Направи си сам сешоар N95 Дишащ стерилизатор: 13 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Според SONG et al. (2020) [1], 70 ° C топлина, произведена от сешоар в продължение на 30 минути, е достатъчна, за да деактивира вирусите в вентилатора N95. Така че, това е възможен начин обикновените хора да използват повторно дишащите си N95 по време на ежедневните дейности, като спазват определени ограничения като: дишането не трябва да бъде замърсено с кръв, дишането не трябва да бъде счупено и т.н.

Авторите заявяват, че сешоарът трябва да бъде включен и оставен да загрява за 3, 4 минути. След това замърсеният обезвъздушител N95 трябва да се постави в торбата с цип и да се подложи на 30 минути топлина, произведена от сешоара. Според това проучване вирусите ще бъдат ефективно инактивирани върху маската.

Всички горепосочени действия не са автоматизирани и има ограничения, които могат да влошат процеса на стерилизация, като прекалено ниска (или твърде висока) температура на нагряване. Така че този проект има за цел да използва сешоар, микроконтролер (atmega328, наличен в Arduino UNO), релеен щит и температурен сензор (lm35) за изграждане на автоматичен стерилизатор за маски на базата на SONG et al. констатации.

Консумативи

1x Arduino UNO;

1x LM35 температурен сензор;

1x релеен щит;

1x 1700W Двускоростен сешоар (Taiff Black 1700W за справка)

1x Платка;

2x джъмперни кабели от мъж към мъж (по 15 см всеки);

6x джъмперни кабели от мъжки към женски (по 15 см всеки);

2x 0.5m 15A електрически проводник;

1x женски електрически конектор (според стандарта на вашата страна - Бразилия е NBR 14136 2P+T);

1x мъжки електрически конектор (според стандарта на вашата страна - Бразилия е NBR 14136 2P+T);

1x USB кабел тип А (за програмиране на Arduino);

1x компютър (настолен компютър, преносим компютър, всеки);

1x Виза;

1x капак на тенджера;

2x гумени ленти;

1x спирална тетрадка с твърди корици;

1x торба Ziploc® Quart (17.7cm x 18.8cm);

1x ролка лепяща лента

1x 5V USB захранване

Стъпка 1: Автоматично моделиране на дихателен стерилизатор N95

Както бе посочено по -горе, този проект има за цел да изгради автоматичен стерилизатор на базата на SONG et. al (2020). За постигането му са необходими следните стъпки:

1. Загрейте сешоар за 3 ~ 4 минути, за да постигнете температура 70 ° C;

2. Оставете сешоар за 30 минути, докато го насочвате към вентилатора N95 вътре в торбичка Ziploc®, за да деактивирате вирусите в дишането

И така, моделиращите въпроси бяха формулирани, за да се изгради решение:

а. Всички сешоари произвеждат ли температура 70 ° C след нагряване за 3 ~ 4 минути?

б. Поддържа ли/сешоарът (ите) постоянна температура 70 ° C след 3 ~ 4 минути нагряване?

° С. Равна ли е температурата в торбата Ziploc® на температурата извън нея след 3 ~ 4 минути нагряване?

д. Повишава ли се температурата в торбата Ziploc® със същата скорост като температурата извън нея?

За да се отговори на тези въпроси, бяха предприети следните стъпки:

I. Запишете кривите на нагряване от два различни сешоара за 3 ~ 4 минути, за да видите дали и двете могат да постигнат 70 ° C

II. Запишете кривите на отопление на сешоара (сензорът LM35 трябва да е извън торбата Ziploc® на тази стъпка) за 2 минути след 3 ~ 4 минути първоначално нагряване

III. Запишете температурата в торбата Ziploc® за 2 минути след 3 ~ 4 минути първоначално нагряване и я сравнете с данните, регистрирани в стъпка II.

IV. Сравнете отоплителните криви, регистрирани на стъпки II и III (вътрешни и външни температури, свързани с торбата Ziploc®)

Стъпки I, II, III бяха направени с помощта на температурен сензор LM35 и алгоритъм Arduino, разработен за периодично информиране (1Hz - чрез USB последователна комуникация) температура, регистрирана от сензора LM35 във функция на времето.

