Sterilizues i frymëmarrjes DIY për tharëse flokësh N95: 13 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Sipas SONG et al. (2020) [1], nxehtësia 70 ° C e prodhuar nga një tharëse flokësh gjatë 30 minutave është e mjaftueshme për të çaktivizuar viruset në një frymëmarrës N95. Pra, është një mënyrë e realizueshme që njerëzit e zakonshëm të ripërdorin frymëmarrësit e tyre N95 gjatë aktiviteteve të përditshme, duke respektuar disa kufizime si: frymëmarrësi nuk duhet të jetë i kontaminuar me gjak, frymëmarrësi nuk duhet të prishet, etj.

Autorët thonë se tharëse flokësh duhet të ndizet dhe të lihet të nxehet për 3, 4 minuta. Pastaj, një frymëmarrës i kontaminuar N95 duhet të futet brenda një qese ziplock dhe t'i nënshtrohet 30 minutash nxehtësi të prodhuar nga tharëse flokësh. Pas kësaj kohe, viruset do të çaktivizoheshin në mënyrë efektive në maskë, sipas studimeve të tyre.

Të gjitha veprimet e mësipërme nuk janë të automatizuara dhe ka kufizime që mund të përkeqësojnë procesin e sterilizimit si temperatura e ngrohjes shumë e ulët (ose shumë e lartë). Pra, ky projekt synon të përdorë një tharëse flokësh, një mikrokontrollues (atmega328, e disponueshme në Arduino UNO), një mburojë stafetë dhe një sensor të temperaturës (lm35) për të ndërtuar një sterilizues automatik të maskave bazuar në SONG et al. gjetjet.

Furnizimet

1x Arduino UNO;

Sensori i temperaturës 1x LM35;

1x Mburoja Stafetë;

Tharëse flokësh 1x 1700W me dy shpejtësi (Taiff Black 1700W për referencë)

1x Breadboard;

2x kabllo kërcyes mashkull-mashkull (15 cm secila);

6x kabllo kërcyes mashkull-femër (15 cm secila);

2x 0.5m tela elektrike 15A;

1 x lidhës elektrik femër (sipas standardit të vendit tuaj - Brazili është NBR 14136 2P+T);

1x lidhës elektrik mashkullor (sipas standardit të vendit tuaj - Brazili është NBR 14136 2P+T);

1x kabllo USB tip A (për të programuar Arduino);

1x Kompjuter (Desktop, Fletore, Çdo);

1x Vise;

1x kapak tenxhere;

2 x shirita gome;

1x Fletore spirale me kapak të fortë;

1x qese Ziploc® Quart Size (17.7cm x 18.8cm);

1x rrotull shirit ngjitës

Furnizimi me energji 1x 5V USB

Hapi 1: Modelimi automatik i sterilizuesit të frymëmarrjes N95

Siç u tha më parë, ky projekt synon të ndërtojë një sterilizues automatik të bazuar në SONG et. al (2020) gjetjet. Hapat e mëposhtëm janë të nevojshëm për ta arritur atë:

1. Ngrohni tharësen e flokëve për 3 ~ 4 minuta në mënyrë që të arrini temperaturën 70 ° C;

2. Lëreni tharësen e flokëve të veprojë për 30 minuta duke e drejtuar atë në frymëmarrjen N95 brenda një qese Ziploc® në mënyrë që të çaktivizoni viruset në frymëmarrje

Pra, pyetjet e modelimit u formuluan për të ndërtuar një zgjidhje:

a A prodhojnë të gjithë tharëset e flokëve temperaturë 70 ° C pas ngrohjes për 3 ~ 4 minuta?

b A/A mban tharëse flokësh një temperaturë konstante 70 ° C pas 3 ~ 4 minutash ngrohje?

c A është temperatura brenda qeses Ziploc® e barabartë me temperaturën jashtë saj pas 3 ~ 4 minutash ngrohje?

d A rritet temperatura brenda qeses Ziploc® me të njëjtën ritëm si temperatura jashtë saj?

