DIY föön N95 hingamissterilisaator: 13 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Vastavalt SONG jt. (2020) [1], N95 hingamisaparaadis viiruste inaktiveerimiseks piisab 30 minuti jooksul 70 ° C soojusest, mis on toodetud fööniga. Niisiis, see on teostatav viis, kuidas tavainimesed kasutavad oma igapäevategevuste ajal oma N95 hingamisaparaate uuesti, järgides teatud piiranguid, näiteks: hingamisaparaat ei tohi olla verega saastunud, hingamisaparaat ei tohi olla katki jne.

Autorid väidavad, et föön tuleks sisse lülitada ja lasta kuumutada 3, 4 minutit. Seejärel tuleb saastunud N95 hingamisaparaat panna tõmblukuga kotti ja hoida seda 30 minuti jooksul fööniga kuumutatud. Selle aja möödudes inaktiveeritakse viirused maskil tõhusalt, vastavalt nende uuringutele.

Kõik ülaltoodud toimingud ei ole automatiseeritud ja on piiranguid, mis võivad steriliseerimisprotsessi halvendada, näiteks kuumutamistemperatuur liiga madal (või liiga kõrge). Seega on selle projekti eesmärk kasutada fööni, mikrokontrollerit (atmega328, saadaval Arduino UNO -s), releekilpi ja temperatuuriandurit (lm35), et ehitada automaatne masksterilisaator, mis põhineb SONG jt. leiud.

Tarvikud

1x Arduino UNO;

1x LM35 temperatuuriandur;

1x releekilp;

1x 1700W kahekiiruseline föön (viide Taiff Black 1700W)

1x leivalaud;

2x isas-mees džemprikaablid (igaüks 15 cm);

6x mees-naissoost hüppajakaablit (igaüks 15 cm);

2x 0,5m 15A elektrijuhe;

1x naissoost elektripistik (vastavalt teie riigi standardile - Brasiilia on NBR 14136 2P+T);

1x isane elektripistik (vastavalt teie riigi standardile - Brasiilia on NBR 14136 2P+T);

1x A -tüüpi USB -kaabel (Arduino programmeerimiseks);

1x arvuti (lauaarvuti, sülearvuti, ükskõik milline);

1x Vise;

1x poti kaas;

2x kummipaelad;

1x kõvakaaneline spiraalmärkmik;

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

1x kleeplindi rull

1x 5V USB toiteallikas

Samm: automaatne N95 hingamissterilisaatori modelleerimine

Nagu varem öeldud, on selle projekti eesmärk luua automaatne steriliseerija, mis põhineb SONG et. al (2020) järeldused. Selle saavutamiseks on vaja järgmisi samme:

1. Kuumutage föönit 3 ~ 4 minutit, et saavutada temperatuur 70 ° C;

2. Laske föönil töötada 30 minutit, suunates selle Ziploc® -i kotis olevale hingamisaparaadile N95, et hingamisaparaadil olevad viirused inaktiveerida

Niisiis, lahenduse loomiseks koostati modelleerimisküsimused:

a. Kas kõik föönid toodavad pärast 3-4 -minutilist kuumutamist 70 ° C temperatuuri?

b. Kas föön (id) hoiab pärast 3-4 -minutilist kuumutamist konstantset temperatuuri 70 ° C?

c. Kas Ziploc® koti sees olev temperatuur on võrdne temperatuuriga väljaspool seda pärast 3–4 -minutilist kuumutamist?

d. Kas temperatuur Ziploc® koti sees tõuseb sama kiirusega kui temperatuur väljaspool seda?

Nendele küsimustele vastamiseks tehti järgmised sammud:

I. Salvestage kuumutuskõverad kahelt erinevalt föönilt 3–4 minutiks, et näha, kas mõlemad võivad saavutada 70 ° C

II. Salvestage fööni (de) kuumutuskõverad (LM35 andur peab olema selles etapis väljaspool Ziploc® kotti) 2 minutit pärast 3–4 -minutilist esmast kuumutamist

III. Registreerige temperatuur Ziploc® kotti 2 minutiks pärast 3–4 -minutilist esmast kuumutamist ja võrrelge seda II etapis registreeritud andmetega.

IV. Võrrelge II ja III etapis registreeritud küttekõveraid (Ziploc® kotiga seotud sise- ja välistemperatuurid)

Etapid I, II, III tehti LM35 temperatuurianduri ja Arduino algoritmi abil, mis on välja töötatud perioodilise (1 Hz - USB -jadaühenduse kaudu) LM35 anduri registreeritud temperatuuri teavitamiseks aja funktsioonis.

