DIY soch quritgichi N95 nafas olish uchun sterilizator: 13 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

SONG va boshqalarga ko'ra. (2020) [1], sochlarini fen mashinasida 30 daqiqa davomida ishlab chiqarilgan 70 ° C issiqlik N95 nafas olish tizimidagi viruslarni faolsizlantirish uchun etarli. Shunday qilib, oddiy odamlar kundalik mashg'ulotlar paytida N95 nafas oluvchilarni qayta ishlatishlari mumkin bo'lgan usul, masalan, ba'zi cheklovlarni hisobga olgan holda: nafas oluvchi qon bilan bulg'anmasligi, nafas olishi buzilmasligi va hokazo.

Mualliflarning ta'kidlashicha, sochlarini fen mashinasini yoqish va 3, 4 daqiqa qizdirish kerak. Keyin ifloslangan N95 shamollatgichni qulflangan sumkaga solib, sochlarini fen bilan ishlab chiqariladigan 30 daqiqalik issiqlikka yuborish kerak. Bu vaqtdan so'ng, ularning tadqiqotlariga ko'ra, viruslar niqobda samarali tarzda o'chiriladi.

Yuqorida aytib o'tilgan barcha harakatlar avtomatlashtirilgan emas va sterilizatsiya jarayonini yomonlashtiradigan cheklovlar mavjud, masalan, isitish harorati juda past (yoki juda yuqori). Shunday qilib, ushbu loyiha SONG va boshqalarga asoslangan avtomatik niqob sterilizatorini yaratish uchun sochlarini fen mashinasi, mikrokontroller (atmega328, Arduino UNO -da mavjud), o'rni qalqoni va harorat sensori (lm35) dan foydalanishni maqsad qilgan. topilmalar.

Ta'minotlar

1 ta Arduino UNO;

1x LM35 harorat sensori;

1x o'rni qalqoni;

1x 1700W ikki tezlikli sochlarini fen mashinasi (ma'lumot uchun Taiff Black 1700W)

1x non paneli;

2x erkak-erkak o'tish kabeli (har biri 15 sm);

6x erkak va ayol o'tish kabeli (har biri 15 sm);

2x 0,5 m 15A elektr sim;

1x ayol elektr ulagichi (sizning mamlakat standartingizga muvofiq - Braziliya NBR 14136 2P+T);

1x erkak elektr ulagichi (sizning mamlakat standartingizga muvofiq - Braziliya NBR 14136 2P+T);

1x USB kabeli A turi (Arduino dasturlash uchun);

1x kompyuter (ish stoli, daftar, har qanday);

1x Vise;

1x qozon qopqog'i;

2x rezina bantlar;

1x qattiq muqovali daftar;

1 x Ziploc® Quart Size (17,7 sm x 18,8 sm) sumkasi;

1x yopishqoq lenta rulosi

1x 5V USB quvvat manbai

1 -qadam: N95 avtomatik nafas olish sterilizatorini modellashtirish

Yuqorida aytib o'tilganidek, ushbu loyiha SONG va boshqalarga asoslangan avtomatik sterilizatorni yaratishga qaratilgan. al (2020) natijalari. Bunga erishish uchun quyidagi qadamlar zarur:

1. 70 ° C haroratga erishish uchun sochlarini fen mashinasini 3 ~ 4 daqiqa qizdiring;

2. Soch quritgichini Ziploc® sumkasi ichidagi N95 nafas oluvchiga ko'rsatganda, nafas oluvchidagi viruslarni inaktivatsiya qilish uchun 30 daqiqa yoqing

Shunday qilib, hal qilish uchun modellashtirish savollari tuzildi:

a. Hamma sochlarini fen mashinasida 3 ~ 4 daqiqa qizdirilgandan keyin 70 ° C harorat hosil bo'ladimi?

b. Soch quritgichi 3-4 daqiqa qizdirilgandan keyin doimiy ravishda 70 ° C haroratni saqlaydimi?

v. Ziploc® sumkasi ichidagi harorat 3 ~ 4 minut qizdirilgandan keyin tashqaridagi haroratga tengmi?

d. Ziploc® sumkasi ichidagi harorat uning tashqarisidagi harorat bilan bir xilda oshadimi?

