DIY sušič vlasov N95 Sterilizátor vzduchu: 13 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Podľa SONG a kol. (2020) [1], teplo 70 ° C produkované sušičom vlasov počas 30 minút stačí na inaktiváciu vírusov v odvzdušňovači N95. Je to teda uskutočniteľný spôsob, ako bežní ľudia opakovane používajú svoje dýchače N95 pri každodenných činnostiach, pričom rešpektujú určité obmedzenia, ako napríklad: dýchací prístroj nesmie byť kontaminovaný krvou, dýchací prístroj nesmie byť zlomený atď.

Autori uvádzajú, že sušič vlasov by mal byť zapnutý a zahrievaný 3, 4 minúty. Potom kontaminovaný odvzdušňovací ventil N95 vložte do vrecka na zips a nechajte 30 minút pôsobiť teplo produkované sušičom vlasov. Po uplynutí tejto doby budú vírusy podľa ich štúdií na maske účinne deaktivované.

Všetky vyššie uvedené akcie nie sú automatizované a existujú obmedzenia, ktoré môžu zhoršiť sterilizačný proces, napríklad príliš nízka (alebo príliš vysoká) teplota zahrievania. Tento projekt si teda kladie za cieľ použiť sušič vlasov, mikrokontrolér (atmega328, dostupný na Arduino UNO), reléový štít a teplotný senzor (lm35) na zostavenie automatického sterilizátora masky na základe SONG a kol. zistenia.

Zásoby

1x Arduino UNO;

1x snímač teploty LM35;

1x reléový štít;

1x 1700W dvojrýchlostný sušič vlasov (Taiff Black 1700W pre referenciu)

1x Breadboard;

2x prepojovacie káble medzi mužom a mužom (po 15 cm);

6 x prepojovací kábel medzi mužom a ženou (po 15 cm);

2x 0,5 m 15A elektrický vodič;

1x ženský elektrický konektor (podľa štandardu vašej krajiny - Brazília je NBR 14136 2P+T);

1x zástrčkový elektrický konektor (podľa štandardu vašej krajiny - Brazília je NBR 14136 2P+T);

1x kábel USB typu A (na programovanie Arduina);

1x počítač (stolný, prenosný, ľubovoľný);

1x zverák;

1x veko hrnca;

2x gumové pásy;

1x špirálový zápisník v tvrdej väzbe;

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

1x rolka lepiacej pásky

1x 5V USB napájací zdroj

Krok 1: Automatické modelovanie dýchacieho sterilizátora N95

Ako už bolo uvedené, tento projekt má za cieľ postaviť automatický sterilizátor na základe SONG et. al (2020). Na jeho dosiahnutie sú potrebné nasledujúce kroky:

1. Zahrievajte sušič vlasov 3 ~ 4 minúty, aby ste dosiahli teplotu 70 ° C;

2. Nechajte sušič vlasov pôsobiť 30 minút a nasmerujte ho na odvzdušňovač N95 vo vrecku Ziploc®, aby sa deaktivovali vírusy na odvzdušňovači

Otázky modelovania boli teda formulované s cieľom vytvoriť riešenie:

a. Produkujú všetky sušiče vlasov teplotu 70 ° C po zahrievaní 3 ~ 4 minúty?

b. Udržiava/Uchovávajú sušiče vlasov konštantnú teplotu 70 ° C po 3 až 4 minútach zahrievania?

c. Je teplota vo vrecku Ziploc® rovnaká ako teplota mimo neho po 3 ~ 4 minútach zahrievania?

d. Zvyšuje sa teplota vo vrecku Ziploc® rovnakou rýchlosťou ako teplota mimo neho?

Na zodpovedanie týchto otázok boli podniknuté nasledujúce kroky:

I. Zaznamenajte krivky zahrievania z dvoch rôznych sušičov vlasov po dobu 3 až 4 minút, aby ste zistili, či obidva môžu dosiahnuť 70 ° C

II. Zaznamenajte zahrievacie krivky sušičov vlasov (snímač LM35 musí byť v tomto kroku mimo vrecka Ziploc®) 2 minúty po 3 ~ 4 minútach počiatočného zahrievania

III. Zaznamenajte teplotu vo vrecku Ziploc® 2 minúty po 3 až 4 minútach počiatočného zahrievania a porovnajte s údajmi zaznamenanými v kroku II.

IV. Porovnajte vykurovacie krivky registrované v krokoch II a III (vnútorné a vonkajšie teploty súvisiace s vreckom Ziploc®)

Kroky I, II, III sa vykonali pomocou teplotného senzora LM35 a algoritmu Arduino vyvinutého na pravidelné informovanie teploty (1 Hz - prostredníctvom sériovej komunikácie USB) zaznamenanej snímačom LM35 vo funkcii času.