Për t'iu përgjigjur këtyre pyetjeve, u ndërmorën hapat e mëposhtëm:

I. Regjistroni kthesat e ngrohjes nga dy tharëse flokësh të ndryshme për 3 ~ 4 minuta në mënyrë që të shihni nëse të dy mund të arrijnë 70 ° C

II Regjistroni kthesat e ngrohjes të tharëse flokësh (sensori LM35 duhet të jetë jashtë qeses Ziploc® në këtë hap) për 2 minuta pas 3 ~ 4 minutash të ngrohjes fillestare

III. Regjistroni temperaturën brenda qeses Ziploc® për 2 minuta pas 3 ~ 4 minutash të ngrohjes fillestare dhe krahasojeni atë me të dhënat e regjistruara në hapin II.

IV Krahasoni kthesat e ngrohjes të regjistruara në hapat II dhe III (temperaturat e brendshme dhe të jashtme në lidhje me qesen Ziploc®)

Hapat I, II, III u bënë duke përdorur një sensor të temperaturës LM35 dhe një algoritëm Arduino të zhvilluar për të informuar periodikisht (1Hz - përmes komunikimit serial USB) temperaturën e regjistruar nga sensori LM35 në funksion të kohës.

Algoritmi i zhvilluar për të regjistruar temperaturat dhe temperaturat e regjistruara janë në dispozicion këtu [2]

Hapi IV u realizua përmes të dhënave të regjistruara në hapat II dhe III, si dhe përmes dy shkrimeve Python të cilat gjeneruan funksione të ngrohjes për të përshkruar ngrohjen brenda dhe jashtë çantës Ziploc®, si dhe komplote nga të dhënat e regjistruara në të dy hapat. Këto skripte Python (dhe bibliotekat e kërkuara për t'i ekzekutuar ato) janë në dispozicion këtu [3].

Pra, pasi të keni bërë hapat I, II, III dhe IV është e mundur t'i përgjigjeni pyetjeve a, b, c dhe d.

Për pyetjen a. përgjigjja është Jo siç është e mundur të shihet, duke krahasuar të dhënat e regjistruara nga 2 tharëse flokësh të ndryshme në [2] se një tharëse flokësh është në gjendje të arrijë 70 ° C ndërsa tjetra mund të arrijë vetëm 44 ° C

Për t'iu përgjigjur pyetjes b, tharësi i flokëve i cili nuk mund të arrijë 70 ° C nuk merret parasysh. Duke inspektuar të dhënat nga ai që është në gjendje të arrijë 70 ° C (në dispozicion në skedarin step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) përgjigja për b është gjithashtu jo sepse nuk mund të mbajë një temperaturë konstante 70 ° C pas 4 minutave të para të ngrohjes.

Pastaj, është e nevojshme të dihet nëse temperaturat brenda dhe jashtë Ziploc janë të barabarta (pyetja c) dhe nëse ato rriten me të njëjtën ritëm (pyetja d). Të dhënat e disponueshme në skedarët step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] dhe step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] të dorëzuara në përshtatjen e kurbës dhe algoritmet e vizatimit në [3] japin përgjigje për të dy pyetjet, të cilat janë të dyja jo sepse temperatura brenda çantës Ziploc® arriti një maksimum prej 70 ~ 71 ° C ndërsa temperatura jashtë arriti një maksimum prej 77 ~ 78 ° C dhe temperatura e brendshme e çantës së Ziploc® u rrit ngadalë sesa homologu i saj i jashtëm.

Figura 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro tregon një komplot të temperaturave të qeseve Ziploc® jashtë / brenda në funksion të kohës (kurba portokalli korrespondon me temperaturën e brendshme, kurba blu me atë të jashtme). Siç është e mundur të shihet, temperaturat brenda dhe jashtë janë të ndryshme dhe gjithashtu rriten me ritme të ndryshme - ngadalë brenda çantës Ziploc sesa jashtë. Figura gjithashtu informon se funksionet e temperaturës janë në formën e:

Temperatura (t) = Temperatura e Mjedisit + (Temperatura Finale - Temperatura e Mjedisit) x (1 - e^(shkalla e rritjes së temperaturës x t))

Për temperaturën jashtë qeses Ziploc®, funksioni i temperaturës për sa i përket kohës është:

T (t) = 25.2 + 49.5 * (1 - e^(- 0.058t))

Dhe për temperaturën brenda qeses Ziploc®, funksioni i temperaturës për sa i përket kohës është:

T (t) = 28.68 + 40.99 * (1 - e^(- 0.0182t))