Bu savollarga javob berish uchun quyidagi choralar ko'rildi:

I. Ikki xil sochlarini fen mashinasining isitish egri chizig'ini 3-4 daqiqa davomida yozib oling, shunda ikkalasi ham 70 ° C ga yetadimi?

II. Soch quritgichlarini isitish chiziqlarini yozing (LM35 sensori bu bosqichda Ziploc® sumkasidan tashqarida bo'lishi kerak) 3 ~ 4 minut boshlang'ich isitgandan keyin 2 daqiqa

III. Ziploc® sumkasi ichidagi harorati 3 ~ 4 minut boshlang'ich isitgandan keyin 2 minut davomida yozib oling va uni II bosqichda qayd etilgan ma'lumotlar bilan solishtiring.

IV. II va III bosqichlarda qayd etilgan isitish egri chiziqlarini solishtiring (Ziploc® sumkasi bilan bog'liq ichki va tashqi harorat)

I, II, III bosqichlar LM35 harorat sensori va LM35 sensori tomonidan vaqt funktsiyasida qayd etilgan haroratni vaqti -vaqti bilan (1 Gts - USB Serial aloqa orqali) xabar qilish uchun ishlab chiqilgan Arduino algoritmi yordamida amalga oshirildi.

Harorat va qayd etilgan haroratni qayd etish uchun ishlab chiqilgan algoritm bu erda mavjud [2]

IV bosqich II va III bosqichlarda yozilgan ma'lumotlar, shuningdek, ikkita Python skriptlari orqali amalga oshirildi, ular Ziploc® sumkasining ichkarisida va tashqarisida isitishni tavsiflovchi isitish funktsiyalarini hamda ikkala bosqichda yozilgan ma'lumotlarning uchastkalarini yaratdi. Bu Python skriptlari (va ularni ishga tushirish uchun kutubxonalar) bu erda mavjud [3].

Shunday qilib, I, II, III va IV bosqichlarni bajargandan so'ng, a, b, c va d savollariga javob berish mumkin.

Savol uchun a. Javob: Yo'q, ko'rish mumkin bo'lganidek, 2 xil sochlarini fen mashinasida ro'yxatdan o'tgan ma'lumotlarni solishtirganda, [2] bitta sochlarini fen mashinasi 70 ° C ga, boshqalari esa 44 ° C ga yetishi mumkin.

B savoliga javob berish uchun, 70 ° C ga yetmaydigan sochlarini fen mashinasi e'tiborga olinmaydi. Ma'lumotni tekshirish 70 ° C ga yetishi mumkin (step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] faylida mavjud), b javobi ham yo'q, chunki u 4 minutlik isitish vaqtidan keyin doimiy ravishda 70 ° C haroratni ushlab tura olmaydi.

Keyin, Ziplok ichidagi va tashqarisidagi haroratlar tengmi yoki yo'qligini bilish kerak (v savol) va ular bir xil tezlikda o'sadimi (d savol). [3] da egri o'rnatish va chizish algoritmlariga berilgan step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] va step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] fayllarida mavjud bo'lgan ma'lumotlar ikkala savolga ham javob beradi, chunki Ziploc® sumkasi ichidagi harorat maksimal 70 ga yetdi. ~ 71 ° C, tashqaridagi harorat maksimal 77 ~ 78 ° C darajagacha etib bordi va Ziploc® sumkasining ichki harorati tashqi hamkasbiga qaraganda sekin oshdi.

1 -rasm - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro, vaqt funktsiyasi bo'yicha Ziploc® sumkasining tashqi / ichki harorati chizig'ini ko'rsatadi (to'q sariq egri ichki haroratga, ko'k egri tashqi tomonga to'g'ri keladi). Ko'rinib turibdiki, ichki va tashqi haroratlar har xil, shuningdek, har xil tezlikda oshadi - tashqaridan ko'ra Ziploc sumkachasida asta -sekin. Rasm shuningdek, harorat funktsiyalari quyidagicha ekanligini bildiradi.

