DIY hajszárító N95 lélegző sterilizáló: 13 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

SONG et al. (2020) [1], a hajszárító által 30 perc alatt 70 ° C -os hő elegendő ahhoz, hogy inaktiválja a vírusokat egy N95 -ös lélegeztetőgépben. Tehát ez egy megvalósítható módja annak, hogy a rendszeres emberek a mindennapi tevékenységek során újra használják az N95-ös lélegzőket, tiszteletben tartva bizonyos korlátozásokat, például: a lélegeztetőgépet nem szabad vérrel szennyezni, a lélegeztetőt nem szabad eltörni stb.

A szerzők kijelentik, hogy a hajszárítót be kell kapcsolni, és hagyni kell melegíteni 3-4 percig. Ezután a szennyezett N95 légtelenítőt zipzáras zsákba kell helyezni, és 30 percig melegíteni kell a hajszárítót. Ez idő elteltével a vírusok hatékonyan inaktiválódnak a maszkon, tanulmányaik szerint.

A fent említett összes művelet nem automatizált, és vannak olyan korlátozások, amelyek ronthatják a sterilizálási folyamatot, például a túl alacsony (vagy túl magas) fűtési hőmérséklet. A projekt célja tehát hajszárító, mikrokontroller (atmega328, Arduino UNO), relépajzs és hőmérséklet -érzékelő (lm35) felhasználása a SONG et al. megállapításait.

Kellékek

1x Arduino UNO;

1x LM35 hőmérséklet -érzékelő;

1x relépajzs;

1x 1700W kettős sebességű hajszárító (Taiff Black 1700W referenciaként)

1x Breadboard;

2x férfi-férfi áthidaló kábel (egyenként 15 cm);

6x férfi-női áthidaló kábel (egyenként 15 cm);

2x 0,5 m 15A elektromos vezeték;

1x női elektromos csatlakozó (az Ön országának szabványa szerint - Brazília NBR 14136 2P+T);

1x férfi elektromos csatlakozó (az Ön országának szabványa szerint - Brazília NBR 14136 2P+T);

1x A típusú USB -kábel (Arduino programozásához);

1x számítógép (asztali, notebook, bármilyen);

1x Vise;

1x edényfedél;

2x gumiszalag;

1x keménytáblás spirálfüzet;

1x Ziploc® Quart méretű (17,7 cm x 18,8 cm) táska;

1x ragasztószalag tekercs

1x 5V USB tápegység

1. lépés: Automatikus N95 lélegző sterilizáló modellezés

Amint azt korábban említettük, ez a projekt célja a SONG et. al (2020) megállapításai. Ennek eléréséhez a következő lépésekre van szükség:

1. Melegítse a hajszárítót 3-4 percig, hogy elérje a 70 ° C hőmérsékletet;

2. Hagyja bekapcsolni a hajszárítót 30 percig, miközben a Ziploc® tasakban lévő N95 szellőzőre mutat, hogy inaktiválja a lélegeztetőgépen lévő vírusokat

Tehát modellezési kérdéseket fogalmaztak meg a megoldás felépítése érdekében:

a. Minden hajszárító 70 ° C -os hőmérsékletet állít elő 3-4 perces melegítés után?

b. Tartja -e a hajszárító (k) állandó 70 ° C hőmérsékletet 3-4 perc melegítés után?

c. A Ziploc® zsák belsejében lévő hőmérséklet megegyezik a külső hőmérsékletével 3-4 perc melegítés után?

d. A Ziploc® zsák belsejében a hőmérséklet ugyanolyan mértékben nő, mint a külső hőmérséklet?

E kérdések megválaszolása érdekében a következő lépéseket tették:

I. Jegyezze fel a fűtési görbéket két különböző hajszárítóról 3-4 percig, hogy lássa, mindkettő eléri -e a 70 ° C -ot

II. Jegyezze fel a hajszárító (k) fűtési görbéit (az LM35 érzékelőnek ebben a lépésben a Ziploc® zsákon kívül kell lennie) 2 ~ 3 percig az első melegítés után

III. Rögzítse a hőmérsékletet a Ziploc® tasak belsejében 2 percig 3–4 perces kezdeti melegítés után, és hasonlítsa össze a II. Lépésben regisztrált adatokkal.