Pra, me të gjitha këto të dhëna (dhe rezultate të tjera empirike) në dispozicion, në vijim mund të thuhet për këtë proces modelimi DIY N95 Sterilizer:

-Tharëse flokësh të ndryshme mund të prodhojnë temperatura të ndryshme - Disa nuk do të jenë në gjendje të arrijnë 70 ° C ndërsa të tjerët do ta tejkalojnë këtë referencë shumë. Për ato që nuk mund të arrijnë 70 ° C, ato duhet të fiken pas kohës fillestare të ngrohjes (për të shmangur humbjen e kotë të energjisë) dhe një mesazh gabimi duhet t'i kërkohet operatorit të sterilizuesit që informon këtë çështje. Por për ata që tejkalojnë referencën e gradës 70 ° C, është e nevojshme të fikni tharësen e flokëve kur temperatura është mbi një temperaturë të caktuar (70 + diferencë superiore) ° C (në mënyrë që të shmangni dëmtimet e kapacitetit mbrojtës të frymëmarrjes N95) dhe ta ktheni atë përsëri pasi N95 të ftohet në një temperaturë nën (70 - diferenca inferiore) ° C, për të vazhduar procesin e sterilizimit;

-Sensori i temperaturës LM35 nuk mund të jetë brenda qeses Ziploc®, sepse qesja duhet të vuloset në mënyrë që të shmanget ndotja e dhomës me llojet e viruseve, kështu që, temperatura LM35 duhet të vendoset jashtë thesit;

-Meqenëse temperatura brenda është më e vogël se ajo e jashtme dhe kërkon më shumë kohë për t'u rritur, është e detyrueshme të kuptoni se si ndodh procesi i ftohjes (zvogëlimit), sepse, nëse temperatura e brendshme kërkon më shumë kohë për t'u ulur sesa temperatura e jashtme, kështu që, ka një lidhja shkakësore midis rritjes/zvogëlimit të procesit brenda/jashtë temperaturës së qeses së Ziploc® dhe kështu është e mundur të përdoret temperatura e jashtme si referencë për të rregulluar të gjithë procesin e ngrohjes/ftohjes. Por nëse jo atëherë, do të nevojitet një qasje tjetër. Kjo çon në një pyetje të pestë të modelimit:

e A ulet temperatura brenda qeses Ziploc® më ngadalë se jashtë?

Një hap i 5 -të u ndërmor për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje dhe temperaturat e marra gjatë procesit të ftohjes (brenda/jashtë qeses Ziploc®) u regjistruan (të disponueshme këtu [4]). Nga këto temperatura, funksionet e ftohjes (dhe shkallët e tyre përkatëse të ftohjes) u zbuluan për ftohje jashtë dhe brenda qeses Ziploc®.

Çanta e funksionit të ftohjes Ziploc® jashtë është: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

Homologu i brendshëm është: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

Me këtë në mendje, është e mundur të shihet që të dy funksionet zvogëlohen në mënyrë të barabartë (-0.0088 ≃ -0.0089) siç tregon Figura 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (blu/portokalli është jashtë/brenda çantës Ziploc® respektivisht)

Ndërsa temperatura brenda qeses Ziploc® zvogëlohet me të njëjtën ritëm me temperaturën jashtë saj, temperatura e jashtme nuk mund të përdoret si referencë për të mbajtur tharësen e flokëve kur nevojitet ngrohje sepse temperatura e jashtme rritet më shpejt se temperatura e brendshme dhe kur temperatura e jashtme arrin (70 + diferenca superiore) ° C temperatura e brendshme do të ishte më e vogël se temperatura e nevojshme për të sterilizuar frymëmarrjen. Dhe me kalimin e kohës, temperatura e brendshme do të përjetonte një rënie të holluar të vlerës së saj të mesme. Pra, është e nevojshme të përdorni funksionin e temperaturës së brendshme për sa i përket kohës për të përcaktuar kohën e nevojshme për të rritur temperaturën e saj nga (70 - diferenca inferiore) ° C në të paktën 70 ° C.

