DIY Sterilizator za sušilo za kosu N95: 13 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Prema SONG i sur. (2020.) [1], toplina od 70 ° C koju sušilo za kosu proizvodi tijekom 30 minuta dovoljna je za inaktiviranje virusa u ventilatoru N95. Dakle, to je izvediv način da obični ljudi ponovno koriste svoje disalice N95 tijekom svakodnevnih aktivnosti, poštujući određena ograničenja poput: odzračivač ne smije biti zagađen krvlju, odzračivač ne smije biti slomljen itd.

Autori navode da bi sušilo za kosu trebalo uključiti i pustiti da se grije 3, 4 minute. Zatim se kontaminirani odzračnik N95 mora staviti u vrećicu sa zatvaračem i zagrijati sušilom za kosu 30 minuta. Nakon tog vremena, virusi bi bili učinkovito deaktivirani na masci, prema njihovim studijama.

Sve gore navedene radnje nisu automatizirane i postoje ograničenja koja mogu pogoršati proces sterilizacije, poput preniske (ili previsoke) temperature zagrijavanja. Stoga ovaj projekt ima za cilj koristiti sušilo za kosu, mikrokontroler (atmega328, dostupno u Arduino UNO), relejni štit i temperaturni senzor (lm35) za izradu automatskog sterilizatora maski na temelju SONG -a i sur. nalazi.

Pribor

1x Arduino UNO;

1x senzor temperature LM35;

1x relejni štit;

1x sušilo za kosu s dvije brzine 1700W (Taiff crno 1700W za referencu)

1x Oglasna ploča;

2x kabel za spajanje muški na muški (svaki po 15 cm);

6x kablovi za spajanje muški na ženski (po 15 cm svaki);

2x 0,5m električna žica 15A;

1x ženski električni konektor (prema standardu vaše zemlje - Brazil je NBR 14136 2P+T);

1x muški električni priključak (prema standardu vaše zemlje - Brazil je NBR 14136 2P+T);

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

1x računalo (stolno računalo, prijenosno računalo, bilo koje);

1x Vise;

1x poklopac lonca;

2x gumice;

1x spiralna bilježnica s tvrdim povezom;

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

1x rola ljepljive trake

1x 5V USB napajanje

Korak 1: Automatsko modeliranje sterilizatora disanja N95

Kao što je već rečeno, ovaj projekt ima za cilj izgraditi automatski sterilizator temeljen na SONG et. al (2020) nalazi. Sljedeći koraci su neophodni da bi se to postiglo:

1. Zagrijte sušilo za kosu 3 ~ 4 minute kako biste postigli temperaturu od 70 ° C;

2. Ostavite sušilo za kosu uključeno 30 minuta i usmjerite ga prema odzračniku N95 unutar Ziploc® vrećice kako biste deaktivirali viruse u odzračivaču

Dakle, modelirana su pitanja formulirana kako bi se izgradilo rješenje:

a. Proizvode li svi sušila za kosu temperaturu od 70 ° C nakon zagrijavanja 3 ~ 4 minute?

b. Održavaju li/održavaju li sušila za kosu konstantnu temperaturu od 70 ° C nakon 3 do 4 minute zagrijavanja?

c. Je li temperatura unutar Ziploc® vrećice jednaka temperaturi izvan nje nakon 3 do 4 minute zagrijavanja?

d. Povećava li se temperatura unutar Ziploc® vrećice istom brzinom kao i temperatura izvan nje?

Kako bi odgovorili na ova pitanja, poduzeti su sljedeći koraci:

I. Snimite krivulje zagrijavanja iz dva različita sušila za kosu na 3 ~ 4 minute kako biste vidjeli mogu li oba postići 70 ° C

II. Zabilježite krivulje zagrijavanja sušila za kosu (osjetnik LM35 u ovom koraku mora biti izvan Ziploc® vrećice) 2 minute nakon 3 ~ 4 minute početnog zagrijavanja

III. Zabilježite temperaturu unutar Ziploc® vrećice 2 minute nakon 3 ~ 4 minute početnog zagrijavanja i usporedite je s podacima registriranim u koraku II.

IV. Usporedite krivulje grijanja registrirane u koracima II i III (unutarnje i vanjske temperature povezane sa Ziploc® vrećicom)

Koraci I, II, III izvedeni su pomoću temperaturnog senzora LM35 i razvijenog Arduino algoritma za periodično obavještavanje (1Hz - putem USB serijske komunikacije) o temperaturi koju je senzor LM35 registrirao u funkciji vremena.