IV. Hasonlítsa össze a II. És III. Lépésben regisztrált fűtési görbéket (a Ziploc® zsákkal kapcsolatos külső és belső hőmérséklet)

Az I., II., III. Lépést LM35 hőmérséklet -érzékelővel és egy Arduino algoritmussal végezték, amelyet az LM35 érzékelő által az idő függvényében rendszeresen (1 Hz - USB soros kommunikáción keresztül) meghatározott hőmérséklet tájékoztatására fejlesztettek ki.

A hőmérséklet rögzítésére kifejlesztett algoritmus és a rögzített hőmérséklet itt érhető el [2]

A IV. Lépést a II. És III. Lépésben rögzített adatokon, valamint két Python -szkripten keresztül valósítottuk meg, amelyek fűtési funkciókat generáltak a Ziploc® zsákon belüli és külső fűtés leírására, valamint a két lépésben rögzített adatok ábrázolása. Ezek a Python -szkriptek (és azok futtatásához szükséges könyvtárak) itt érhetők el [3].

Tehát az I., II., III. És IV. Lépés elvégzése után választ kaphat az a, b, c és d kérdésre.

A kérdésre. a válasz nem, mivel ez látható, összehasonlítva két különböző hajszárító [2] -ban regisztrált adatait, hogy az egyik hajszárító képes elérni a 70 ° C -ot, míg a másik csak 44 ° C -ot

A b kérdés megválaszolásához figyelmen kívül hagyja a 70 ° C -ot nem elérő hajszárítót. A 70 ° C -ot elérő egység adatainak ellenőrzése (a step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] fájlban található) a b -re adott válasz is nem, mert nem tudja tartani az állandó 70 ° C hőmérsékletet a kezdeti 4 perces fűtési idő után.

Ezután tudni kell, hogy a Ziploc -on belüli és kívüli hőmérséklet egyenlő (c kérdés), és ugyanolyan mértékben nő -e (d kérdés). A [3] görbék illesztési és ábrázolási algoritmusaihoz benyújtott step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] és step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] fájlokban elérhető adatok mindkét kérdésre választ adnak, amelyek mind nem, mert a Ziploc® zsák belső hőmérséklete elérte a 70 -et ~ 71 ° C, míg a külső hőmérséklet elérte a maximumot 77-78 ° C -ot, és a Ziploc® táska belső hőmérséklete lassan emelkedett, mint külső társa.

1. ábra - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro a Ziploc® zsák külső / belső hőmérsékletét mutatja az idő függvényében (a narancssárga görbe a belső hőmérsékletnek felel meg, a kék görbe a külső hőmérsékletnek). Amint látható, a külső és a belső hőmérséklet eltérő, és különböző ütemben emelkedik - lassan a Ziploc táska belsejében, mint kívül. Az ábra azt is jelzi, hogy a hőmérsékleti funkciók a következők:

Hőmérséklet (t) = Környezeti hőmérséklet + (Végső hőmérséklet - Környezeti hőmérséklet) x (1 - e^(a hőmérséklet növekedési üteme x t))

A Ziploc® zsákon kívüli hőmérséklet esetén a hőmérséklet függvény az idő függvényében:

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

A Ziploc® zsák belsejében lévő hőmérséklet esetén a hőmérséklet függvény az idő függvényében:

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

Tehát mindezen adatok (és egyéb empirikus eredmények) mellett a következőket lehet elmondani erről a DIY N95 sterilizáló modellezési folyamatról:

- Különböző hajszárítók különböző hőmérsékleteket állíthatnak elő - egyesek nem tudják elérni a 70 ° C -ot, míg mások ezt a referenciaértéket túlszárnyalják. Azoknál, amelyek nem képesek elérni a 70 ° C -ot, azokat ki kell kapcsolni a kezdeti fűtési idő után (a felesleges energiapazarlás elkerülése érdekében), és valamilyen hibaüzenetet kell küldeni a sterilizáló kezelőjének, tájékoztatva ezt a problémát. Azok számára azonban, akik meghaladják a 70 ° C -os referenciaértéket, ki kell kapcsolni a hajszárítót, ha a hőmérséklet meghaladja egy bizonyos hőmérsékletet (70 + felső határérték) ° C (az N95 lélegző védelmi képességének károsodásának elkerülése érdekében), és el kell fordítani ismét kapcsolja be, miután az N95 -et (70 - alacsonyabb határ) ° C alatti hőmérsékletre lehűti, a sterilizálási folyamat folytatásához;

-Az LM35 hőmérséklet -érzékelő nem lehet a Ziploc® tasak belsejében, mert a zsákot le kell zárni, hogy elkerüljék a helyiségek vírusokkal való szennyeződését, ezért az LM35 hőmérsékletet a zsákon kívül kell elhelyezni;

-Mivel a belső hőmérséklet alacsonyabb, mint a külső hőmérséklete, és több időt igényel a növekedése, kötelező megérteni, hogyan történik a hűtési (csökkenő) folyamat, mert ha a belső hőmérséklet csökkenése több időt vesz igénybe, mint a külső hőmérséklet, akkor ok -okozati összefüggés a Ziploc® zsák belső/külső hőmérséklete növekvő/csökkenő folyamata között, és így a külső hőmérséklet referenciaként használható a teljes fűtési/hűtési folyamat szabályozására. De ha nem, akkor más megközelítésre lesz szükség. Ez egy ötödik modellezési kérdéshez vezet:

e. Lassabban csökken a hőmérséklet a Ziploc® zsákban?

A kérdés megválaszolásához ötödik lépést tettek, és regisztrálták a hűtési folyamat során kapott hőmérsékleteket (Ziploc® zsákon belül/kívül) (elérhető itt [4]). Ezekből a hőmérsékletekből fedezték fel a hűtési funkciókat (és a hozzájuk tartozó hűtési sebességeket) a Ziploc zsák külső és belső hűtésére.

A külső Ziploc® hűtőtáska: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

A belső megfelelője: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Ezt szem előtt tartva látható, hogy mindkét funkció egyenlő mértékben csökken (-0,0088 ≃ -0,0089), amint azt a 2. ábra -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro mutatja: (a kék/narancssárga a Ziploc® zsákon kívül/belül található))

Mivel a Ziploc® zsák belsejében a hőmérséklet ugyanolyan sebességgel csökken, mint a külső hőmérséklet, a külső hőmérséklet nem használható referenciaként a hajszárító bekapcsolásakor, amikor fűtésre van szükség, mivel a külső hőmérséklet gyorsabban emelkedik, mint a belső hőmérséklet és a külső hőmérséklet eléri (70 + felső határ) ° C belső hőmérséklet alacsonyabb, mint a légtelenítő sterilizálásához szükséges hőmérséklet. És idővel a belső hőmérséklet hígított közepes értéket tapasztal. Tehát a belső hőmérséklet funkciót kell használni az idő szempontjából, hogy meghatározzuk a szükséges időt ahhoz, hogy a hőmérsékletet (70 - alacsonyabb határ) ° C -ról legalább 70 ° C -ra emeljük.

A 3 ° C -os alsó határtól (és ennek következtében a 67 ° C -os kezdőhőmérséklettől) ahhoz, hogy elérje a ≃ 70 ° C -ot, legalább 120 másodpercet kell várnia, a Ziploc® zsák belső hőmérséklet -függvénye szerint..

A fenti modellezési kérdésekre adott összes válasz segítségével minimálisan életképes megoldás építhető fel. Természetesen vannak olyan funkciók és fejlesztések, amelyeket itt nem lehetett megközelíteni - mindig van valami felfedezendő vagy javítandó -, de az, hogy minden előállított elem képes a szükséges megoldás felépítésére.