Temperatuuride ja salvestatud temperatuuride registreerimiseks välja töötatud algoritm on saadaval siin [2]

IV etapp realiseeriti etappides II ja III salvestatud andmete kaudu, samuti kahe Pythoni skripti abil, mis genereerisid kuumutusfunktsioone, et kirjeldada Ziploc® -koti sees ja väljas kuumutamist, samuti joonistati mõlemas etapis salvestatud andmete põhjal. Need Pythoni skriptid (ja nende käitamiseks vajalikud teegid) on saadaval siin [3].

Niisiis, pärast I, II, III ja IV sammu tegemist on võimalik vastata küsimustele a, b, c ja d.

Küsimuse jaoks a. vastus on ei, kuna seda on võimalik näha, võrreldes kahe erineva fööniga [2] registreeritud andmeid, et üks föön suudab saavutada 70 ° C, teine aga ainult 44 ° C

Küsimusele b vastamiseks ei arvestata fööniga, mis ei suuda saavutada 70 ° C temperatuuri. Andmete kontrollimine sellelt, mis suudab tõusta 70 ° C -ni (saadaval failis step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), on ka vastus punktile b ei, sest see ei suuda pärast esimest 4 -minutilist kuumutamisaega hoida konstantset temperatuuri 70 ° C.

Seejärel on vaja teada, kas temperatuurid Ziplocis ja väljaspool seda on võrdsed (küsimus c) ja kas need tõusevad sama kiiresti (küsimus d). Andmed, mis on saadaval failides step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] ja step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2], mis on esitatud kõverate sobitamise ja joonistamise algoritmidele [3], annavad vastused mõlemale küsimusele, mis on mõlemad ei, kuna Ziploc® koti temperatuur saavutas maksimaalse 70 ~ 71 ° C, samal ajal kui välistemperatuur saavutas maksimumi 77-78 ° C ja Ziploci koti sisetemperatuur tõusis aeglaselt kui välistemperatuur.

Joonis 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro näitab Ziploc® koti välis- / sisetemperatuuri graafikut aja funktsioonina (oranž kõver vastab sisetemperatuurile, sinine kõver välisele). Nagu on näha, on sise- ja välistemperatuurid erinevad ja tõusevad samuti erineva kiirusega - Ziploci koti sees aeglaselt kui väljaspool. Joonis annab ka teada, et temperatuurifunktsioonid on kujul:

Temperatuur (t) = keskkonna temperatuur + (lõplik temperatuur - keskkonna temperatuur) x (1 - e^(temperatuuri tõusu kiirus x t))

Kui temperatuur on väljaspool Ziploc® kotti, on temperatuurifunktsioon ajaliselt järgmine:

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

Ja Ziploc® koti sees oleva temperatuuri puhul on temperatuuri funktsioon ajaliselt järgmine:

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

Seega, kui kõik need andmed (ja muud empiirilised tulemused) on käepärast, saab selle DIY N95 steriliseerija modelleerimisprotsessi kohta öelda järgmist:

- Erinevad föönid võivad toota erinevaid temperatuure - mõned ei suuda saavutada 70 ° C, teised aga ületavad selle väärtuse palju. Nende puhul, mis ei suuda saavutada 70 ° C temperatuuri, tuleb need pärast esialgset kuumutamisaega välja lülitada (et vältida tarbetut energiaraiskamist) ja steriliseerija operaatorile tuleks teatada mõnest veateatest. Neile, kes ületavad 70 ° C viitepunkti, on vaja föön välja lülitada, kui temperatuur on üle teatud temperatuuri (70 + kõrgem piir) ° C (et vältida hingamispuhuri N95 kahjustusi) ja keerata see uuesti sisse lülitada, kui N95 on jahtunud temperatuurini alla (70 - madalam marginaal) ° C, steriliseerimisprotsessi jätkamiseks;

-LM35 temperatuuriandur ei saa olla Ziploc® koti sees, sest kott tuleb sulgeda, et vältida ruumi saastumist viiruste tüvedega, nii et LM35 temperatuur tuleks paigutada kotist välja;

-Kuna sisetemperatuur on madalam kui välistemperatuuril ja selle tõstmiseks on vaja rohkem aega, on kohustuslik mõista, kuidas toimub jahutusprotsess, sest kui sisetemperatuuri alandamine võtab rohkem aega kui välistemperatuur, on põhjuslik seos Ziploc® koti temperatuuri suurendamise/vähendamise vahel ja seega on võimalik kasutada välistemperatuuri võrdlusena kogu kütte-/jahutusprotsessi reguleerimiseks. Aga kui ei, siis on vaja teist lähenemist. See toob kaasa viienda modelleerimisküsimuse:

e. Kas Ziploc® koti sees langeb temperatuur aeglasemalt kui väljas?

