Pengering Rambut DIY N95 Breather Sterilizer: 13 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Menurut SONG et al. (2020) [1], suhu 70 ° C yang dihasilkan oleh pengering rambut selama 30 minit sudah cukup untuk mematikan virus dalam pernafasan N95. Oleh itu, ini adalah cara yang layak untuk orang biasa menggunakan alat pernafasan N95 mereka semasa melakukan aktiviti seharian, dengan menghormati kekangan tertentu seperti: pernafasan tidak boleh tercemar dengan darah, pernafasan tidak boleh pecah, dll.

Penulis menyatakan bahawa pengering rambut harus dihidupkan dan biarkan pemanasan selama 3, 4 minit. Kemudian, alat pernafasan N95 yang tercemar mesti dimasukkan ke dalam beg ziplock dan diserahkan kepada 30 minit haba yang dihasilkan oleh pengering rambut. Selepas masa ini, virus akan dinonaktifkan secara berkesan pada topeng, menurut kajian mereka.

Semua tindakan yang dinyatakan di atas tidak automatik dan ada kekangan yang boleh merosakkan proses pensterilan seperti suhu pemanasan terlalu rendah (atau terlalu tinggi). Oleh itu, projek ini bertujuan untuk menggunakan pengering rambut, pengawal mikro (atmega328, tersedia di Arduino UNO), pelindung relay dan sensor suhu (lm35) untuk membina Sterilizer Masker automatik berdasarkan SONG et al. penemuan.

Bekalan

1x Arduino UNO;

Sensor Suhu 1x LM35;

Pelindung Relay 1x;

Pengering Rambut Berkelajuan 1x 1700W (Taiff Black 1700W untuk rujukan)

Papan Roti 1x;

2x kabel pelompat lelaki-ke-lelaki (masing-masing 15 cm);

6x kabel pelompat lelaki-ke-wanita (masing-masing 15 cm);

Wayar elektrik 2x 0.5m 15A;

1x penyambung elektrik wanita (mengikut standard negara anda - Brazil adalah NBR 14136 2P + T);

1x penyambung elektrik lelaki (mengikut standard negara anda - Brazil adalah NBR 14136 2P + T);

1x Kabel USB jenis A (untuk memprogram Arduino);

1x Komputer (Desktop, Notebook, Mana-mana);

1x Vise;

1x Tudung periuk;

Gelang getah 2x;

Notebook Spiral Hardcover 1x;

Beg 1x Ziploc® Quart (17.7cm x 18.8cm) beg;

Gulungan pita pelekat 1x

Bekalan Kuasa USB 1x 5V

Langkah 1: Pemodelan N95 Breather Sterilizer Automatik

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, projek ini bertujuan untuk membina pensteril automatik berdasarkan SONG et. penemuan al (2020). Langkah berikut diperlukan untuk mencapainya:

1. Panaskan pengering rambut selama 3 ~ 4 minit untuk mencapai suhu 70 ° C;

2. Biarkan pengering rambut selama 30 minit sambil menghalakannya ke pernafasan N95 di dalam beg Ziploc® untuk mematikan virus pada alat pernafasan

Oleh itu, soalan pemodelan dirumuskan untuk membina penyelesaian:

a. Adakah semua pengering rambut menghasilkan suhu 70 ° C selepas pemanasan selama 3 ~ 4 minit?

b. Adakah / Adakah pengering rambut mengekalkan suhu 70 ° C yang berterusan selepas pemanasan selama 3 ~ 4 minit?

c. Adakah suhu di dalam beg Ziploc® sama dengan suhu di luarnya setelah pemanasan selama 3 ~ 4 minit?

d. Adakah suhu di dalam beg Ziploc® meningkat pada kadar yang sama dengan suhu di luar beg?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini langkah-langkah berikut diambil:

I. Catat lengkung pemanasan dari dua pengering rambut yang berbeza selama 3 ~ 4 minit untuk melihat sama ada kedua-duanya boleh mencapai 70 ° C

II. Catat keluk pemanasan pengering rambut (sensor LM35 mesti berada di luar beg Ziploc® pada langkah ini) selama 2 minit selepas pemanasan awal 3 ~ 4 minit

III. Catat suhu di dalam beg Ziploc® selama 2 minit selepas pemanasan awal selama 3 ~ 4 minit dan bandingkan dengan data yang didaftarkan pada langkah II.