Algoritam razvijen za bilježenje temperatura i zabilježene temperature dostupni su ovdje [2]

Korak IV realiziran je kroz podatke snimljene u koracima II i III, kao i kroz dvije Python skripte koje su generirale funkcije grijanja za opis grijanja unutar i izvan Ziploc® vrećice, kao i grafikone iz podataka snimljenih u oba koraka. Ove Python skripte (i knjižnice potrebne za njihovo pokretanje) dostupne su ovdje [3].

Dakle, nakon što ste izvršili korake I, II, III i IV moguće je odgovoriti na pitanja a, b, c i d.

Za pitanje a. odgovor je Ne kako je moguće vidjeti, uspoređujući podatke registrirane od 2 različita sušila za kosu u [2] da jedno sušilo za kosu može postići 70 ° C, dok drugo može postići samo 44 ° C

Da biste odgovorili na pitanje b, sušilo za kosu koje ne može postići 70 ° C zanemaruje se. Pregledom podataka s onog koji može doseći 70 ° C (dostupno na datoteci step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) odgovor na b također nije jer ne može održavati konstantnu temperaturu od 70 ° C nakon početnih 4 minute zagrijavanja.

Zatim je potrebno znati jesu li temperature unutar i izvan Ziploca jednake (pitanje c) i rastu li istom brzinom (pitanje d). Podaci dostupni u datotekama step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] i step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] dostavljeni algoritmima za uklapanje i crtanje krivulja u [3] daju odgovore na oba pitanja, a oba su negativna jer je temperatura unutar Ziploc® vrećice dosegla najviše 70 ~ 71 ° C, dok je vanjska temperatura dosegla maksimalnih 77 ~ 78 ° C, a unutarnja temperatura Ziploc® vrećice povećavala se polako od vanjske.

Slika 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro prikazuje grafikon vanjske / unutarnje temperature Ziploc® vrećice u funkciji vremena (narančasta krivulja odgovara unutarnjoj temperaturi, plava krivulja vanjske). Kao što je moguće vidjeti, unutarnje i vanjske temperature su različite i također se povećavaju različitim tempom - polako unutar Ziploc vrećice nego vani. Slika također obavještava da su temperaturne funkcije u obliku:

Temperatura (t) = Temperatura okoliša + (Konačna temperatura - Temperatura okoliša) x (1 - e^(stopa povećanja temperature x t))

Za temperaturu izvan Ziploc® vrećice, vremenska funkcija temperature je:

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

A za temperaturu unutar Ziploc® vrećice, vremenska funkcija temperature je:

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

Dakle, sa svim ovim podacima (i drugim empirijskim rezultatima) pri ruci, o ovom procesu modeliranja sterilizatora DIY N95 možete reći sljedeće:

-Razni sušila za kosu mogu stvarati različite temperature - Neki neće uspjeti postići 70 ° C, dok će drugi mnogo nadmašiti ovu referencu. Za one koji ne mogu postići 70 ° C, moraju se isključiti nakon početnog vremena zagrijavanja (kako bi se izbjeglo beskorisno rasipanje energije), a operateru sterilizatora treba poslati poruku o pogrešci koja obavještava ovaj problem. No, za one koji prelaze referentnu vrijednost od 70 ° C, potrebno je isključiti sušilo za kosu kada je temperatura iznad određene temperature (70 + gornja margina) ° C (kako bi se izbjegla oštećenja zaštitnog kapaciteta odzračivača N95) i uključiti ga ponovno uključiti nakon što se N95 ohladi na temperaturu ispod (70 - donja marža) ° C, za nastavak procesa sterilizacije;

-Senzor temperature LM35 ne može biti unutar Ziploc® vrećice, jer vrećicu treba zatvoriti kako bi se izbjegla kontaminacija prostorije sojevima virusa, pa temperaturu LM35 treba staviti izvan vrećice;

-Kako je unutarnja temperatura niža od vanjske i zahtijeva više vremena za povećanje, obvezno je razumjeti kako se odvija proces hlađenja (opadanja), jer ako unutarnjoj temperaturi treba više vremena da se smanji od vanjske, postoji uzročno -posljedična veza između povećanja/smanjenja procesa unutarnje/vanjske temperature vrećice Ziploc®, pa je moguće koristiti vanjsku temperaturu kao referencu za regulaciju cijelog procesa grijanja/hlađenja. No ako to ne učinite, bit će potreban drugi pristup. To dovodi do petog modelarskog pitanja:

e. Smanjuje li se temperatura unutar Ziploc® vrećice sporije nego vani?