Sellele küsimusele vastamiseks astuti viies samm ja registreeriti jahutusprotsessi käigus saadud temperatuurid (Ziploc® koti sees/väljas) (saadaval siit [4]). Nendest temperatuuridest avastati jahutusfunktsioonid (ja nende vastavad jahutuskiirused) Ziploc® -koti välis- ja sisemuse jahutamiseks.

Väline Ziploc® jahutusfunktsiooni kott on: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

Sisemine vaste on: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Seda silmas pidades on võimalik näha, et mõlemad funktsioonid vähenevad võrdselt (-0,0088 ≃ -0,0089), nagu näitab joonis 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (sinine/oranž on vastavalt Ziploc® kotti sees/sees))

Kuna temperatuur Ziploc® koti sees langeb sama kiirusega kui temperatuur väljaspool seda, ei saa välistemperatuuri kasutada võrdlusalusena, et hoida föön sisselülitamisel, kui seda vajatakse, sest välistemperatuur tõuseb kiiremini kui sisetemperatuur ja kui välistemperatuur jõuab (70 + kõrgem piir) ° C sisetemperatuur oleks madalam kui hingamisaparaadi steriliseerimiseks vajalik temperatuur. Ja aja jooksul väheneb sisetemperatuuri keskmine väärtus. Niisiis, aja jooksul on vaja kasutada sisetemperatuuri funktsiooni, et määrata vajalik aeg selle temperatuuri tõstmiseks (70 - madalam marginaal) ° C -lt vähemalt 70 ° C -ni.

Alates madalamast vahemikust 3 ° C (ja seega ka algtemperatuurist 67 ° C), et jõuda ≃ 70 ° C -ni, tuleb vastavalt Ziploc® koti temperatuurifunktsioonile oodata vähemalt 120 sekundit.

Kõigi ülaltoodud modelleerimisküsimuste vastustega saab luua minimaalselt elujõulise lahenduse. Loomulikult peab olema funktsioone ja täiustusi, millele siin ei saa läheneda - alati on midagi avastada või täiustada -, kuid kõik väljatöötatud elemendid suudavad luua vajaliku lahenduse.

See viib Arduinos kirjutatava algoritmi väljatöötamiseni väljakujunenud mudeli saavutamiseks.

2. samm: automaatne hingamissterilisaatori N95 tööalgoritm

Etapis 2 esile kerkinud nõuete ja modelleerimisküsimuste põhjal töötati välja ülaltoodud pildil kirjeldatud algoritmid ja need saab alla laadida saidilt github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Samm: koodi üleslaadimine Arduinosse

1. Laadige alla Arduino taimeriteek - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Laadige alla N95 fööni steriliseerija lähtekood -
3. Avage Arduino IDE
4. Lisage Arduino taimeriteek: visand -> Kaasa raamatukogu -> Lisa. ZIP -teek ja valige fail Timer-master.zip kaustast, kust see alla laaditi
5. Väljavõte failist n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Avage fail n95hairdryersterilizer.ino Arduino IDE abil
7. Nõustuge eskiisikausta loomise viibaga ja liigutage n95hairdryersterilizer.ino sinna
8. Sisestage A -tüüpi USB -kaabel Arduino UNO -sse
9. Sisestage A -tüüpi USB -kaabel arvutisse
10. Arduino IDE -s, kui visand on juba avatud, klõpsake koodi Arduinole üleslaadimiseks visandil -> üleslaadimisel (Ctrl + U)
11. Arduino on jooksmiseks valmis!

Samm 4: Releekaitsme ühendamine elektriühendustega

Relee kilbi toitejuhtme ehitamine:

1. Ühendage maanduspistik elektrilisest pistikust pistikupesa maanduspistikusse 15A elektrijuhtmega;

2. Ühendage tihvt elektrilisest pistikust otse 15A elektrijuhtmega releekilbi C -sisendisse;

3. Ühendage teine pistik elektrilisest pistikust 15A elektrijuhtmega elektrilise pistiku vasakpoolsesse tihvti;

4. Ühendage parem pistik elektrilisest pistikust otse 15A elektrijuhtmega releekilbi NO -ühendusega pistikupessa;

Fööni ühendamine releekilbi toitejuhtmega:

5. Ühendage fööni elektriline isasliides relee kilbi toitejuhtme elektrilisse pistikusse

Samm: relee kilbi ühendamine Arduinoga

1. Ühendage GND Arduino'st leivaplaadi negatiivsele joonele isas-mees-hüppajakaabliga;