IV. Bandingkan lengkung pemanasan yang didaftarkan pada langkah II dan III (suhu dalam dan luar yang berkaitan dengan beg Ziploc®)

Langkah I, II, III dilakukan menggunakan sensor suhu LM35 dan algoritma Arduino dikembangkan untuk memberitahu suhu secara berkala (1Hz - melalui komunikasi Serial USB) yang didaftarkan oleh sensor LM35 pada waktu.

Algoritma yang dikembangkan untuk mencatat suhu dan suhu yang direkodkan terdapat di sini [2]

Langkah IV direalisasikan melalui data yang direkodkan pada langkah II dan III juga melalui dua skrip Python yang menghasilkan fungsi pemanasan untuk menggambarkan pemanasan di dalam dan di luar beg Ziploc® serta plot dari data yang direkodkan pada kedua langkah tersebut. Skrip Python ini (dan perpustakaan yang diperlukan untuk menjalankannya) terdapat di sini [3].

Jadi, setelah melakukan langkah I, II, III, dan IV adalah mungkin untuk menjawab soalan a, b, c, dan d.

Untuk soalan a. jawapannya adalah Tidak kerana dapat dilihat, membandingkan data yang didaftarkan dari 2 pengering rambut yang berbeza di [2] bahawa satu pengering rambut dapat mencapai 70 ° C sementara yang lain hanya dapat mencapai 44 ° C

Untuk menjawab soalan b, pengering rambut yang tidak dapat mencapai 70 ° C tidak diambil kira. Memeriksa data dari data yang mampu mencapai 70 ° C (tersedia di file step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) jawapan untuk b juga tidak kerana tidak dapat mengekalkan suhu 70 ° C yang tetap setelah masa pemanasan 4 minit awal.

Kemudian, perlu diketahui sama ada suhu di dalam dan di luar Ziploc sama (soalan c) dan jika suhu meningkat pada kadar yang sama (soalan d). Data yang tersedia pada fail step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] dan step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] yang diserahkan kepada kurva pemasangan dan algoritma plot dalam [3] memberikan jawapan kepada kedua-dua soalan, yang keduanya tidak kerana suhu di dalam beg Ziploc® mencapai maksimum 70 ~ 71 ° C sementara suhu di luar mencapai maksimum 77 ~ 78 ° C dan suhu di dalam beg Ziploc® meningkat perlahan berbanding rakan luarnya.

Gambar 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro menunjukkan sebotol suhu beg luar / dalam Ziploc® dalam fungsi masa (keluk oren sesuai dengan suhu dalam, lekukan biru ke suhu luar). Seperti yang dapat dilihat, suhu di dalam dan di luar berbeza dan juga meningkat pada kadar yang berbeza - perlahan di dalam beg Ziploc daripada di luar. Angka tersebut juga memberitahu bahawa fungsi suhu adalah dalam bentuk:

Suhu (t) = Suhu Lingkungan + (Suhu Akhir - Suhu Lingkungan) x (1 - e ^ (kadar kenaikan suhu x t))

Untuk suhu di luar beg Ziploc®, fungsi suhu dari segi masa adalah:

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

Dan untuk suhu di dalam beg Ziploc®, fungsi suhu dari segi masa adalah:

T (t) = 28.68 + 40.99 * (1 - e ^ (- 0,0182t))

