DIY Hårføner N95 åndedrettssterilisator: 13 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

I følge SONG et al. (2020) [1], 70 ° C varme produsert av en hårføner i løpet av 30 minutter er nok til å inaktivere virus i en N95 puste. Så det er en mulig måte for vanlige mennesker å bruke N95-pusten på nytt under daglige aktiviteter, med respekt for visse begrensninger som: pusten må ikke være forurenset med blod, pusten må ikke brytes osv.

Forfatterne opplyser at hårføner skal slås på og la varme i 3, 4 minutter. Deretter må en forurenset N95 -pust settes i en pose med glidelås og underkastes 30 minutter varme produsert av hårføner. Etter denne tiden ville virus blitt effektivt inaktivert på masken, ifølge studiene.

Alle handlingene som er nevnt ovenfor er ikke automatiserte, og det er begrensninger som kan forringe steriliseringsprosessen som oppvarmingstemperatur for lav (eller for høy). Så dette prosjektet tar sikte på å bruke en hårføner, en mikrokontroller (atmega328, tilgjengelig på Arduino UNO), et reléskjerm og en temperatursensor (lm35) for å bygge en automatisk maskesterilisator basert på SONG et al. funn.

Rekvisita

1x Arduino UNO;

1x LM35 temperatursensor;

1x reléskjerm;

1x 1700W hårføner med dobbel hastighet (Taiff svart 1700W som referanse)

1x brødbrett;

2x mann-til-mann-jumperkabler (15 cm hver);

6x mann-til-hunn-hoppekabler (15 cm hver);

2x 0,5m 15A elektrisk ledning;

1x kvinnelig elektrisk kontakt (i henhold til landets standard - Brasil er NBR 14136 2P+T);

1x mannlig elektrisk kontakt (i henhold til landets standard - Brasil er NBR 14136 2P+T);

1x USB -kabel type A (for å programmere Arduino);

1x datamaskin (stasjonær, bærbar, hvilken som helst);

1x Vise;

1x gryte lokk;

2x gummibånd;

1x innbundet spiral notatbok;

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

1x selvklebende tape -rull

1x 5V USB strømforsyning

Trinn 1: Automatisk N95 åndedrettssteriliseringsmodellering

Som nevnt tidligere, har dette prosjektet som mål å bygge en automatisk sterilisator basert på SONG et. al (2020) funn. Følgende trinn er nødvendige for å oppnå det:

1. Varm hårføner i 3 ~ 4 minutter for å oppnå 70 ° C temperatur;

2. La hårføner stå på i 30 minutter mens du peker den mot N95 -pusten inne i en Ziploc® -pose for å deaktivere virus på pusten

Så modelleringsspørsmål ble formulert for å bygge en løsning:

en. Produserer alle hårfønere 70 ° C temperatur etter oppvarming i 3 ~ 4 minutter?

b. Holder/holder hårføner (e) en konstant temperatur på 70 ° C etter 3 ~ 4 minutter med oppvarming?

c. Er temperaturen inne i Ziploc® -posen lik temperaturen utenfor den etter 3 ~ 4 minutter med oppvarming?

d. Øker temperaturen inne i Ziploc® -posen i samme takt som temperaturen utenfor den?

For å svare på disse spørsmålene ble følgende trinn tatt:

I. Registrer varmekurver fra to forskjellige hårfønere i 3 ~ 4 minutter for å se om begge kan oppnå 70 ° C

II. Registrer hårføner (e) varmekurver (LM35 -sensoren må være utenfor Ziploc® -posen i dette trinnet) i 2 minutter etter 3 ~ 4 minutter med første oppvarming

III. Registrer temperaturen inne i Ziploc® -posen i 2 minutter etter 3 ~ 4 minutter med første oppvarming, og sammenlign den med data registrert i trinn II.

IV. Sammenlign varmekurver registrert i trinn II og III (innvendig og utvendig temperatur relatert til Ziploc® -pose)

Trinn I, II, III ble gjort ved bruk av en LM35 temperatursensor og en Arduino algoritme utviklet for å informere periodisk (1Hz - gjennom USB seriell kommunikasjon) temperatur registrert av LM35 sensor i funksjon av tid.

