DIY Sterilizator za kosu Fen za kosu: N95: 13 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Prema SONG et al. (2020) [1], toplina od 70 ° C koju proizvodi sušilo za kosu tijekom 30 minuta dovoljna je za inaktiviranje virusa u N95 ventilatoru. Dakle, to je izvediv način da obični ljudi ponovo koriste svoje disalice N95 tokom 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 ostaviti da se grije 3, 4 minute. Zatim se kontaminirani odzračnik N95 mora staviti u vrećicu sa zatvaračem i podvrgnuti 30 minuta topline koju proizvodi sušilo za kosu. 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 korištenje sušila za kosu, mikrokontrolera (atmega328, dostupno na Arduino UNO), relejnog štitnika i temperaturnog senzora (lm35) za izradu automatskog sterilizatora maski zasnovanog na SONG et al. nalazi.

Supplies

1x Arduino UNO;

1x LM35 Senzor temperature;

1x relejni štit;

1x dvostruki fen za kosu 1700W (Taiff crni 1700W za referencu)

1x Breadboard;

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

6x kratkospojni kablovi muško-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 konektor (prema standardu vaše zemlje - Brazil je NBR 14136 2P+T);

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

1x računar (Desktop, Notebook, Bilo koji);

1x Vise;

1x poklopac lonca;

2x gumice;

1x spiralna bilježnica sa 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 ranije rečeno, ovaj projekt ima za cilj izgradnju automatskog sterilizatora zasnovanog 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 30 minuta dok ga usmjeravate prema odzračniku N95 unutar Ziploc® vrećice kako biste deaktivirali viruse u odzračivaču

Stoga su formulirana pitanja modeliranja kako bi se izgradilo rješenje:

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

b. Održavaju li/a li sušila za kosu konstantnu temperaturu od 70 ° C nakon 3 ~ 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. Snimite krivulje grijanja sušila za kosu (senzor LM35 u ovom koraku mora biti izvan Ziploc® vrećice) 2 minute nakon 3 ~ 4 minute početnog zagrijavanja

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

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

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

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

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

Dakle, nakon izvršavanja koraka 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 vremena zagrijavanja.

Zatim je potrebno znati jesu li temperature unutar i izvan Ziploca jednake (pitanje c) i da li rastu 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 iscrtavanje krivulja u [3] daju odgovore na oba pitanja, a oba su ne, jer je temperatura u Ziploc® vrećici dosegla maksimalno 70 ~ 71 ° C, dok je vanjska temperatura dostigla 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 unutrašnjoj 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 + (Krajnja 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 proizvesti 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 javiti neka poruka o grešci koja obavještava ovaj problem. Ali za one koji prelaze referentnu vrijednost od 70 ° C, potrebno je isključiti sušilo za kosu kada je temperatura iznad određene temperature (70 + superiorna margina) ° C (kako bi se izbjegla oštećenja zaštitnog kapaciteta odzračivača N95) i uključiti ga ponovo uključiti nakon što se N95 ohladio na temperaturu ispod (70 - donja margina) ° C, za nastavak procesa sterilizacije;

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

-Kako je unutrašnja temperatura niža od vanjske i zahtijeva više vremena za povećanje, obavezno je razumjeti kako se odvija proces hlađenja (opadanja), jer, ako je unutrašnjoj temperaturi potrebno više vremena da se smanji od vanjske, postoji Uzročna veza između povećanja/smanjenja procesa unutar/izvan temperature Ziploc® vrećice i stoga je moguće koristiti vanjsku temperaturu kao referencu za regulaciju cijelog procesa grijanja/hlađenja. Ali ako to ne učinite, bit će potreban drugi pristup. Ovo dovodi do petog modelarskog pitanja:

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

Da bi se odgovorilo na ovo pitanje, preduzet je peti korak, a temperature postignute tokom procesa hlađenja (unutar/izvan Ziploc® vrećice) su registrirane (dostupno 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 ovo na umu, moguće je vidjeti da se obje funkcije smanjuju na jednak način (-0,0088 ≃ -0,0089) kao što 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 dostigne (70 + gornja margina) ° C unutrašnja temperatura bila bi niža od potrebne temperature za sterilizaciju odzračivača. Vremenom bi unutrašnja 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 sa (70 - donja margina) ° C na najmanje 70 ° C.

S donje granice od 3 ° C (i posljedično, početne temperature od 67 ° C) da bi se dostiglo ≃ 70 ° C, potrebno je sačekati 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 se mora otkriti ili poboljšati - ali to je da svi elementi koji se izaberu mogu izgraditi potrebno rješenje.

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

Korak 2: Algoritam rada automatskog sterilizatora disanja N95

Na osnovu zahtjeva i pitanja modelovanja 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 kojoj 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 kabl tipa A u računar
10. U Arduino IDE -u, s već otvorenom skicom, kliknite Sketch -> Upload (Ctrl + U) da biste učitali kôd 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 za uzemljenje električnog ženskog konektora sa električnom žicom 15A;

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

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

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

Uključivanje sušila za kosu u kabel za napajanje relejnog štita:

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

Korak 5: Ožičenje relejnog štita na Arduino

1. Spojite GND iz Arduina na negativnu liniju ploče s muškim kratkospojnikom;

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

3. Ožičite digitalni pin #2 iz 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 LM35 senzora kao frontalnu referencu:

1. Ožičite 5V pin (1. iglica s lijeva na desno) od LM35 u pozitivnu liniju Breadboard-a sa kratkospojnikom kabel za žene;

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

3. Ožičite GND pin (1. iglica slijeva nadesno) od LM35 u negativnu liniju Breadboard-a sa kablom kratkospojnika ženski-muški;

Korak 7: Pričvršćivanje sušila za kosu na Vise

1. Pričvrstite stege preko stola

2. Stavite sušilo za kosu u stege

3. Namjestite stege tako da sušilo za kosu ostane 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 šta 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 ventilatora u Ziploc® torbu

1. Pažljivo stavite N95 Breather u Ziploc® vrećicu i zatvorite je u skladu s tim, kako biste izbjegli moguću kontaminaciju prostorije (Slika 1);

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

Korak 10: Pričvršćivanje osjetnika temperature na Ziploc® vrećicu izvana

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

Korak 11: Postavite odzračivač N95 i njegovu podršku u pravilan položaj

1. N95 Breather treba biti na 12,5 cm udaljenosti 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 povećala znatno iznad 70 ° C, uzrokujući oštećenje disanja. 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 prilagođavanja bio izvediv za različita sušila za kosu;

Korak 12: Stavite sve na posao

Nakon što su izvršene sve veze iz prethodnih koraka, priključite električni muški priključak kabela za napajanje relejnog štita u utičnicu za struju i umetnite USB kabel tipa A u Arduino i u USB izvor napajanja (ili USB priključak računara). 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 08. aprila 2020.)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritam snimanja temperature i skupovi podataka s vremenom, 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.)