DIY sušilec za lase N95 dihalni sterilizator: 13 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Po mnenju SONG et al. (2020) [1], 70 ° C toplote, ki jo sušilec za lase proizvede v 30 minutah, zadostuje za inaktiviranje virusov v odzračevalniku N95. Torej je to običajen način, da običajni ljudje med vsakodnevnimi aktivnostmi ponovno uporabijo dihalke N95 ob upoštevanju nekaterih omejitev, kot so: dihalnik ne sme biti okužen s krvjo, dihalnik ne sme biti zlomljen itd.

Avtorji navajajo, da je treba sušilec za lase vklopiti in pustiti, da se ogreva 3, 4 minute. Nato je treba v vrečko z zadrgo vstaviti onesnažen odzračevalnik N95 in ga 30 minut segreti v sušilniku za lase. Po tem času bi bili virusi na maski učinkovito inaktivirani, kažejo njihove študije.

Vsi zgoraj navedeni ukrepi niso avtomatizirani in obstajajo omejitve, ki lahko poslabšajo postopek sterilizacije, na primer prenizka (ali previsoka) temperatura ogrevanja. Zato je namen tega projekta uporabiti sušilec za lase, mikrokrmilnik (atmega328, na voljo v Arduino UNO), relejni ščit in temperaturni senzor (lm35) za izdelavo samodejnega sterilizatorja maske na osnovi SONG et al. ugotovitve.

Zaloge

1x Arduino UNO;

1x temperaturni senzor LM35;

1x relejni ščit;

1x sušilec za lase z dvojno hitrostjo 1700 W (Taiff Black 1700 W za referenco)

1x Okvir;

2x moški moški kabli (15 cm vsak);

6x mostični kabli moški do ženski (vsak po 15 cm);

2x 0,5m električna žica 15A;

1x ženski električni konektor (v skladu s standardom vaše države - Brazilija je NBR 14136 2P+T);

1x moški električni priključek (v skladu s standardom vaše države - Brazilija je NBR 14136 2P+T);

1x USB kabel tipa A (za programiranje Arduina);

1x računalnik (namizni, prenosni, kateri koli);

1x Vise;

1x pokrov lonca;

2x gumijasti trakovi;

1x spiralni zvezek v trdi vezavi;

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

1x zvitek lepilnega traku

1x 5V USB napajalnik

Korak: Samodejno modeliranje dihalnega sterilizatorja N95

Kot smo že omenili, je namen tega projekta izgradnja avtomatskega sterilizatorja na osnovi SONG et. al (2020). Za dosego tega so potrebni naslednji koraki:

1. Sušilnik za lase segrevajte 3 ~ 4 minute, da dosežete temperaturo 70 ° C;

2. Sušilnik za lase pustite vklopljen 30 minut, pri tem pa ga usmerite v odzračevalnik N95 v vrečki Ziploc®, da deaktivirate viruse v dihalniku

Za oblikovanje rešitve so bila oblikovana vprašanja o modeliranju:

a. Ali vsi sušilniki za lase ustvarijo temperaturo 70 ° C po ogrevanju 3 do 4 minute?

b. Ali/ali fen za lase vzdržuje konstantno temperaturo 70 ° C po 3 do 4 minutah segrevanja?

c. Ali je temperatura v vrečki Ziploc® enaka temperaturi zunaj nje po 3 do 4 minutah segrevanja?

d. Ali se temperatura v vrečki Ziploc® povečuje z enako hitrostjo kot temperatura zunaj nje?

Za odgovor na ta vprašanja so bili izvedeni naslednji koraki:

I. Zabeležite krivulje ogrevanja dveh različnih sušilnikov za lase za 3-4 minute, da vidite, ali lahko oba dosežeta 70 ° C

II. Zabeležite krivulje ogrevanja sušilnika za lase (senzor LM35 mora biti v tem koraku zunaj vrečke Ziploc®) 2 minuti po 3 ~ 4 minutah začetnega segrevanja

III. Zabeležite temperaturo v vrečki Ziploc® 2 minuti po 3 do 4 minutah začetnega segrevanja in jo primerjajte s podatki, zabeleženimi v koraku II.

IV. Primerjajte krivulje ogrevanja, registrirane v korakih II in III (notranje in zunanje temperature, povezane z vrečko Ziploc®)

Koraki I, II, III so bili izvedeni z uporabo temperaturnega senzorja LM35 in algoritma Arduino, razvitega za periodično obveščanje (1Hz - prek USB -serijske komunikacije) o temperaturi, ki jo je senzor LM35 registriral v funkciji časa.