Harorat (t) = Atrof -muhit harorati + (Oxirgi harorat - Atrof -muhit harorati) x (1 - e^(harorat ko'tarilish tezligi x t))

Ziploc® sumkasidan tashqaridagi harorat uchun harorat funktsiyasi vaqt bo'yicha:

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

Va Ziploc® sumkasi ichidagi harorat uchun harorat vazifasi vaqt bo'yicha:

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

Shunday qilib, qo'lda bo'lgan barcha ma'lumotlar (va boshqa empirik natijalar) bilan, DIY N95 sterilizatorini modellashtirish jarayoni haqida quyidagilarni aytish mumkin:

- Har xil soch quritgichlar har xil haroratni ishlab chiqarishi mumkin - Ba'zilar 70 ° C ga erisha olmaydi, boshqalari esa bu ko'rsatkichdan oshib ketadi. 70 ° C ga eta olmaydiganlar uchun, ular dastlabki isitish vaqtidan keyin o'chirib qo'yilishi kerak (behuda energiya isrof bo'lmasligi uchun) va sterilizator operatoriga bu haqda xabar beradigan xato xabari yuborilishi kerak. 70 ° C darajadan yuqori bo'lganlar uchun, harorat ma'lum bir haroratdan (70 + yuqori chegara) ° C dan oshganda (N95 nafas oluvchining himoya qobiliyatiga zarar etkazmaslik uchun) sochlarini fen mashinasini o'chirish kerak. sterilizatsiya jarayonini davom ettirish uchun N95 (70 - past chegara) ° S gacha bo'lgan haroratgacha soviganidan keyin yana yoqiladi;

-LM35 harorat sensori Ziploc® sumkasi ichida bo'lishi mumkin emas, chunki xona virusli shtammlar bilan yuqmasligi uchun sumkani muhrlab qo'yish kerak, shuning uchun LM35 haroratini sumkaning tashqarisiga qo'yish kerak;

-Ichki harorat tashqi hamkasbidan past bo'lgani uchun va uni ko'paytirish uchun ko'proq vaqt talab qilinganligi sababli, sovutish (pasayish) jarayoni qanday sodir bo'lishini tushunish kerak, chunki agar ichki harorat tashqi haroratga qaraganda pasayishi uchun ko'proq vaqt talab qilsa. Ziploc® sumkasi ichidagi/tashqarisidagi haroratning oshishi/kamayishi o'rtasidagi sababiy bog'liqlik va shuning uchun butun isitish/sovutish jarayonini tartibga solish uchun tashqi haroratdan foydalanish mumkin. Ammo bunday bo'lmasa, boshqa yondashuv kerak bo'ladi. Bu 5 -modellashtirish savoliga olib keladi:

e. Ziploc® sumkasi ichidagi harorat tashqariga qaraganda sekin pasayadimi?

Bu savolga javob berish uchun 5 -qadam qo'yildi va sovutish jarayonida olingan harorat (Ziploc® sumkasining ichida/tashqarisida) qayd etildi (bu erda [4] mavjud). Bu haroratlardan Ziploc® sumkasining tashqarisida va ichida sovutish uchun sovutish funktsiyalari (va ularning tegishli sovutish tezligi) aniqlandi.

Tashqi Ziploc® sovutish funktsiyasi sumkasi: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

Ichki hamkasbi: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

Shuni yodda tutgan holda, har ikkala funktsiya teng ravishda (-0.0088 ≃ -0.0089) pasayishini ko'rish mumkin, chunki 2 -rasm -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (ko'k/to'q sariq rang Ziploc® sumkasining tashqarisida/ichida))

Ziploc® sumkasi ichidagi harorat uning tashqarisidagi harorat bilan bir xil pasayganda, tashqi haroratni sochlarini fen bilan jihozlashda ishlatib bo'lmaydi, chunki tashqi harorat ichki haroratga qaraganda tez ko'tariladi va tashqi harorat. (70 + yuqori chegara) ° S ga yetganda, havo harorati sterilizatsiya qilish uchun zarur bo'lgan haroratdan past bo'ladi. Vaqt o'tishi bilan ichki harorat o'rtacha qiymatining pasayishiga olib keladi. Shunday qilib, haroratni (70 - past chegara) ° C dan kamida 70 ° C gacha oshirish uchun zarur bo'lgan vaqtni aniqlash uchun ichki harorat funktsiyasidan foydalanish kerak.

Ziploc® sumkasining ichidagi harorat funktsiyasiga ko'ra, 3 ° C past chegaradan and 70 ° C darajagacha erishish uchun kamida 120 soniya kutish kerak..