Oleh itu, dengan semua data ini (dan hasil empirik lain), yang berikut dapat dinyatakan mengenai proses pemodelan DIY N95 Sterilizer ini:

- Pengering rambut yang berbeza boleh menghasilkan suhu yang berbeza - Sebilangan tidak dapat mencapai 70 ° C sementara yang lain akan melebihi rujukan ini. Bagi yang tidak dapat mencapai 70 ° C, mereka mesti dimatikan selepas waktu pemanasan awal (untuk mengelakkan pembaziran tenaga yang tidak berguna) dan beberapa mesej ralat harus diminta kepada pengendali pensterilan yang memaklumkan masalah ini. Tetapi bagi mereka yang melampaui rujukan darjah 70 ° C, perlu mematikan pengering rambut apabila suhu di atas suhu tertentu (70 + margin yang lebih tinggi) ° C (untuk mengelakkan kerosakan pada kapasiti perlindungan nafas N95) dan putarnya dihidupkan semula setelah N95 disejukkan ke suhu di bawah (70 - margin rendah) ° C, untuk meneruskan proses pensterilan;

- Sensor suhu LM35 tidak boleh berada di dalam beg Ziploc®, kerana beg perlu ditutup untuk mengelakkan pencemaran bilik dengan virus, jadi suhu LM35 harus diletakkan di luar beg;

- Oleh kerana suhu di dalamnya lebih rendah daripada rakannya di luar dan menuntut lebih banyak masa untuk meningkat, adalah wajib untuk memahami bagaimana proses penyejukan (penurunan) terjadi, kerana, jika suhu dalaman memerlukan lebih banyak waktu untuk menurun daripada suhu luaran, maka, ada hubungan sebab-akibat antara proses peningkatan / penurunan suhu beg Ziploc® di dalam / luar dan dengan itu mungkin menggunakan suhu luaran sebagai rujukan untuk mengatur keseluruhan proses pemanasan / penyejukan. Tetapi jika tidak, pendekatan lain akan diperlukan. Ini membawa kepada soalan pemodelan ke-5:

e. Adakah suhu di dalam beg Ziploc® menurun lebih perlahan daripada di luar?

Langkah ke-5 diambil untuk menjawab soalan ini dan suhu yang diperoleh semasa proses penyejukan (di dalam / luar beg Ziploc®) didaftarkan (tersedia di sini [4]). Dari suhu ini, fungsi penyejukan (dan kadar penyejukan masing-masing) ditemui untuk penyejukan di luar dan di dalam beg Ziploc®.

Beg fungsi penyejukan Ziploc® luar adalah: 42.17 * e ^ (- 0.0089t) + 33.88

Rakan dalam adalah: 37.31 * e ^ (- 0.0088t) + 30.36

Dengan ini, dapat dilihat bahawa kedua-dua fungsi menurun dengan cara yang sama (-0.0088 ≃ -0.0089) seperti Gambar 2 - Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro menunjukkan: (biru / oren masing-masing berada di luar / dalam beg Ziploc®)

Oleh kerana suhu di dalam beg Ziploc® menurun pada kadar yang sama dengan suhu di luarnya, suhu di luar tidak dapat digunakan sebagai rujukan untuk menjaga pengering rambut ketika pemanasan diperlukan kerana suhu di luar meningkat lebih cepat daripada suhu di dalam dan ketika suhu di luar mencapai (70 + margin yang lebih tinggi) ° C suhu dalam akan lebih rendah daripada suhu yang diperlukan untuk mensterilkan pernafasan. Dan sepanjang masa, suhu dalam akan mengalami penurunan dalam nilai sederhana. Oleh itu, perlu menggunakan fungsi suhu dalam dari waktu untuk menentukan masa yang diperlukan untuk meningkatkan suhu dari (70 - margin rendah) ° C hingga sekurang-kurangnya 70 ° C.