Algoritem, razvit za beleženje temperatur, in zabeležene temperature so na voljo tukaj [2]

Korak IV je bil izveden s podatki, zabeleženimi v korakih II in III, pa tudi z dvema skriptoma Python, ki sta ustvarila ogrevalne funkcije za opis ogrevanja znotraj in zunaj vrečke Ziploc®, pa tudi na podlagi podatkov, zabeleženih v obeh korakih. Ti skripti Python (in knjižnice, potrebne za njihovo izvajanje) so na voljo tukaj [3].

Tako je po korakih I, II, III in IV mogoče odgovoriti na vprašanja a, b, c in d.

Za vprašanje a. odgovor je Ne, kar je mogoče videti, če primerjamo podatke iz 2 različnih sušilnikov za lase v [2], da lahko en sušilnik za lase doseže 70 ° C, drugi pa le 44 ° C

Za odgovor na vprašanje b se ne upošteva sušilec za lase, ki ne more doseči 70 ° C. Če pregledamo podatke tistega, ki lahko doseže 70 ° C (na voljo v datoteki step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), je odgovor na b tudi ne, ker po prvih 4 minutah ogrevanja ne more vzdrževati konstantne temperature 70 ° C.

Nato je treba vedeti, ali so temperature znotraj in zunaj Ziploca enake (vprašanje c) in ali se povečujejo z enako hitrostjo (vprašanje d). Podatki, ki so na voljo v datotekah step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] in step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2], predloženi algoritmom za prilagajanje krivulje in risanje v [3], dajejo odgovore na obe vprašanji, ki sta ne, ker je temperatura v vrečki Ziploc® dosegla največ 70 ~ 71 ° C, medtem ko je zunanja temperatura dosegla največ 77 ~ 78 ° C, notranja temperatura vrečke Ziploc® pa se je počasi povečevala kot zunanja temperatura.

Slika 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro prikazuje ploskev zunanjih / notranjih temperatur vrečke Ziploc® v funkciji časa (oranžna krivulja ustreza notranji temperaturi, modra krivulja zunanji). Kot je mogoče videti, so notranje in zunanje temperature različne in se tudi z različnimi hitrostmi povečujejo - počasi v vrečki Ziploc kot zunaj. Slika prikazuje tudi, da so temperaturne funkcije v obliki:

Temperatura (t) = Temperatura okolja + (Končna temperatura - Temperatura okolja) x (1 - e^(stopnja povečanja temperature x t))

Za temperaturo zunaj vrečke Ziploc® je temperaturna funkcija glede na čas:

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

Za temperaturo v vrečki Ziploc® je temperaturna funkcija glede na čas:

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

Z vsemi temi ročnimi podatki (in drugimi empiričnimi rezultati) lahko o tem modelu sterilizatorja DIY N95 naredite naslednje:

-Razni sušilniki za lase lahko proizvajajo različne temperature - Nekateri ne bodo mogli doseči 70 ° C, drugi pa bodo precej presegli to referenco. Pri tistih, ki ne morejo doseči 70 ° C, jih je treba izklopiti po začetnem času segrevanja (da se izognete neuporabni izgubi energije), operaterja sterilizatorja pa obvestiti o tem vprašanju. Toda za tiste, ki presegajo referenčno stopnjo 70 ° C, je treba sušilnik za lase izklopiti, ko je temperatura nad določeno temperaturo (70 + višji rob) ° C (da se izognete poškodbam zaščitne zmogljivosti dihalnika N95) in ga obrniti ponovno vklopite, ko se N95 ohladi na temperaturo pod (70 - spodnja meja) ° C, da nadaljujete s sterilizacijo;

-Temperaturni senzor LM35 ne more biti v vrečki Ziploc®, ker je treba vrečko zapečatiti, da se prepreči kontaminacija prostora s sevi virusov, zato je treba temperaturo LM35 postaviti zunaj vrečke;

-Ker je notranja temperatura nižja od zunanje in zahteva več časa za zvišanje, je obvezno razumeti, kako poteka proces hlajenja (zmanjševanja), ker če se notranja temperatura zniža več kot zunanja temperatura, obstaja vzročna zveza med povečevanjem/zmanjševanjem procesa znotraj/zunaj temperature vrečke Ziploc®, zato je mogoče zunanjo temperaturo uporabiti kot referenco za regulacijo celotnega procesa ogrevanja/hlajenja. V nasprotnem primeru bo potreben drug pristop. To vodi do petega modelarskega vprašanja:

e. Ali se temperatura v vrečki Ziploc® znižuje počasneje kot zunaj?

