperatuursensor aan die Ziploc® -sak buite

1. Bevestig die LM35 -sensor aan die Ziploc® -sak met 'n bietjie kleeflint, soos hierbo getoon;

Stap 11: Plaas N95 Breather en sy ondersteuning in die regte posisie

1. N95 Breather moet 12,5 cm van die haardroër af wees. As dit op 'n groter afstand geplaas word, sal die temperatuur nie meer as 70 ° C styg nie en sterilisasie sal nie gebeur soos dit moet nie. As dit op nader afstand geplaas word, sal die temperatuur ver bo 70 ° C styg, wat die asemhaling kan benadeel. 12,5 cm is dus die optimale afstand vir 'n haardroër van 1700W.

As die haardroër min of meer sterk is, moet die afstand behoorlik aangepas word om die temperatuur tot 70 ° C moontlik te hou. Die sagteware by Arduino druk elke 1 sekonde temperatuur af om hierdie aanpassingsproses vir verskillende haardroërs haalbaar te maak;

Stap 12: Alles aan die werk sit

Aangesien alle aansluitings van die vorige stappe uitgevoer is, steek die relaisskerm se elektriese aansluiting in die stopcontact en steek die USB -kabel Tipe A in die Arduino en in 'n USB -kragtoevoer (of 'n rekenaar -USB -poort). Dan sal die sterilisator net soos die video hierbo begin werk

Stap 13: Verwysings

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Evaluering van hitte -inaktivering van virusbesmetting op mediese masker [J]. TYDSKRIF VIR MIKROBES EN INFEKSIES, 2020, 15 (1): 31-35. (beskikbaar by https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, verkrygbaar in 08 April 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Datastelle vir temperatuuropname van algoritme en temperatuur oor tyd, 2020. (Beskikbaar op https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, verkrygbaar in 09 April 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmes vir aanpassing/plot en die vereistes daarvan, 2020. (Beskikbaar by https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, verkrygbaar in 09 April 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Temperatuurverkoelingdatastelle, 2020. (Beskikbaar op https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, verkrygbaar in 09 April 2020)