Алгоритъмът, разработен за запис на температури, и записаните температури са достъпни тук [2]

Стъпка IV беше реализирана чрез данни, записани в стъпки II и III, както и чрез два скрипта на Python, които генерираха функции за нагряване, за да опишат отоплението вътре и извън Ziploc® торбата, както и графики от данните, записани на двата етапа. Тези скриптове на Python (и библиотеки, необходими за тяхното изпълнение) са достъпни тук [3].

Така че, след като направите стъпки I, II, III и IV, е възможно да отговорите на въпроси a, b, c и d.

За въпрос а. отговорът е Не, тъй като е възможно да се види, сравнявайки данните, регистрирани от 2 различни сешоара в [2], че един сешоар може да постигне 70 ° C, докато другият може да постигне само 44 ° C

За да отговорите на въпрос б, сешоарът, който не може да достигне 70 ° C, се пренебрегва. При проверка на данни от този, който може да достигне 70 ° C (наличен на файла step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) отговорът на b също е не, тъй като не може да поддържа постоянна температура от 70 ° C след първоначалните 4 минути на нагряване.

След това е необходимо да се знае дали температурите вътре и извън Ziploc са равни (въпрос в) и дали се увеличават със същата скорост (въпрос г). Данните, налични във файловете step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] и step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2], представени за алгоритми за подреждане на криви и начертаване в [3], дават отговори на двата въпроса, които и двете са „не“, тъй като температурата в торбата Ziploc® достига максимум 70 ~ 71 ° C, докато външната температура достигна максимум 77 ~ 78 ° C и вътрешната температура на чантата на Ziploc® се повиши бавно от външната му колега.

Фигура 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro показва графика на външни / вътрешни температури на торбата Ziploc® в зависимост от времето (оранжевата крива съответства на вътрешната температура, синята на външната). Както е възможно да се види, вътрешните и външните температури са различни и също се увеличават с различна скорост - бавно вътре в торбата Ziploc, отколкото навън. Фигурата също така информира, че температурните функции са под формата на:

Температура (t) = Температура на околната среда + (Крайна температура - Температура на околната среда) x (1 - e^(скорост на повишаване на температурата x t))

За температурата извън торбата Ziploc®, температурната функция по отношение на времето е:

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

А за температурата вътре в торбата Ziploc®, температурната функция по отношение на времето е:

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

Така че с всички тези данни (и други емпирични резултати) под ръка може да се каже следното за този процес на моделиране на стерилизатор DIY N95:

-Различните сешоари могат да произвеждат различни температури - Някои няма да могат да достигнат 70 ° C, докато други много ще надминат тази препоръка. За тези, които не могат да достигнат 70 ° C, те трябва да бъдат изключени след първоначалното време за нагряване (за да се избегне безполезна загуба на енергия) и трябва да се подкани съобщение за грешка до оператора на стерилизатора, който информира този проблем. Но за тези, които надвишават 70 ° C, е необходимо да изключите сешоара, когато температурата е над определена температура (70 + по -висок марж) ° C (за да избегнете увреждане на защитния капацитет на вентилатора N95) и да го включите отново се включва след охлаждане на N95 до температура под (70 - долна граница) ° C, за да продължи процеса на стерилизация;

-Температурният сензор LM35 не може да бъде вътре в торбата Ziploc®, тъй като торбата трябва да бъде запечатана, за да се избегне замърсяване на помещението с вирусни щамове, така че температурата на LM35 трябва да бъде поставена извън торбата;

-Тъй като вътрешната температура е по -ниска от външната й и изисква повече време за повишаване, е задължително да се разбере как протича охлаждащият (намаляващ) процес, защото, ако на вътрешната температура е необходимо повече време да се понижи, отколкото на външната температура, значи има причинно -следствена връзка между увеличаване/намаляване на процеса на вътрешна/външна температура на торбата на Ziploc® и по този начин е възможно да се използва външната температура като отправна точка за регулиране на целия процес на отопление/охлаждане. Но ако това не стане, ще е необходим друг подход. Това води до пети въпрос за моделиране:

д. Температурата вътре в торбата Ziploc® намалява ли по -бавно, отколкото навън?