Za odgovor na to vprašanje je bil sprejet peti korak in zabeležene so bile temperature, ki so bile dosežene med postopkom hlajenja (znotraj/zunaj vrečke Ziploc®) (na voljo tukaj [4]). Na podlagi teh temperatur so bile odkrite funkcije hlajenja (in njihove ustrezne hitrosti hlajenja) za hlajenje zunaj in znotraj vrečke Ziploc®.

Zunanja vreča funkcije hlajenja Ziploc® je: 42,17 * e^(-0,0089 t) + 33,88

Notranji primerek je: 37,31 * e^(-0,0088 t) + 30,36

Glede na to je mogoče videti, da se obe funkciji enakomerno zmanjšujeta (-0,0088 ≃ -0,0089), kot prikazuje slika 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (modra/oranžna je zunaj/znotraj vrečke Ziploc® oz.)

Ker se temperatura v vrečki Ziploc® znižuje z enako hitrostjo kot temperatura zunaj nje, zunanje temperature ni mogoče uporabiti kot referenco za ohranjanje vklopljenega sušilca za lase, ko je potrebno ogrevanje, ker se zunanja temperatura dvigne hitreje kot notranja temperatura in ko zunanja temperatura doseže (70 + višji rob) ° C notranja temperatura bi bila nižja od temperature, ki je potrebna za sterilizacijo odzračevalnika. Sčasoma bi se notranja temperatura občutno znižala. Zato je treba s funkcijo notranje temperature časovno določiti čas, potreben za zvišanje temperature s (70 - spodnji rob) ° C na vsaj 70 ° C.

Od spodnje meje 3 ° C (in posledično začetne temperature 67 ° C), da bi dosegli ≃ 70 ° C, je treba počakati vsaj 120 sekund, glede na temperaturno funkcijo vrečke Ziploc®.

Z vsemi odgovori na zgornja vprašanja o modeliranju je mogoče zgraditi minimalno izvedljivo rešitev. Seveda morajo obstajati funkcije in izboljšave, do katerih tukaj ni mogoče priti - vedno je treba kaj odkriti ali izboljšati - vendar je vse, kar izzovemo, sposobni zgraditi potrebno rešitev.

To vodi k izdelavi algoritma, ki bo napisan v Arduinu, da bi dosegli uveljavljeni model.

2. korak: Algoritem delovanja samodejnega sterilizatorja dihalnega zraka N95

Na podlagi zahtev in vprašanj o modeliranju, ki so bila podana v 2. koraku, so bili razviti algoritmi, opisani na zgornji sliki, ki so na voljo za prenos na github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

3. korak: Nalaganje kode v Arduino

1. Prenesite knjižnico časovnika Arduino - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Prenesite izvorno kodo sterilizatorja za sušilec za lase N95 -
3. Odprite Arduino IDE
4. Dodajte knjižnico časovnika Arduino: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library in izberite datoteko Timer-master.zip iz mape, kjer je bila prenesena
5. Odstranite datoteko n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Odprite datoteko n95hairdryersterilizer.ino z Arduino IDE
7. Sprejmite poziv, da ustvarite mapo s skicami in tja premaknite n95hairdryersterilizer.ino
8. Vstavite kabel USB tipa A v Arduino UNO
9. Kabel USB tipa A vstavite v računalnik
10. V Arduino IDE, ko je skica že odprta, kliknite Sketch -> Upload (Ctrl + U), da naložite kodo v Arduino
11. Arduino je pripravljen za zagon!

4. korak: Ožičenje relejnega ščita na električne priključke

Zgradba napajalnega kabla ščita releja:

1. Ozemljite ozemljitveni kabel električnega moškega priključka v ozemljitveni zatič električnega ženskega konektorja z električno žico 15A;

2. Z električno žico 15A ožičite zatič iz električnega moškega konektorja neposredno v C -nosilec priključka relejnega ščita;

3. Drugi pol iz električnega moškega konektorja priključite v levi zatič električnega ženskega konektorja s 15A električno žico;

4. Desni zatič iz električnega ženskega konektorja priključite neposredno na NO priključek na relejskem oklopu s 15A električno žico;

Priključitev sušilnika za lase v napajalni kabel ščita releja:

5. Priključite električni moški konektor sušilnika za lase v električni ženski priključek napajalnega kabla ščita releja

5. korak: Ožičenje relejnega ščita na Arduino

1. Ožičite GND iz Arduina v negativno linijo plošče z moškim kabeljem za moške;

2. Priključite 5V pin iz Arduina v pozitivno linijo plošče z moškim moškim na mostičku;

3. Ožičite digitalni zatič št. 2 iz Arduina v signalni vtič relejnega ščita z moškim kablom za moški;

4. Priključite 5V pin iz relejnega ščita v pozitivno linijo plošče z moškim kablom za moški;

5. Priključite zatič GND iz relejnega ščita v negativno linijo plošče z moškim kablom za moški;

Korak 6: Ožičenje temperaturnega senzorja LM35 na Arduino

Če vzamemo ravno stran senzorja LM35 kot sprednjo referenco:

1. Priključite 5V zatič (prvi zatič od leve proti desni) od LM35 v pozitivno linijo plošče z moškim moškim kablom;

2. Ožični signalni zatič (2. zatič od leve proti desni) iz LM35 v A0 zatič Arduina s skakalnim kablom ženski na moški;

3. Priključite zatič GND (prvi zatič od leve proti desni) iz LM35 v negativno linijo plošče z moškim moškim kabelom;

7. korak: pritrditev sušilnika za lase na Vise

1. pritrdite primež na mizo

2. Sušilnik za lase postavite v primež

3. Namestite primež, da bo sušilec za lase dobro pritrjen

8. korak: Priprava podpore za vrečke Ziploc®

1. Izberite spiralni zvezek v trdi vezavi in vanj položite dva gumijasta traka, kot je prikazano na prvi sliki;

2. Izberite potlid (kot je prikazan na drugi sliki) ali karkoli, kar lahko uporabite kot oporo, da pustite spiralni prenosni računalnik v trdi vezavi v naravnem položaju;

3. Postavite trdno pokrit spiralni prenosni računalnik z dvema gumijama na vrh pokrova lonca (kot je prikazano na tretji sliki)

9. korak: V notranjost vrečke Ziploc® namestite odzračevalnik

1. Previdno vstavite odzračevalnik N95 v vrečko Ziploc® in jo ustrezno zaprite, da se izognete morebitni kontaminaciji prostora (slika 1);

2. Vrečo Ziploc® postavite na njeno oporo (zgrajeno na prejšnjem koraku), tako da dva gumijasta traka položite na spiralni prenosni računalnik s trdo vezavo (slika 2);

Korak 10: Namestitev temperaturnega senzorja na Ziploc® vrečko zunaj

1. Senzor LM35 pritrdite zunaj vrečke Ziploc® z malo lepilnega traku, kot je prikazano zgoraj;

Korak: Namestitev odzračevalnika N95 in njegova podpora v pravilen položaj

1. Odzračevalnik N95 mora biti od sušilnika za lase oddaljen 12,5 cm. Če ga postavite na večjo razdaljo, se temperatura ne dvigne nad 70 ° C in sterilizacija se ne bo zgodila, kot bi morala. Če bi ga postavili na bližjo razdaljo, bi se temperatura dvignila precej nad 70 ° C in povzročila škodo dihalniku. 12,5 cm je torej optimalna razdalja za sušilec za lase 1700 W.

Če ima sušilec za lase večjo ali manjšo moč, je treba ustrezno prilagoditi razdaljo, da bo temperatura čim bližje 70 ° C. Programska oprema Arduino natisne temperaturo vsake 1 sekunde, da bi bil ta postopek prilagajanja izvedljiv za različne sušilnike za lase;

Korak 12: Dajte vse na delo

Ko so bile izvedene vse povezave iz prejšnjih korakov, priključite električni moški konektor napajalnega kabla ščita releja v električno vtičnico in vstavite kabel USB tipa A v Arduino in v napajalnik USB (ali vrata USB računalnika). Nato bo sterilizator začel delovati tako kot zgornji video

13. korak: Reference

1. Pesem Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Vrednotenje toplotne inaktivacije okužbe z virusom na medicinski maski [J]. ČASOPIS ZA MIKROBE IN INFEKCIJE, 2020, 15 (1): 31-35. (na voljo na https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, dostopno 8. aprila 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritem zajema temperature in časovni niz podatkov o temperaturi, 2020. (Na voljo na https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, dostopno 9. aprila 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmi vgradnje/načrtovanja in njihove zahteve, 2020. (Na voljo na https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, dostopno 9. aprila 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Podatki o temperaturnem hlajenju, 2020. (Na voljo na https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, dostopno 9. aprila 2020)