Ez egy algoritmus kidolgozásához vezet, amelyet az Arduino -ban kell írni a kialakított modell elérése érdekében.

2. lépés: Automatikus N95 lélegző sterilizáló működési algoritmus

A 2. lépésben felmerült követelmények és modellezési kérdések alapján a fenti képen leírt algoritmusokat fejlesztették ki, és letölthetők a github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer webhelyről

3. lépés: A kód feltöltése az Arduino -ba

1. Az Arduino Timer Library letöltése - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Töltse le az N95 hajszárító sterilizáló forráskódját -
3. Nyissa meg az Arduino IDE -t
4. Az Arduino Timer Library hozzáadása: Vázlat -> Könyvtár beillesztése ->. ZIP Library hozzáadása, és válassza ki a Timer-master.zip fájlt a letöltött mappából
5. Bontsa ki az n95hairdryersterilizer-master.zip fájlt
6. Nyissa meg az n95hairdryersterilizer.ino fájlt Arduino IDE használatával
7. Fogadja el a kérést a vázlatmappa létrehozásához, és helyezze oda az n95hairdryersterilizer.ino fájlt
8. Helyezze be az A típusú USB -kábelt az Arduino UNO -ba
9. Csatlakoztassa az A típusú USB -kábelt a számítógéphez
10. Az Arduino IDE -n, ha a vázlat már nyitva van, kattintson a Vázlat -> Feltöltés (Ctrl + U) gombra a kód feltöltéséhez az Arduino -ba
11. Az Arduino futásra kész!

4. lépés: A relépajzs bekötése az elektromos csatlakozókhoz

Relépajzs tápkábel építése:

1. Csatlakoztassa a földelőcsapot az elektromos dugó csatlakozójából az elektromos hüvely csatlakozójának földelőcsapjába 15A elektromos vezetékkel;

2. Csatlakoztasson egy tűt az elektromos dugaszolóaljzatból közvetlenül a relé árnyékolás C csatlakozású csatlakozójához 15A elektromos vezetékkel;

3. Csatlakoztassa a másik csapot az elektromos dugó csatlakozójából az elektromos hüvely csatlakozójának bal érintkezőjébe 15A elektromos vezetékkel;

4. Csatlakoztassa a jobb oldali csapot az elektromos csatlakozóból közvetlenül a relépajzs NO -hordozó csatlakozójához 15A elektromos vezetékkel;

Hajszárító csatlakoztatása a relépajzs tápkábeléhez:

5. Csatlakoztassa a hajszárító elektromos dugóját a relépajzs tápkábelének elektromos csatlakozójához

5. lépés: A relépajzs bekötése Arduino -ba

1. Csatlakoztassa a GND-t az Arduino-ból a Breadboard negatív vonalába férfi-férfi áthidaló kábellel;

2. Csatlakoztasson 5V-os tüskét az Arduino-ból a Breadboard pozitív vonalába férfi-férfi áthidaló kábellel;

3. Csatlakoztassa a 2. számú digitális tűt az Arduino-ból a relépajzs jelzőcsapjába férfi-női áthidaló kábellel;

4. Csatlakoztassa az 5 V-os csatlakozót a relépajzsból a Breadboard pozitív vonalába férfi-női áthidaló kábellel;

5. Csatlakoztassa a GND csapot a relépajzsból a Breadboard negatív vonalába férfi-női áthidaló kábellel;

6. lépés: Az LM35 hőmérséklet -érzékelő csatlakoztatása Arduino -hoz

Az LM35 érzékelő lapos oldalát tekintve frontális referenciaként:

1. Csatlakoztassa az 5 V-os tüskét (1. tű balról jobbra) az LM35-ből a Breadboard pozitív vonalába, női-férfi áthidaló kábellel;

2. Csatlakoztassa a jelzőcsapot (2. tű balról jobbra) az LM35-ről az Arduino A0-as érintkezőjére, női-férfi áthidaló kábellel;