Направена е пета стъпка, за да се отговори на този въпрос, и температурите, получени по време на процеса на охлаждане (вътре/извън торбата Ziploc®), са регистрирани (налични тук [4]). От тези температури бяха открити охлаждащи функции (и съответните им скорости на охлаждане) за охлаждане отвън и вътре в торбата Ziploc®.

Външната функция за охлаждане на Ziploc® е: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

Вътрешният еквивалент е: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

Имайки предвид това, е възможно да се види, че и двете функции намаляват по еднакъв начин (-0,0088 ≃ -0,0089), както показва Фигура 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro показва: (синьо/оранжево е съответно отвън/вътре в торбата Ziploc®)

Тъй като температурата вътре в торбата Ziploc® намалява със същата скорост като температурата извън нея, външната температура не може да се използва като отправна точка за поддържане на сешоара, когато е необходимо отопление, тъй като външната температура се повишава по -бързо от вътрешната температура и когато външната температура достига (70 + по -висок марж) ° C вътрешната температура би била по -ниска от необходимата температура за стерилизиране на вентилатора. С течение на времето вътрешната температура ще изпита намалено намаляване на средната си стойност. Така че е необходимо да се използва функцията за вътрешна температура по отношение на времето, за да се определи необходимото време за повишаване на температурата му от (70 - долна граница) ° C до поне 70 ° C.

От по -нисък марж от 3 ° C (и следователно начална температура 67 ° C), за да достигне ≃ 70 ° C, е необходимо да се изчака поне 120 секунди, според вътрешната температурна функция на торбата Ziploc®.

С всички отговори на въпросите за моделиране по -горе може да се изгради минимално жизнеспособно решение. Разбира се, трябва да има функции и подобрения, до които тук не може да се подходи - винаги има какво да се открие или подобри - но това е, че всички извлечени елементи са в състояние да създадат необходимото решение.

Това води до разработването на алгоритъм, който да бъде написан в Arduino, за да се постигне установения модел.

Стъпка 2: Автоматичен алгоритъм за работа на дихателен стерилизатор N95

Въз основа на изискванията и въпросите за моделиране, предизвикани в стъпка 2, бяха разработени алгоритми, описани в горната картина, и са достъпни за изтегляне на github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Стъпка 3: Качване на код в Arduino

1. Изтеглете Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Изтеглете изходния код за стерилизатор за сешоар N95 -
3. Отворете Arduino IDE
4. Добавяне на Arduino Timer Library: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library и изберете Timer-master.zip файл от папката, където е изтеглен
5. Извлечете n95hairdryersterilizer-master.zip файл
6. Отворете файла n95hairdryersterilizer.ino с Arduino IDE
7. Приемете подкана за създаване на папка с скици и преместете n95hairdryersterilizer.ino там
8. Поставете USB кабел тип А в Arduino UNO
9. Поставете USB кабел тип А в компютъра
10. В Arduino IDE, когато скицата вече е отворена, щракнете върху Sketch -> Качване (Ctrl + U), за да качите код в Arduino
11. Arduino е готов за работа!

Стъпка 4: Окабеляване на релейния щит към електрическите конектори

Изграждане на захранващ кабел на релейния щит:

1. Свържете заземяващия проводник от електрическия мъжки конектор към заземяващия щифт на електрическия женски конектор с 15A електрически проводник;

2. Свържете щифт от електрически мъжки конектор директно към конектора на C на релейния щит с 15A електрически проводник;

3. Свържете другия щифт от електрическия мъжки конектор в левия щифт на електрическия женски конектор с 15A електрически проводник;

4. Свържете десния щифт от електрическия женски конектор директно към NO конектор на релейния щит с 15A електрически проводник;

Включване на сешоар в захранващия кабел на релейния щит:

5. Включете електрическия мъжки конектор на сешоара в електрическия женски конектор на захранващия кабел на релето

Стъпка 5: Окабеляване на релейния щит към Arduino

1. Свържете GND от Arduino към отрицателна линия на платката с кабел от джъмпер от мъжки към мъжки;

2. Свържете 5V щифт от Arduino към положителна линия на платката с кабел от джъмпер от мъжки към мъжки;

3. Свържете цифров щифт #2 от Arduino към сигналния извод на релейния щит с джъмпер кабел от мъжки към женски;