Da bi se odgovorilo na ovo pitanje, poduzeti su 5. koraci, a temperature postignute tijekom procesa hlađenja (unutar/izvan Ziploc® vrećice) registrirane su (dostupne ovdje [4]). Na temelju ovih temperatura otkrivene su funkcije hlađenja (i njihove odgovarajuće brzine hlađenja) za hlađenje izvan i unutar Ziploc® vrećice.

Vanjska Ziploc® funkcija hlađenja je: 42,17 * e^(-0,0089 t) + 33,88

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

Imajući to na umu, moguće je vidjeti da se obje funkcije smanjuju na jednak način (-0,0088 ≃ -0,0089) kao što prikazuje slika 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro pokazuje: (plava/narančasta je vani/unutar Ziploc® vrećice, respektivno))

Kako se temperatura unutar Ziploc® vrećice smanjuje istom brzinom kao i temperatura izvan nje, vanjska se temperatura ne može koristiti kao referenca za zadržavanje sušila za kosu kada je potrebno zagrijavanje jer se vanjska temperatura povećava brže od unutarnje temperature i kada je vanjska temperatura dosegne (70 + gornja margina) ° C unutarnja temperatura bila bi niža od potrebne temperature za sterilizaciju odzračivača. S vremenom bi unutarnja temperatura doživjela razrijeđeno smanjenje srednje vrijednosti. Dakle, potrebno je koristiti funkciju unutarnje temperature u smislu vremena kako bi se odredilo potrebno vrijeme za povećanje temperature s (70 - donja margina) ° C na najmanje 70 ° C.

S donje granice od 3 ° C (i posljedično, početne temperature od 67 ° C) da bi se doseglo ≃ 70 ° C, potrebno je pričekati najmanje 120 sekundi, u skladu s temperaturnom funkcijom unutar Ziploc® vrećice.

Uz sve odgovore na gore navedena pitanja o modeliranju, može se izgraditi minimalno održivo rješenje. Naravno, moraju postojati značajke i poboljšanja kojima se ovdje ne može pristupiti - uvijek postoji nešto što treba otkriti ili poboljšati - ali to je da svi elementi koji se izađu mogu izgraditi potrebno rješenje.

To dovodi do izrade algoritma koji će se napisati u Arduinu, kako bi se postigao uspostavljeni model.

Korak 2: Algoritam rada automatskog sterilizatora disanja N95

Na temelju zahtjeva i pitanja o modeliranju navedenih u koraku 2, razvijeni su algoritmi opisani na gornjoj slici koji su dostupni za preuzimanje na github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Korak 3: Prijenos koda na Arduino

1. Preuzmite Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Preuzmite izvorni kod sterilizatora za kosu N95 -
3. Otvorite Arduino IDE
4. Dodajte Arduino Timer Library: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library i odaberite Timer-master.zip datoteku iz mape u koju je preuzeta
5. Izdvojite datoteku n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Otvorite datoteku n95hairdryersterilizer.ino s Arduino IDE -om
7. Prihvatite upit za stvaranje mape sa skicama i premjestite n95hairdryersterilizer.ino tamo
8. Umetnite USB kabel tipa A u Arduino UNO
9. Umetnite USB kabel tipa A u računalo
10. U Arduino IDE -u, s već otvorenom skicom, kliknite Sketch -> Upload (Ctrl + U) za prijenos koda na Arduino
11. Arduino je spreman za rad!

Korak 4: Ožičenje relejnog štita na električne priključke

Izgradnja kabela za napajanje relejnog štita:

1. Spojite uzemljenje iz električnog muškog konektora u iglu uzemljenja električnog ženskog konektora s električnom žicom 15A;

2. Spojite iglu iz električnog muškog priključka izravno na konektor C koji nosi štitnik releja s 15A električnom žicom;

3. Utaknite drugi pin iz električnog muškog konektora u lijevi pin ženskog električnog konektora sa 15A električnom žicom;

4. Spojite desnu iglu iz električnog ženskog konektora izravno na NO priključnicu relejnog štita sa 15A električnom žicom;

Uključivanje sušila za kosu u kabel za napajanje relejnog štita:

5. Ukopčajte muški električni konektor za sušilo za kosu u električni ženski priključak kabela za napajanje štitnika za kosu