3. Csatlakoztassa a GND csapot (1. tű balról jobbra) az LM35-ből a Breadboard negatív vonalába, női-férfi áthidaló kábellel;

7. lépés: Hajszárító csatlakoztatása a Vise -hez

1. Rögzítse a satut egy asztal fölé

2. Helyezzen hajszárítót a satuba

3. Állítsa be a satut, hogy a hajszárító jól rögzítve maradjon

8. lépés: A Ziploc® táska előkészítése

1. Válassza ki a keménytáblás spirálfüzetet, és tegyen bele két gumiszalagot az első képen látható módon;

2. Válasszon egy edényt (például a második képen láthatót) vagy bármit, ami támaszként használható, hogy a kemény borítójú spirálfüzetet egyenes helyzetben hagyja;

3. Helyezze a keményfedeles spirálfüzetet két gumiszalaggal az edény fedelének tetejére (a harmadik képen látható módon)

9. lépés: A lélegző elhelyezése a Ziploc® táska belsejében

1. Óvatosan tegye az N95 légzőkészüléket a Ziploc® zsákba, és zárja le megfelelően, hogy elkerülje a helyiség esetleges szennyeződését (1. kép);

2. Helyezze a Ziploc® táskát a tartójára (az előző lépésre építve), húzza a két gumiszalagot a kemény borítójú spirálfüzet fölé (2. kép);

10. lépés: A hőmérséklet -érzékelő rögzítése a Ziploc® zsákhoz kívülről

1. Rögzítse az LM35 érzékelőt a Ziploc® Bag -on kívül egy kis ragasztószalaggal, a fentiek szerint;

11. lépés: Az N95 lélegeztetőgép és annak támogatása megfelelő helyzetben

1. Az N95 Breather készüléknek 12,5 cm távolságra kell lennie a hajszárítótól. Ha nagyobb távolságra helyezik el, a hőmérséklet nem emelkedik 70 ° C fölé, és a sterilizálás nem úgy történik, ahogy kellene. Ha közelebb helyezik el, a hőmérséklet jóval 70 ° C fölé emelkedik, ami károsítja a lélegzőt. Tehát 12,5 cm az optimális távolság egy 1700 W -os hajszárítóhoz.

Ha a hajszárítónak több vagy kevesebb ereje van, akkor a távolságot megfelelően kell beállítani annak érdekében, hogy a hőmérséklet a lehető legközelebb legyen a 70 ° C -hoz. Az Arduino szoftver 1 másodpercenként nyomtat hőmérsékletet, hogy ez a beállítás különböző hajszárítók számára megvalósítható legyen;

12. lépés: Mindent működésbe hozni

Miután elvégezte az előző lépések összes csatlakoztatását, csatlakoztassa a Relay Shield tápkábel elektromos dugóját a konnektorba, és helyezze be az A típusú USB -kábelt az Arduino -ba és az USB -tápegységbe (vagy a számítógép USB -portjába). Ezután a sterilizátor ugyanúgy működik, mint a fenti videó

13. lépés: Hivatkozások

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. A vírusfertőzés hőinaktiválásának értékelése orvosi maszkon [J]. MIKROBAK ÉS FERTŐZÉSEK FOLYÓIRATA, 2020, 15 (1): 31-35. (elérhető a https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 címen, hozzáférés: 2020. április 08)

2. Santos, Diego Ascânio. Hőmérséklet -rögzítési algoritmus és hőmérséklet -idő adatkészletek, 2020. (Elérhető a https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83 címen, hozzáférés: 2020. április 09.)

3. Santos, Diego Ascânio. Illesztő/ábrázoló algoritmusok és követelményei, 2020. (Elérhető a https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf címen, hozzáférés: 2020. április 09)

4. Santos, Diego Ascânio. Hőmérséklet -hűtési adatkészletek, 2020. (Elérhető a https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe címen, hozzáférés: 2020. április 09)