Dari margin rendah 3 ° C (dan akibatnya, suhu awal 67 ° C) untuk mencapai ≃ 70 ° C, perlu menunggu sekurang-kurangnya 120 saat, sesuai dengan fungsi suhu beg Ziploc® dari segi waktu.

Dengan semua jawapan untuk soalan pemodelan di atas, penyelesaian minimum yang dapat dilaksanakan dapat dibina. Sudah tentu, mesti ada ciri dan penambahbaikan yang tidak dapat didekati di sini - selalu ada sesuatu yang dapat dicari atau diperbaiki - tetapi semua elemen yang dihasilkan dapat membina penyelesaian yang diperlukan.

Ini membawa kepada penjelasan algoritma yang akan ditulis di Arduino, untuk mencapai model yang telah ditetapkan.

Langkah 2: Algoritma Operasi N95 Breather Sterilizer Automatic

Berdasarkan keperluan dan soalan pemodelan yang dijelaskan dalam langkah 2, algoritma yang dijelaskan dalam gambar di atas dikembangkan dan boleh dimuat turun di github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Langkah 3: Memuat naik Kod ke Arduino

1. Muat turun Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Muat turun kod sumber sterilisasi pengering rambut N95 -
3. Buka Arduino IDE
4. Tambahkan Perpustakaan Pemasa Arduino: Sketsa -> Sertakan Perpustakaan -> Tambah Perpustakaan. ZIP dan pilih fail Timer-master.zip, dari folder di mana ia dimuat turun
5. Ekstrak fail n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Buka fail n95hairdryersterilizer.ino dengan Arduino IDE
7. Terima arahan untuk membuat folder lakaran dan pindahkan n95hairdryersterilizer.ino ke sana
8. Masukkan Kabel USB Jenis A ke dalam Arduino UNO
9. Masukkan Kabel USB Jenis A ke dalam PC
10. Di Arduino IDE, dengan sketsa sudah terbuka, klik Sketch -> Upload (Ctrl + U) untuk memuat naik kod ke Arduino
11. Arduino bersedia untuk dijalankan!

Langkah 4: Perisai Relay Pendawaian ke Penyambung Elektrik

Bangunan Kabel Kuasa Relay Shield:

1. Landasan pin wayar dari penyambung lelaki elektrik ke pin ground penyambung wanita elektrik dengan wayar elektrik15A;

2. Kabelkan pin dari penyambung lelaki elektrik terus ke penyambung pembawa relay penyambung C dengan wayar elektrik 15A;

3. Kabelkan pin lain dari penyambung lelaki elektrik ke pin kiri penyambung wanita elektrik dengan wayar elektrik 15A;

4. Kabelkan pin kanan dari penyambung wanita elektrik terus ke penyambung NO relai pelindung relay dengan wayar elektrik 15A;

Memasukkan pengering rambut ke Relay Shield Power Cord:

5. Pasangkan penyambung lelaki elektrik pengering rambut ke penyambung wanita elektrik Relay Shield Power Cord

Langkah 5: Wiring Relay Shield ke Arduino

1. Kabel GND dari Arduino ke garis negatif Breadboard dengan kabel pelompat lelaki-ke-lelaki;

2. Wire pin 5V dari Arduino ke garis positif Breadboard dengan kabel jumper lelaki-ke-lelaki;

3. Wire digital pin # 2 dari Arduino ke pin isyarat Relay Shield dengan kabel jumper lelaki-ke-wanita;

4. Kawat pin 5V dari Relay Shield ke garis positif Breadboard dengan kabel pelompat lelaki-ke-wanita;

5. Pin wayar GND dari Relay Shield ke garis negatif Breadboard dengan kabel pelompat lelaki-ke-wanita;

Langkah 6: Pendawaian LM35 Sensor Suhu ke Arduino

Mengambil sisi rata sensor LM35 sebagai rujukan frontal:

1. Pin wayar 5V (pin 1 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke garis positif Breadboard dengan kabel pelompat wanita-ke-lelaki;