Korak 5: Ožičenje relejnog štita na Arduino

1. Ožičite GND iz Arduina u negativnu liniju Breadboard-a pomoću kabela kratkospojnika muško-muško;

2. Ožičite 5V pin iz Arduina u pozitivnu liniju Breadboard-a s muškim na kratkospojnik kabelom;

3. Ožičite digitalni pin #2 s Arduina u signalnu utičnicu relejnog štita pomoću kabela kratkospojnika muško-žensko;

4. Ožičite 5V pin iz relejnog štita u pozitivnu liniju Breadboard-a pomoću kabela kratkospojnika muško-žensko;

5. Ožičite GND pin iz relejnog štita u negativnu liniju Breadboard-a pomoću kabela kratkospojnika muško-žensko;

Korak 6: Ožičenje LM35 osjetnika temperature na Arduino

Uzimajući ravnu stranu senzora LM35 kao frontalnu referencu:

1. Ožičite 5V pin (1. iglica slijeva nadesno) od LM35 u pozitivnu liniju Breadboard-a sa kablom kratkospojnika ženski na muški;

2. Ožični signalni pin (2. pin s lijeva na desno) iz LM35 u A0 pin Arduina sa kabelom za kratkospojnik ženski na muški;

3. Ožičite GND pin (1. iglica slijeva nadesno) od LM35 u negativnu liniju Breadboard-a sa ženskim kratkospojnikom;

Korak 7: Pričvršćivanje sušila za kosu na Vise

1. Učvrstite stege preko stola

2. Stavite sušilo za kosu u stege

3. Namjestite stege kako bi sušilo za kosu ostalo dobro pričvršćeno

Korak 8: Priprema podrške za Ziploc® vrećicu

1. Odaberite spiralnu bilježnicu s tvrdim povezom i stavite dvije gumice u nju kao što je prikazano na prvoj slici;

2. Odaberite potlid (poput onog prikazanog na drugoj slici) ili bilo što što se može koristiti kao oslonac da ostavite spiralnu bilježnicu s tvrdim povezom u ravnom položaju;

3. Postavite tvrdi omot spiralne bilježnice s dvije gumice na vrh poklopca lonca (kao što je prikazano na trećoj slici)

Korak 9: Postavljanje odzračivača u Ziploc® vrećicu

1. Pažljivo umetnite odzračivač N95 u Ziploc® vrećicu i zatvorite ga u skladu s tim, kako biste izbjegli moguću zagađenje prostorije (Slika 1);

2. Postavite Ziploc® vrećicu na njezin oslonac (izgrađen na prethodnom koraku), povlačeći dvije gumice postavljene preko spiralne bilježnice s tvrdim povezom (Slika 2);

Korak 10: Pričvršćivanje osjetnika temperature na Ziploc® vrećicu izvana

1. Pričvrstite LM35 osjetnik izvan Ziploc® vrećice s malo ljepljive trake, kao što je prikazano gore;

Korak 11: Postavite odzračnik N95 i njegovu potporu u ispravan položaj

1. Odzračivač N95 trebao bi biti udaljen 12,5 cm od sušila za kosu. Ako se postavi na veću udaljenost, temperatura se neće povećati iznad 70 ° C i sterilizacija se neće dogoditi kako bi trebala. Ako se postavi na bližu udaljenost, temperatura bi se povisila znatno iznad 70 ° C, nanoseći štetu disanju. Dakle, 12,5 cm je optimalna udaljenost za sušilo za kosu od 1700 W.

Ako sušilo za kosu ima više ili manje potencijala, udaljenost treba pravilno podesiti kako bi se temperatura držala što je moguće bliže 70 ° C. Softver na Arduinu ispisuje temperaturu svake 1 sekunde, kako bi ovaj postupak prilagodbe bio izvediv za različita sušila za kosu;

Korak 12: Stavite sve na posao

Nakon što su izvršene sve veze iz prethodnih koraka, priključite električni utikač električnog kabela relejnog štita u utičnicu i umetnite USB kabel tipa A u Arduino i u USB izvor napajanja (ili USB priključak računala). Zatim će sterilizator početi raditi kao i gornji video

Korak 13: Reference

1. Pjesma Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Procjena inaktivacije zagrijavanja virusa na medicinskoj maski [J]. ZBORNIK O MIKROBIMA I INFEKCIJAMA, 2020., 15 (1): 31-35. (dostupno na https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, pristupljeno 8. travnja 2020.)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritam hvatanja temperature i vremenski skupovi podataka, 2020. (dostupno na https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, pristupljeno 09. travnja 2020.)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmi uklapanja/crtanja i njegovi zahtjevi, 2020. (Dostupno na https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, pristupljeno 09. travnja 2020.)

4. Santos, Diego Ascânio. Skupovi podataka o hlađenju temperaturom, 2020. (dostupno na https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, pristupljeno 09. travnja 2020.)