2. Ühendage Arduino 5V tihvt leivaplaadi positiivsele joonele isaste ja isaste hüppajakaablitega;

3. Ühendage Arduino digitaalne tihvt nr 2 releekilbi signaaliotsasse isas-naissoost kaabli abil;

4. Ühendage releekaitselt 5 V tihvt leivaplaadi positiivse joonega isas-naissoost kaabliga;

5. Ühendage GND tihvt releekilbilt leivaplaadi negatiivsele joonele isas-naissoost hüppajakaabliga;

Samm: ühendage LM35 temperatuuriandur Arduinoga

Võttes LM35 anduri tasase külje eesmise võrdlusena:

1. Ühendage 5 V tihvt (1. tihvt vasakult paremale) LM35-st leivaplaadi positiivsele joonele naissoost-isase hüppajakaabliga;

2. Traadi signaali tihvt (2. tihvt vasakult paremale) LM35-st Arduino A0-tihvtiga koos naissoost-isase hüppajakaabliga;

3. Ühendage GND tihvt (1. tihvt vasakult paremale) LM35-st leivaplaadi negatiivsele joonele naissoost-isase hüppajakaabliga;

Samm: fööni kinnitamine vise külge

1. Kinnitage kruustang laua kohale

2. Asetage föön kruustangidesse

3. Reguleerige kruustang, et föön oleks hästi kinnitatud

8. samm: Ziploc® koti toe ettevalmistamine

1. Valige kõvakaaneline spiraalmärkmik ja asetage sinna kaks kummipaela, nagu esimesel pildil näidatud;

2. Valige potlid (nagu see, mis on näidatud teisel pildil) või kõik, mida saab kasutada toena, et jätta kõvakaaneline spiraalmärkmik sirgesse asendisse;

3. Asetage kõvakaaneline spiraalmärkmik kahe kummipaelaga kausi ülaossa (nagu näidatud kolmandal pildil)

9. samm: hingamispuhuja asetamine Ziploc® kotti

1. Asetage hingamispuhur N95 ettevaatlikult Ziploc® kotti ja sulgege see vastavalt, et vältida võimalikku ruumi saastumist (joonis 1);

2. Asetage Ziploc® kott oma toele (ehitatud eelmisele sammule), tõmmates kaks kummipaela, mis on asetatud kõvakaanelise spiraalmärkmiku peale (joonis 2);

10. samm: temperatuurianduri kinnitamine Ziploc® kotti väljastpoolt

1. Kinnitage LM35 andur väljaspool Ziploc® kotti väikese kleeplindiga, nagu ülal näidatud;

Samm 11: N95 hingamisseadme ja selle toe asetamine õigesse asendisse

1. N95 Breather peaks olema 12,5 cm kaugusel föönist. Kui see asetatakse kaugemale, ei tõuse temperatuur üle 70 ° C ja steriliseerimine ei toimu nii nagu peaks. Kui see asetatakse lähemale, tõuseb temperatuur tunduvalt üle 70 ° C, kahjustades hingamist. Seega on 12,5 cm optimaalne kaugus 1700 W föönile.

Kui föönil on suurem või väiksem võimsus, tuleks kaugust korralikult reguleerida, et hoida temperatuur võimalikult lähedal 70 ° C -le. Arduino tarkvara prindib temperatuuri iga 1 sekundi tagant, et muuta see reguleerimisprotsess erinevate föönide jaoks teostatavaks;

12. samm: pange kõik tööle

Kui kõik eelnevate sammude ühendused on tehtud, ühendage Relay Shieldi toitejuhtme elektriline pistik pistikupessa ja sisestage A -tüüpi USB -kaabel Arduino ja USB -toiteallikasse (või arvuti USB -porti). Seejärel hakkab steriliseerija töötama nagu ülaltoodud video

Samm 13: Viited

1. Laul Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Viirusega nakatumise kuumusega inaktiveerimise hindamine meditsiinimaskil [J]. MIKROBIDE JA INFEKTSIOONIDE AJAKIRI, 2020, 15 (1): 31–35. (saadaval aadressil https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, vaadatud 8. aprillil 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Temperatuuri jäädvustamise algoritm ja temperatuuri ajas andmekogumid, 2020. (Saadaval aadressil https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, juurdepääs 9. aprillil 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Paigaldus-/joonistusalgoritmid ja selle nõuded, 2020. (Saadaval aadressil https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, juurdepääs 9. aprillil 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Temperatuuri jahutuse andmekogumid, 2020. (Saadaval aadressil https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, juurdepääs 9. aprillil 2020)