Algoritmus vyvinutý na zaznamenávanie teplôt a zaznamenaných teplôt je k dispozícii tu [2]

Krok IV sa realizoval prostredníctvom údajov zaznamenaných v krokoch II a III a tiež prostredníctvom dvoch skriptov Python, ktoré generovali funkcie zahrievania na opis zahrievania vo vnútri a mimo vrecka Ziploc®, ako aj grafov z údajov zaznamenaných v oboch krokoch. Tieto skripty Pythonu (a knižnice potrebné na ich spustenie) sú k dispozícii tu [3].

Po vykonaní krokov I, II, III a IV je teda možné odpovedať na otázky a, b, c a d.

Na otázku a. odpoveď je nie, ako je možné vidieť, porovnaním údajov zaregistrovaných z 2 rôznych sušičov vlasov v [2], že jeden sušič vlasov dokáže dosiahnuť 70 ° C, zatiaľ čo druhý môže dosiahnuť iba 44 ° C

Na odpoveď na otázku b sa neberie ohľad na sušič vlasov, ktorý nemôže dosiahnuť 70 ° C. Pri kontrole údajov z údajov, ktoré sú schopné dosiahnuť 70 ° C (dostupné na súbore step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), odpoveď na b nie je tiež žiadna, pretože nedokáže udržať konštantnú teplotu 70 ° C po počiatočnom 4 -minútovom čase zahrievania.

Potom je potrebné vedieť, či sú teploty vo vnútri a mimo Ziplocu rovnaké (otázka c) a či sa zvyšujú rovnakým tempom (otázka d). Údaje dostupné v súboroch step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] a step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] predložených na algoritmy prispôsobenia kriviek a vykresľovania v [3] poskytujú odpovede na obe otázky, ktoré nie sú kladné, pretože teplota vo vnútri vaku Ziploc® dosiahla maximálne 70 ~ 71 ° C, zatiaľ čo vonkajšia teplota dosahovala maximálne 77 ~ 78 ° C a vnútorná teplota vaku Ziploc® sa zvyšovala pomaly ako jeho vonkajší náprotivok.

Obrázok 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro ukazuje graf vonkajších / vnútorných teplôt vrecka Ziploc® vo funkcii času (oranžová krivka zodpovedá vnútornej teplote, modrá krivka vonkajšej). Ako je možné vidieť, vnútorné a vonkajšie teploty sa líšia a tiež sa zvyšujú rôznymi rýchlosťami - pomaly vo vrecku Ziploc ako vonku. Obrázok tiež informuje, že teplotné funkcie sú vo forme:

Teplota (t) = teplota prostredia + (konečná teplota - teplota prostredia) x (1 - e^(miera zvýšenia teploty x t))

Pre teplotu mimo vaku Ziploc® je teplotná funkcia z hľadiska času nasledovná:

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

A pre teplotu vo vrecku Ziploc® je teplotná funkcia z hľadiska času nasledovná:

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

Takže so všetkými týmito údajmi (a inými empirickými výsledkami) po ruke je možné o tomto procese modelovania sterilizátora DIY N95 konštatovať nasledujúce:

-Rôzne sušiče vlasov môžu produkovať rôzne teploty - niektoré nebudú schopné dosiahnuť 70 ° C, zatiaľ čo iné túto referenciu veľmi prekonajú. Pre tie, ktoré nemôžu dosiahnuť 70 ° C, musia byť vypnuté po počiatočnom čase zahrievania (aby sa predišlo zbytočnému plytvaniu energiou) a operátorovi sterilizátora by malo byť o tomto probléme vyzvané chybové hlásenie. Ale pre tých, ktorí prekročia referenčnú teplotu 70 ° C, je potrebné sušič vlasov vypnúť, keď je teplota vyššia ako určitá teplota (70 + vyšší rozpätie) ° C (aby sa zabránilo poškodeniu ochrannej kapacity odvzdušňovača N95) a zapnúť ho. znova po ochladení N95 na teplotu pod (70 - nižší okraj) ° C, aby sa pokračovalo v sterilizačnom procese;

-Teplotný snímač LM35 nemôže byť vo vrecku Ziploc®, pretože vrecko je potrebné utesniť, aby sa zabránilo kontaminácii miestností kmeňmi vírusov v miestnosti, takže teplotu LM35 by ste mali umiestniť mimo vrecko;

-Keďže je vnútorná teplota nižšia ako vonkajšia teplota a vyžaduje si viac času na zvýšenie, je nevyhnutné porozumieť tomu, ako prebieha proces chladenia (znižovania), pretože ak vnútorná teplota trvá dlhšie, než sa znižuje vonkajšia teplota, existuje príčinný vzťah medzi zvyšovaním/znižovaním procesu vnútornej/vonkajšej teploty vaku Ziploc®, a preto je možné použiť vonkajšiu teplotu ako referenciu na reguláciu celého procesu vykurovania/chladenia. Ak to však neurobíte, bude potrebný iný prístup. To vedie k piatej modelovacej otázke:

e. Znižuje sa teplota vo vrecku Ziploc® pomalšie ako vonku?