Algoritmen utviklet for å registrere temperaturer og registrerte temperaturer er tilgjengelig her [2]

Trinn IV ble realisert gjennom data registrert i trinn II og III, samt gjennom to Python -skript som genererte oppvarmingsfunksjoner for å beskrive oppvarming inne og utenfor Ziploc® -posen, samt plott fra dataene som ble registrert i begge trinn. Disse Python -skriptene (og bibliotekene som kreves for å kjøre dem) er tilgjengelige her [3].

Så etter å ha utført trinn I, II, III og IV er det mulig å svare på spørsmål a, b, c og d.

For spørsmål a. svaret er Nei som det er mulig å se, sammenligne data registrert fra 2 forskjellige hårfønere i [2] om at en hårføner klarer å oppnå 70 ° C mens andre bare kan oppnå 44 ° C

For å svare på spørsmål b, blir hårføner som ikke kan oppnå 70 ° C ignorert. Ved å inspisere data fra den som kan nå 70 ° C (tilgjengelig på fil step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) er svaret på b også nei fordi den ikke kan holde en konstant 70 ° C temperatur etter de første 4 minutters oppvarmingstiden.

Deretter er det nødvendig å vite om temperaturene i og utenfor Ziploc er like (spørsmål c) og om de øker med samme hastighet (spørsmål d). Data tilgjengelig på filene step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] og step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] sendt til kurvetilpasning og plottingsalgoritmer i [3] gir svar på begge spørsmålene, som begge er nei fordi temperaturen inne i Ziploc® -posen nådde maksimalt 70 ~ 71 ° C mens temperaturen utenfor nådde maksimalt 77 ~ 78 ° C og Ziploc® -posens innetemperatur økte sakte enn utsiden.

Figur 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro viser en oversikt over utsiden / innsiden av Ziploc® posetemperaturer i funksjon av tiden (oransje kurve tilsvarer innsiden temperatur, blå kurve til utsiden). Som det er mulig å se, er innvendig og utvendig temperatur forskjellig og øker også med forskjellige hastigheter - sakte inne i Ziploc -posen enn ute. Figuren informerer også om at temperaturfunksjonene er i form av:

Temperatur (t) = Miljøtemperatur + (Sluttemperatur - Miljøtemperatur) x (1 - e^(temperaturøkningshastighet x t))

For temperaturen utenfor Ziploc® -posen er temperaturfunksjonen når det gjelder tid:

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

Og for temperaturen inne i Ziploc® -posen, er temperaturfunksjonen når det gjelder tid:

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

Så med alle disse dataene (og andre empiriske resultater) for hånden, kan følgende angis om denne DIY N95 Sterilisator -modelleringsprosessen:

-Ulike hårfønere kan produsere forskjellige temperaturer - Noen vil ikke kunne oppnå 70 ° C mens andre vil overgå denne referansen mye. For de som ikke kan oppnå 70 ° C, må de slås av etter den første oppvarmingstiden (for å unngå unødvendig sløsing med energi), og en feilmelding bør bli spurt til sterilisatorens operatør om dette problemet. Men for de som overskrider 70 ° C -referanse, er det nødvendig å slå av hårføner når temperaturen er over en viss temperatur (70 + overlegen margin) ° C (for å unngå skader på N95 -pustens beskyttelseskapasitet) og slå den på på igjen etter at N95 ble avkjølt til en temperatur under (70 - dårligere margin) ° C, for å fortsette steriliseringsprosessen;

-LM35 -temperatursensoren kan ikke være inne i Ziploc® -posen, fordi posen må forsegles for å unngå forurensning av rommet med virusstammer, så LM35 -temperaturen bør plasseres utenfor posen;

-Som temperaturen inne er mindre enn den ytre motparten og krever mer tid å øke, er det obligatorisk å forstå hvordan kjøleprosessen (avtagende) skjer, fordi hvis det tar lengre tid å senke den innvendige temperaturen enn utetemperaturen, så er det en årsakssammenheng mellom økende/synkende prosess innen/utenfor Ziploc® posetemperatur og dermed er det mulig å bruke den eksterne temperaturen som en referanse for å regulere hele oppvarmings-/kjøleprosessen. Men hvis ikke, vil en annen tilnærming være nødvendig. Dette fører til et femte modelleringsspørsmål:

e. Senker temperaturen inne i Ziploc® -posen saktere enn ute?