Nga një diferencë inferiore prej 3 ° C (dhe rrjedhimisht, një temperaturë fillestare prej 67 ° C) për të arritur ≃ 70 ° C, kërkohet të presësh të paktën 120 sekonda, sipas funksionit të temperaturës së brendshme të çantës Ziploc® për sa i përket kohës Me

Me të gjitha përgjigjet e pyetjeve të modelimit më sipër, mund të krijohet një zgjidhje minimalisht e zbatueshme. Sigurisht, duhet të ketë veçori dhe përmirësime të cilat nuk mund të afrohen këtu - gjithmonë ka diçka për t'u zbuluar ose përmirësuar - por është se të gjithë elementët e nxjerrë janë në gjendje të ndërtojnë zgjidhjen e nevojshme.

Kjo çon në përpunimin e një algoritmi që do të shkruhet në Arduino, në mënyrë që të arrihet modeli i vendosur.

Hapi 2: Algoritmi i funksionimit automatik i sterilizuesit të frymëmarrjes N95

Bazuar në kërkesat dhe pyetjet e modelimit të nxjerra në hapin 2, algoritmet e përshkruara në foton e mësipërme janë zhvilluar dhe janë në dispozicion për t'u shkarkuar në github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Hapi 3: Ngarkimi i Kodit në Arduino

1. Shkarkoni Bibliotekën Arduino Timer - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Shkarkoni kodin burimor sterilizues tharëse flokësh N95 -
3. Hapni Arduino IDE
4. Shtoni Bibliotekën e Kohëmatësit Arduino: Skiconi -> Përfshini Bibliotekën -> Shtoni Bibliotekën. ZIP dhe zgjidhni skedarin Timer-master.zip, nga dosja ku është shkarkuar
5. Ekstraktoni skedarin n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Hapni skedarin n95hairdryersterilizer.ino me Arduino IDE
7. Pranoni kërkesën për të krijuar një dosje skicimi dhe zhvendosni n95hairdryersterilizer.ino atje
8. Futni kabllon USB të tipit A në Arduino UNO
9. Futni kabllon USB të tipit A në kompjuter
10. Në Arduino IDE, me skicën tashmë të hapur, klikoni në Skicë -> Ngarko (Ctrl + U) për të ngarkuar kodin në Arduino
11. Arduino është gati të vrapojë!

Hapi 4: Mburoja e stafetëve të telave në lidhësit elektrikë

Ndërtimi i kordonit të rrymës së mburojës stafetë:

1. Mbërthyes me tela nga lidhësi mashkull elektrik në kunjin e tokëzimit të lidhësit elektrik femër me tela elektrike15A;

2. Lidhni një kunj nga lidhësi mashkull elektrik drejtpërdrejt në lidhësin C të mburojës stafetë me tela elektrike 15A;

3. Lidhni kunjin tjetër nga lidhësi mashkull elektrik në kunjin e majtë të lidhësit elektrik femra me tela elektrike 15A;

4. Lidhni kunjin e djathtë nga lidhësi elektrik femër drejtpërdrejt në lidhësin NO të lindur të mburojës së stafetës me tela elektrike 15A;

Lidhja e tharëse flokësh në kordonin e rrymës Mburoja Relay:

5. Lidheni lidhësin mashkullor të tharëses së flokëve në lidhësin e femrës elektrike të Relay Shield Power Cord

Hapi 5: Mburoja e stafetave të telave në Arduino

1. Tela GND nga Arduino në linjën negative të Breadboard me kabllo kërcyesi mashkull-mashkull;

2. Lidhni kunjin 5V nga Arduino në linjën pozitive të Breadboard me kabllo kërcyesi mashkull-mashkull;

3. Pini dixhital me tela #2 nga Arduino në kunjin e sinjalit të Relay Shield me kabllo kërcyesi mashkull-femër;

4. Kaloni tela 5V nga Relay Shield në linjë pozitive të Breadboard me kabllo kërcyesi mashkull-femër;

5. PIN GND me tela nga Relay Shield në vijën negative të Breadboard me kabllo kërcyesi mashkull-femër;

Hapi 6: Instalimi i sensorit të temperaturës LM35 në Arduino

Marrja e anës së sheshtë të sensorit LM35 si referencë ballore:

1. Kunj 5V me tela (kunja e parë nga e majta në të djathtë) nga LM35 në vijën pozitive të Breadboard me kabllo kërcimi femër-mashkull;