Na zodpovedanie tejto otázky bol vykonaný 5. krok a boli zaznamenané teploty získané počas procesu chladenia (vnútorný/vonkajší vak Ziploc®) (dostupné tu [4]). Z týchto teplôt boli objavené funkcie chladenia (a ich príslušné rýchlosti chladenia) na chladenie vonku a vo vnútri vaku Ziploc®.

Vonkajší funkčný vak chladenia Ziploc® je: 42,17 * e^(-0,0089 t) + 33,88

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

Vzhľadom na to je možné vidieť, že obe funkcie sa znižujú rovnakým spôsobom (-0,0088 ≃ -0,0089), ako ukazuje obrázok 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (modrá/oranžová je zvonku/vo vnútri vrecka Ziploc®, resp.)

Pretože teplota vo vrecku Ziploc® klesá rovnakou rýchlosťou ako teplota mimo neho, vonkajšiu teplotu nemožno použiť ako referenciu na udržanie sušiča vlasov v prípade potreby zahrievania, pretože vonkajšia teplota sa zvyšuje rýchlejšie ako vnútorná teplota a keď vonkajšia teplota dosahuje (70 + vyšší okraj) ° C vnútorná teplota by bola nižšia ako teplota potrebná na sterilizáciu odvzdušňovača. A časom by vnútorná teplota zaznamenala zriedený pokles svojej strednej hodnoty. Je teda nevyhnutné použiť funkciu vnútornej teploty z hľadiska času na určenie potrebného času na zvýšenie teploty z (70 - nižší okraj) ° C na najmenej 70 ° C.

Od nižšieho rozpätia 3 ° C (a následne počiatočnej teploty 67 ° C), aby sa dosiahlo ≃ 70 ° C, je potrebné počkať najmenej 120 sekúnd, podľa vnútornej teplotnej funkcie vaku Ziploc® z hľadiska času.

So všetkými odpoveďami na vyššie uvedené otázky týkajúce sa modelovania je možné vybudovať minimálne životaschopné riešenie. Samozrejme, musia existovať funkcie a vylepšenia, ku ktorým nie je možné pristupovať - vždy je čo objaviť alebo vylepšiť - ale je to tak, že všetky vyvolané prvky sú schopné vybudovať potrebné riešenie.

To vedie k vypracovaniu algoritmu, ktorý sa má napísať v Arduine, aby sa dosiahol zavedený model.

Krok 2: Automatický algoritmus činnosti dýchacieho sterilizátora N95

Na základe požiadaviek a modelovacích otázok vyvolaných v kroku 2 boli vyvinuté algoritmy popísané na obrázku vyššie a sú k dispozícii na stiahnutie na github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Krok 3: Nahranie kódu do Arduina

1. Stiahnite si knižnicu časovača Arduino - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Stiahnite si zdrojový kód sterilizátora sušiča vlasov N95 -
3. Otvorte Arduino IDE
4. Pridajte knižnicu časovača Arduino: Skica -> Zahrnúť knižnicu -> Pridať knižnicu. ZIP a zo súboru, do ktorého ste ho stiahli, vyberte súbor Timer-master.zip
5. Rozbaľte súbor n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Otvorte súbor n95hairdryersterilizer.ino s Arduino IDE
7. Prijmite výzvu na vytvorenie priečinka so skicami a presuňte tam súbor n95hairdryersterilizer.ino
8. Vložte kábel USB typu A do Arduino UNO
9. Vložte kábel USB typu A do počítača
10. V Arduino IDE, s už otvorenou skicou, kliknite na Sketch -> Upload (Ctrl + U) a nahrajte kód do Arduino
11. Arduino je pripravené na spustenie!

Krok 4: Zapojenie štítu relé k elektrickým konektorom

Budova napájacieho kábla reléového štítu:

1. Zapojte uzemňovací kolík z elektrického zástrčkového konektora do uzemňovacieho kolíka elektrickej zásuvky s 15A elektrickým vodičom;

2. Zapojte kolík z elektrického zástrčkového konektora priamo do konektora C tienenia relé pomocou elektrického vodiča 15A;

3. Druhý kolík zapojte z elektrického zástrčkového konektora do ľavého kolíka elektrického zásuvkového konektora pomocou elektrického vodiča 15A;

4. Zapojte pravý kolík z elektrického konektora priamo do BEZ konektora tieneného relé pomocou elektrického vodiča 15A;

Pripojenie sušiča vlasov k napájaciemu káblu Relay Shield:

5. Zapojte elektrický zástrčku sušiča vlasov do zásuvky s elektrickou zástrčkou reléového štítu

Krok 5: Zapojenie reléového štítu k Arduinu

1. Zapojte GND z Arduina do zápornej linky Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi mužmi a mužmi;

2. Pripojte 5V pin z Arduina do kladnej dosky Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi mužmi a mužmi;

3. Zapojte digitálny kolík č. 2 z Arduina do signálneho kolíka reléového štítu pomocou prepojovacieho kábla medzi mužmi a ženami;

4. Pripojte 5V kolík z reléového štítu do kladného poľa Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi mužom a ženou;

5. Vodič GND pin z reléového štítu zapojte do zápornej linky Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi mužom a ženou;

Krok 6: Zapojenie snímača teploty LM35 do Arduina

Ak vezmeme plochú stranu snímača LM35 ako čelnú referenciu:

1. Zapojte 5V kolík (1. kolík zľava doprava) z LM35 do kladného poľa Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi zásuvkou a zásuvkou;

2. Zapojte signálny kolík (2. kolík zľava doprava) z LM35 do kolíka A0 Arduina pomocou prepojovacieho kábla žena-muž;

3. Zapojte GND pin (1. pin zľava doprava) z LM35 do záporného vedenia Breadboard pomocou prepojovacieho kábla medzi zásuvkou a zásuvkou;

Krok 7: Pripojenie sušiča vlasov k zveráku

1. Upevnite zverák na stôl

2. Do zveráka vložte sušič vlasov

3. Upravte zverák, aby bol sušič vlasov dobre pripevnený

Krok 8: Príprava podpery vaku Ziploc®

1. Vyberte špirálový zápisník v tvrdej väzbe a vložte doň dve gumičky, ako je znázornené na prvom obrázku;

2. Vyberte potlid (ako ten, ktorý je zobrazený na druhom obrázku) alebo čokoľvek, čo môže byť použité ako podpera, aby špirálový zápisník v tvrdej väzbe zostal v rovnej polohe;

3. Umiestnite špirálovitý zápisník s pevnou väzbou s dvoma gumičkami na vrch veka hrnca (ako je znázornené na treťom obrázku)

Krok 9: Umiestnenie odvzdušňovača do tašky Ziploc®

1. Opatrne vložte odvzdušňovač N95 do vrecka Ziploc® a príslušne ho utesnite, aby ste predišli prípadnému znečisteniu miestnosti (obrázok 1);

2. Umiestnite tašku Ziploc® na podperu (postavenú na predchádzajúcom kroku) a potiahnite dve gumičky umiestnené nad špirálovým zápisníkom s pevnou väzbou (obrázok 2);

Krok 10: Pripojenie snímača teploty k vrecku Ziploc® zvonku

1. Pripojte snímač LM35 mimo vrecko Ziploc® malou lepiacou páskou, ako je to znázornené vyššie;

Krok 11: Umiestnenie odvzdušňovača N95 a jeho podpory do správnej polohy

1. N95 Odvzdušňovač by mal byť vo vzdialenosti 12,5 cm od sušiča vlasov. Ak ho umiestnite na väčšiu vzdialenosť, teplota sa nezvýši nad 70 ° C a sterilizácia neprebehne tak, ako by mala. Ak ho umiestnite do bližšej vzdialenosti, teplota by sa zvýšila výrazne nad 70 ° C, čo by poškodilo dýchací prístroj. 12,5 cm je teda optimálna vzdialenosť pre 1 700 W sušič vlasov.

Ak má sušič vlasov väčšiu alebo menšiu účinnosť, vzdialenosť by mala byť správne upravená, aby sa teplota udržala čo najbližšie k 70 ° C. Softvér v Arduino tlačí teplotu každú 1 sekundu, aby bol tento proces úpravy možný pre rôzne sušiče vlasov;

Krok 12: Uvedenie všetkého do činnosti

Keď boli vykonané všetky pripojenia z predchádzajúcich krokov, zapojte elektrický zástrčkový kábel napájacieho kábla reléového štítu do zásuvky a zapojte kábel USB typu A do Arduina a do napájacieho zdroja USB (alebo portu USB počítača). Potom sterilizátor začne fungovať rovnako ako vyššie uvedené video

Krok 13: Referencie

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Hodnotenie tepelnej inaktivácie kontaminácie vírusom na lekárskej maske [J]. VESTNÍK MIKROBOV A INFEKCIÍ, 2020, 15 (1): 31-35. (dostupné na https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, prístup z 8. apríla 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritmus zachytávania teploty a množiny údajov o teplote v priebehu času, 2020. (K dispozícii na https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, prístup z 9. apríla 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmy montáže/vykresľovania a ich požiadavky, 2020. (K dispozícii na https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, prístup z 9. apríla 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Množiny údajov o teplotnom chladení, 2020. (K dispozícii na https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, prístupné 9. apríla 2020)