4. Свържете 5V щифт от релейния щит към положителната линия на платката с кабел от джъмпер от мъжки към женски;

5. Свържете GND щифт от щита на релето в отрицателна линия на платката с кабел от джъмпер от мъжки към женски;

Стъпка 6: Окабеляване на температурен сензор LM35 към Arduino

Като се вземе плоската страна на сензора LM35 като предна отправна точка:

1. Свържете 5V щифт (1-ви щифт отляво надясно) от LM35 в положителна линия на платката с кабел за джъмпер от женски към мъжки;

2. Кабелен сигнален щифт (2-ри щифт отляво надясно) от LM35 в щифт A0 на Arduino с кабел за джъмпер от женски към мъжки;

3. Свържете GND щифт (1-ви щифт отляво надясно) от LM35 в отрицателна линия на платката с кабел за джъмпер от женски към мъжки;

Стъпка 7: Прикрепване на сешоар към Vise

1. Фиксирайте менгемето върху маса

2. Поставете сешоар в менгемето

3. Регулирайте менгемето, за да оставите сешоара добре прикрепен

Стъпка 8: Подготовка за поддръжка на Ziploc® Bag

1. Изберете спиралната тетрадка с твърди корици и поставете в нея две гумени ленти, както е показано на първото изображение;

2. Изберете потлид (като този, показан на второто изображение) или нещо, което може да се използва като опора, за да оставите спиралната тетрадка с твърди корици в изправено положение;

3. Поставете твърдо покрития спирален бележник с две гумени ленти в горната част на капака на съда (както е показано на третото изображение)

Стъпка 9: Поставяне на вентилатор в чантата Ziploc®

1. Внимателно поставете N95 Breather вътре в торбата Ziploc® и я запечатайте съответно, за да избегнете евентуално замърсяване на помещението (Изображение 1);

2. Поставете чантата Ziploc® върху нейната опора (изградена върху предишната стъпка), като издърпате двете гумени ленти, поставени върху спирална тетрадка с твърди корици (Изображение 2);

Стъпка 10: Прикрепете сензора за температура към външната чанта Ziploc®

1. Прикрепете сензора LM35 извън Ziploc® Bag с малко залепваща лента, както е показано по -горе;

Стъпка 11: Поставяне на вентилатор N95 и неговата опора в правилна позиция

1. N95 Breather трябва да е на 12,5 cm разстояние от сешоара. Ако се постави на по -голямо разстояние, температурата няма да се повиши над 70 ° C и стерилизацията няма да се случи както трябва. Ако се постави на по -близко разстояние, температурата ще се повиши доста над 70 ° C, причинявайки вреда на дишането. Така че 12,5 см е оптималното разстояние за сешоар 1700W.

Ако сешоарът има повече или по -малко сила, разстоянието трябва да се регулира правилно, за да се поддържа възможно най -близката температура до 70 ° C. Софтуерът на Arduino отпечатва температура на всеки 1 секунда, за да направи този процес на регулиране възможен за различни сешоари;

Стъпка 12: Привеждане на всичко в действие

След като са извършени всички връзки от предишни стъпки, включете електрическия мъжки конектор на захранващия кабел на Relay Shield в електрически контакт и поставете USB кабел тип A в Arduino и в USB захранване (или USB порт на компютър). След това стерилизаторът ще започне да работи точно както горното видео

Стъпка 13: Препратки

1. Песен Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Оценка на топлинно инактивиране на вирусно замърсяване върху медицинска маска [J]. НАЧАЛНИК ЗА МИКРОБИ И ИНФЕКЦИИ, 2020, 15 (1): 31-35. (достъпно на https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, достъпно на 08 април 2020 г.)

2. Сантос, Диего Асканио. Алгоритъм за улавяне на температура и набори от данни за температурата във времето, 2020 г. (Налично на https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, достъпно на 09 април 2020 г.)

3. Сантос, Диего Асканио. Алгоритми за монтаж/начертаване и неговите изисквания, 2020 г. (Налично на https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, достъпно на 09 април 2020 г.)

4. Сантос, Диего Асканио. Набори от данни за охлаждане на температурата, 2020 г. (Налично на https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, достъпно на 09 април 2020 г.)