2. Pin isyarat wayar (pin ke-2 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke pin A0 Arduino dengan kabel pelompat wanita-ke-lelaki;

3. Pin wayar GND (pin 1 dari kiri ke kanan) dari LM35 ke garis negatif Breadboard dengan kabel pelompat wanita-ke-lelaki;

Langkah 7: Memasang Pengering Rambut ke Vise

1. Betulkan vise di atas meja

2. Letakkan pengering rambut di vise

3. Sesuaikan vise agar pengering rambut terpasang dengan baik

Langkah 8: Menyiapkan Sokongan Beg Ziploc®

1. Pilih buku nota spiral penutup keras dan letakkan dua gelang getah di dalamnya seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama;

2. Pilih potlid (seperti yang ditunjukkan pada gambar kedua) atau apa sahaja yang boleh digunakan sebagai sokongan untuk membiarkan buku nota spiral hardcover berada dalam kedudukan lurus;

3. Letakkan buku nota spiral bertutup keras dengan dua gelang getah di atas penutup periuk (seperti yang ditunjukkan pada gambar ketiga)

Langkah 9: Letakkan Breather Di Dalam Beg Ziploc®

1. Masukkan N95 Breather di dalam Ziploc® Bag dengan berhati-hati dan tutup dengan betul, untuk mengelakkan kemungkinan pencemaran bilik (Gambar 1);

2. Letakkan Ziploc® Bag pada penyokongnya (dibina pada langkah sebelumnya), tarik dua gelang getah yang diletakkan di atas buku nota spiral penutup keras (Gambar 2);

Langkah 10: Memasang Sensor Suhu ke Beg Ziploc® Di Luar

1. Pasang sensor LM35 di luar Ziploc® Bag dengan pita pelekat kecil, seperti gambar di atas;

Langkah 11: Letakkan N95 Breather dan Sokongannya pada Kedudukan yang Betul

1. N95 Breather hendaklah berada pada jarak 12.5 cm dari pengering rambut. Sekiranya diletakkan pada jarak yang lebih jauh, suhu tidak akan meningkat di atas 70 ° C dan pensterilan tidak akan berlaku sebagaimana mestinya. Sekiranya diletakkan dalam jarak yang lebih dekat, suhunya akan meningkat jauh di atas 70 ° C, menyebabkan bahaya pada pernafasan. Jadi 12.5 cm adalah jarak optimum untuk pengering rambut 1700W.

Sekiranya pengering rambut mempunyai kekuatan lebih kurang, jarak harus disesuaikan dengan betul untuk menjaga suhu sedekat mungkin hingga 70 ° C. Perisian di Arduino mencetak suhu setiap 1 saat, agar proses penyesuaian ini dapat dilaksanakan untuk pengering rambut yang berbeza;

Langkah 12: Melaksanakan Segala-galanya

Dengan semua sambungan dari langkah sebelumnya telah dilakukan, pasangkan penyambung lelaki elektrik kabel Relay Shield ke soket kuasa dan masukkan Kabel USB Jenis A ke Arduino dan ke dalam bekalan kuasa USB (atau port USB Komputer). Kemudian, sterilizer akan mula berfungsi seperti video di atas

Langkah 13: Rujukan

1. Lagu Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Penilaian ketidakaktifan haba pencemaran virus pada topeng perubatan [J]. JURNAL MIKROB DAN INFEKSI, 2020, 15 (1): 31-35. (tersedia di https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, diakses pada 08 April 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Algoritma Penangkapan Suhu dan Set Data Suhu Sepanjang Masa, 2020. (Terdapat di https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, diakses pada 09 April 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Memadankan / Memplot Algoritma dan Keperluannya, 2020. (Terdapat di https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, diakses pada 09 April 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Dataset Penyejukan Suhu, 2020. (Terdapat di https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, diakses pada 09 April 2020)