Et femte trinn ble tatt for å svare på dette spørsmålet, og temperaturer oppnådd under kjøleprosessen (inne/utenfor Ziploc® -pose) ble registrert (tilgjengelig her [4]). Fra disse temperaturene ble kjølefunksjoner (og deres respektive kjølehastigheter) oppdaget for kjøling utenfor og inne i Ziploc® -posen.

Den ytre Ziploc® kjølefunksjonsposen er: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

Den indre motparten er: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Med dette i bakhodet er det mulig å se at begge funksjonene reduseres på samme måte (-0.0088 ≃ -0.0089) som figur 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro viser: (blå/oransje er henholdsvis utsiden/inne i Ziploc® -posen)

Siden temperaturen inne i Ziploc® -posen synker med samme hastighet som temperaturen utenfor, kan ikke utetemperaturen brukes som en referanse for å holde hårføner på når det er behov for oppvarming fordi utetemperaturen øker raskere enn innetemperaturen og når utetemperaturen når (70 + overlegen margin) ° C innetemperatur ville være lavere enn nødvendig temperatur for å sterilisere pusten. Og med tiden vil innetemperaturen oppleve en utvannet nedgang i middelverdien. Så det er nødvendig å bruke innetemperaturfunksjonen når det gjelder tid for å bestemme den nødvendige tiden for å øke temperaturen fra (70 - dårligere margin) ° C til minst 70 ° C.

Fra en lavere margin på 3 ° C (og følgelig en starttemperatur på 67 ° C) for å nå ≃ 70 ° C, er det nødvendig å vente minst 120 sekunder, i henhold til innsiden av Ziploc® -posens temperaturfunksjon når det gjelder tid.

Med alle svarene på modelleringsspørsmålene ovenfor, kan en minimalt levedyktig løsning bygges. Selvfølgelig må det være funksjoner og forbedringer som ikke kunne nås her inne - det er alltid noe å oppdage eller forbedre - men det er at alle elementer som fremkalles er i stand til å bygge den nødvendige løsningen.

Dette fører til utarbeidelse av en algoritme som skal skrives på Arduino, for å oppnå den etablerte modellen.

Trinn 2: Automatisk operasjonsalgoritme for N95 åndedrettsluftsterilisator

Basert på krav og modelleringsspørsmål som ble fremkalt i trinn 2, ble algoritmer beskrevet i bildet ovenfor utviklet og tilgjengelig for nedlasting fra github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Trinn 3: Last opp kode til Arduino

1. Last ned Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Last ned kildekoden for N95 hårfønersterilisator -
3. Åpne Arduino IDE
4. Legg til Arduino Timer Library: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library og velg Timer-master.zip -filen fra mappen der den ble lastet ned
5. Pakk ut filen n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Åpne filen n95hairdryersterilizer.ino med Arduino IDE
7. Godta ledeteksten for å lage en skissemappe og flytt n95hairdryersterilizer.ino til det
8. Sett inn USB -kabel Type A i Arduino UNO
9. Sett inn USB -kabel Type A i PC -en
10. På Arduino IDE, med skissen allerede åpen, klikker du på Sketch -> Last opp (Ctrl + U) for å laste opp kode til Arduino
11. Arduino er klar til å løpe!

Trinn 4: Ledningsreléskjerm til elektriske kontakter

Bygg reléskjerm:

1. Koble jordnålen fra den elektriske hannkontakten til jordingsstiftet på den elektriske hunkontakten med 15A elektrisk ledning;

2. Koble en pinne fra den elektriske hankontakten direkte til C -bore kontakten på reléskjermen med 15A elektrisk ledning;

3. Koble den andre pinnen fra den elektriske hankontakten til den venstre pinnen på den elektriske hunkontakten med 15A elektrisk ledning;

4. Koble den riktige pinnen fra den elektriske hunkontakten direkte til NO -kontakten på reléskjermen med 15A elektrisk ledning;

Plugg hårføner til reléskjoldets strømledning:

5. Koble hårfønerens elektriske hankontakt til Relay Shield -strømledningens elektriske hunkontakt

Trinn 5: Ledningsreléskjerm til Arduino

1. Koble GND fra Arduino til en negativ linje av brødbrett med en mann-til-mann-jumperkabel;

2. Koble 5V-pinnen fra Arduino til en positiv linje av brødbrett med en mann-til-mann-jumperkabel;

3. Koble digital pinne nr. 2 fra Arduino til signalnålen på reléskjoldet med mann-til-kvinne-jumperkabel;

4. Koble 5V-pinnen fra Relay Shield til den positive linjen på brødbrettet med en mann-til-kvinne-startkabel;

5. Koble GND-pinnen fra Relay Shield til den negative linjen på brødbrettet med en mann-til-kvinne-startkabel;

Trinn 6: Kabling av LM35 temperatursensor til Arduino

Tar den flate siden av LM35 -sensoren som referanse foran:

1. Koble 5V-pinnen (1. pinne fra venstre til høyre) fra LM35 til den positive linjen på brødbrettet med hun-til-mann-startkabel;

2. Ledningssignalstift (2. pin fra venstre til høyre) fra LM35 inn i A0-pinne på Arduino med hun-til-mann-jumperkabel;

3. Led GND-pinnen (1. pinne fra venstre til høyre) fra LM35 inn i den negative linjen på brødbrettet med hun-til-mann-startkabel;

Trinn 7: Fest hårføner til Vise

1. Fest skrustikken over et bord

2. Legg hårføner i skruen

3. Juster skruen slik at hårføner sitter godt festet

Trinn 8: Klargjøring av Ziploc® Bag Support

1. Velg den innbundne spiralboken og legg to gummibånd i den som vist på første bilde;

2. Velg en potlid (som den som er vist på det andre bildet) eller noe som kan brukes som støtte for å la den innbundne spiralboken stå rett;

3. Plasser den innbundne spiralboken med to gummibånd øverst på lokket (som vist på det tredje bildet)

Trinn 9: Plasser pusten i Ziploc® -vesken

1. Legg N95 Breather forsiktig i Ziploc® -posen og forsegl den deretter, for å unngå mulig forurensning av rommet (Bilde 1);

2. Plasser Ziploc® Bag ved støtten (bygget på forrige trinn), trekk i de to gummibåndene som er plassert over den innbundne spiralboken (Bilde 2);

Trinn 10: Fest temperatursensoren til Ziploc® -posen utenfor

1. Fest LM35 -sensoren utenfor Ziploc® -vesken med litt tape, som vist ovenfor;

Trinn 11: Plasser N95 Breather og dens støtte i riktig posisjon

1. N95 Breather skal være på 12,5 cm avstand fra hårføner. Hvis den plasseres i en større avstand, vil temperaturen ikke stige over 70 ° C, og sterilisering vil ikke skje som den skal. Hvis den plasseres på en nærmere avstand, vil temperaturen øke godt over 70 ° C, forårsake skade på pusten. Så 12,5 cm er den optimale avstanden for en 1700W hårføner.

Hvis hårføner har mer eller mindre styrke, bør avstanden justeres riktig for å holde temperaturen nær 70 ° C som mulig. Programvaren på Arduino skriver ut temperatur hvert 1. sekund, for å gjøre denne justeringsprosessen mulig for forskjellige hårfønere;

Trinn 12: Sette alt i arbeid

Når alle tilkoblinger fra tidligere trinn er utført, kobler du Relay Shield -strømledningens elektriske hankontakt til en stikkontakt og setter USB -kabel Type A inn i Arduino og i en USB -strømforsyning (eller datamaskinens USB -port). Deretter begynner sterilisatoren å fungere akkurat som videoen ovenfor

Trinn 13: Referanser

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Evaluering av varmeinaktivering av virusforurensning på medisinsk maske [J]. JOURNAL OF MICROBES AND INFECTIONS, 2020, 15 (1): 31-35. (tilgjengelig på https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, åpnet 08. april 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Datarett for temperaturregistrering av algoritme og temperatur over tid, 2020. (Tilgjengelig på https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, tilgjengelig i april 09, 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Tilpasning/plotting av algoritmer og dets krav, 2020. (Tilgjengelig på https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, tilgjengelig i april 09, 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Temperaturkjøling Datasett, 2020. (Tilgjengelig på https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, åpnet i 09. april 2020)