2. Kunja e sinjalit me tela (kunja e dytë nga e majta në të djathtë) nga LM35 në kunjin A0 të Arduino me kabllo kërcimi femër-mashkull;

3. Kunja GND me tela (kunja e parë nga e majta në të djathtë) nga LM35 në vijën negative të Breadboard me kabllo kërcyesi femër-mashkull;

Hapi 7: Bashkimi i tharëses së flokëve në Vise

1. Fiksoni vesën mbi një tavolinë

2. Vendosni tharëse flokësh në vizë

3. Rregulloni vesën në mënyrë që ta lini tharësin e flokëve të lidhur mirë

Hapi 8: Përgatitja e Mbështetjes së Çantës Ziploc®

1. Zgjidhni fletoren spirale me kapak të fortë dhe vendosni dy shirita gome në të siç tregohet në imazhin e parë;

2. Zgjidhni një potlid (si ai i treguar në imazhin e dytë) ose ndonjë gjë që mund të përdoret si mbështetje për ta lënë fletoren spirale me kapak të fortë në një pozicion të drejtë;

3. Vendoseni fletoren spirale të mbuluar me dy shirita gome në krye të kapakut të tenxhere (siç tregohet në imazhin e tretë)

Hapi 9: Vendosja e Frymës Brenda Qeses Ziploc®

1. Vendoseni me kujdes N95 Breather brenda Ziploc® Bag dhe vuloseni në përputhje me rrethanat, në mënyrë që të shmangni ndotjen e mundshme të dhomës (Imazhi 1);

2. Vendoseni Çantën Ziploc® në mbështetjen e saj (e ndërtuar në hapin e mëparshëm), duke tërhequr dy shiritat prej gome të vendosur mbi fletoren spirale me kapak të fortë (Imazhi 2);

Hapi 10: Bashkimi i sensorit të temperaturës në çantën Ziploc® jashtë

1. Bashkangjisni sensorin LM35 jashtë Ziploc® Bag me një shirit ngjitës të vogël, siç tregohet më sipër;

Hapi 11: Vendosja e frymëmarrjes N95 dhe mbështetja e saj në pozicionin e duhur

1. N95 Frymëmarrësi duhet të jetë në distancë 12.5 cm nga tharëse flokësh. Nëse vendoset në një distancë më të madhe, temperatura nuk do të rritet mbi 70 ° C dhe sterilizimi nuk do të ndodhë siç duhet. Nëse vendoset në një distancë më të afërt, temperatura do të rritet shumë mbi 70 ° C, duke shkaktuar dëmtim të frymëmarrjes. Pra, 12.5 cm është distanca optimale për një tharëse flokësh 1700W.

Nëse tharësi i flokëve ka pak a shumë fuqi, distanca duhet të rregullohet siç duhet në mënyrë që të mbajë temperaturën afër 70 ° C. Softueri në Arduino printon temperaturën çdo 1 sekondë, në mënyrë që ta bëjë këtë proces të përshtatshëm të realizueshëm për tharëse flokësh të ndryshme;

Hapi 12: Vendosja e gjithçkaje në punë

Me të gjitha lidhjet nga hapat e mëparshëm që janë kryer, lidhni lidhësin elektrik mashkull të kordonit të energjisë Relay Shield në një prizë dhe futni kabllon USB Type A në Arduino dhe në një furnizim me energji USB (ose portën USB të kompjuterit). Pastaj, sterilizuesi do të fillojë të funksionojë ashtu si videoja e mësipërme

Hapi 13: Referencat

1. Kënga Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2. Vlerësimi i çaktivizimit të nxehtësisë të kontaminimit të virusit në maskën mjekësore [J]. GAZETARI I MICROBEVE DHE INFEKTIMEVE, 2020, 15 (1): 31-35. (e disponueshme në https://jmi.fudan.edu.cn/GR/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, qasur në 08 Prill 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritmi i kapjes së temperaturës dhe grupet e të dhënave të temperaturës me kalimin e kohës, 2020. (E disponueshme në https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, qasur në 09 Prill 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Algoritmet e Përshtatjes/Komplotimit dhe Kërkesat e tij, 2020. (E disponueshme në https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, qasur në 09 Prill 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Grupet e të dhënave të ftohjes së temperaturës, 2020. (E disponueshme në https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, qasur në 09 Prill 2020)