Yuqoridagi modellashtirish savollariga barcha javoblar bilan, minimal hayotiy echim tuzish mumkin. Albatta, bu erda yaqinlashib bo'lmaydigan xususiyatlar va yaxshilanishlar bo'lishi kerak - har doim biror narsa kashf etilishi yoki yaxshilanishi kerak - lekin hamma elementlar kerakli echimni yaratishga qodir.

Bu o'rnatilgan modelga erishish uchun Arduino -da yoziladigan algoritmni ishlab chiqishga olib keladi.

2 -qadam: N95 avtomatik nafas olish sterilizatorining ishlash algoritmi

2 -bosqichda keltirilgan talablar va modellashtirish savollariga asoslanib, yuqoridagi rasmda tasvirlangan algoritmlar ishlab chiqilgan va ularni github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer saytidan yuklab olish mumkin.

3 -qadam: Kodni Arduino -ga yuklash

1. Arduino Timer kutubxonasini yuklab oling - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. N95 sochlarini fen mashinasi sterilizatorining manba kodini yuklab oling -
3. Arduino IDE -ni oching
4. Arduino Timer kutubxonasini qo'shing: Sketch -> Kutubxonani qo'shish ->. ZIP kutubxonasini qo'shish va yuklab olingan papkadan Timer-master.zip faylini tanlang.
5. N95hairdryersterilizer-master.zip faylini chiqarib oling
6. N95hairdryersterilizer.ino faylini Arduino IDE bilan oching
7. Eskiz papkasini yaratish va n95hairdryersterilizer.ino -ni u erga ko'chirish taklifini qabul qiling
8. A tipidagi USB kabelini Arduino UNO -ga joylashtiring
9. Kompyuterga A tipidagi USB kabelini kiriting
10. Arduino IDE -da, eskiz allaqachon ochilgan bo'lsa, Arduino -ga kod yuklash uchun Sketch -> Yuklash (Ctrl + U) tugmalarini bosing.
11. Arduino ishga tayyor!

4 -qadam: Elektr konnektorlariga o'rni qalqoni simini ulash

O'rnimizni qalqoni quvvat simini qurish:

1. Erkakli elektr konnektoridan 15A elektr simli elektr konnektorining topraklama piniga sim o'tkazgich;

2. Erkak elektr konnektoridan pinni 15A elektr simli o'rni qalqonining C ulangan ulagichiga to'g'ridan -to'g'ri ulang;

3. Boshqa pinni elektr konnektoridan 15A elektr simli elektr konnektorining chap piniga ulang;

4. O'ng pinni elektr konnektori ulagichidan 15A elektr simli o'rni qalqonining NO konnektoriga to'g'ridan -to'g'ri ulang;

Soch quritgichini Relay Shield quvvat kabeliga ulash:

5. Soch quritgichining erkak elektr konnektorini Relay Shield Power Cord elektr dişi ulagichiga ulang

5 -qadam: Arduino -ga o'rni qalqonini ulash

1. Arduino-dan GND-ni erkak-erkak o'tish kabeli bilan Breadboard-ning salbiy chizig'iga o'tkazing;

2. Arduino-dan 5V-pinni Breadboard-ning ijobiy chizig'iga erkak-erkak o'tish kabeli bilan ulang;

3. Arduino-dan raqamli 2-raqamli pinni o'rni qalqoni signalpiniga erkak-ayol o'tish kabeli bilan ulang;

4. Relay Shield-dan 5V-pinni Breadboard-ning ijobiy chizig'iga erkak-ayol o'tish kabeli bilan ulang;

5. Relay Shield-dan GND pinini Breadboard-ning salbiy chizig'iga erkak-ayol o'tish kabeli bilan o'tkazing;

6 -qadam: LM35 harorat sensori Arduino -ga ulanadi

LM35 sensorining tekis tomonini frontal yo'nalish sifatida olish:

1. 5V pinli (chapdan o'ngga 1-pin) LM35 dan ayol-erkak o'tish kabeli bilan Breadboard-ning ijobiy chizig'iga;

2. LM35 dan Arduino-ning A0 piniga ayol-erkak o'tish kabeli bilan simli signal pimi (chapdan o'ngga 2-chi pin);

3. LM35 dan GND pinini (chapdan o'ngga 1-pin) "Breadboard" ning salbiy chizig'iga urg'ochi-erkak o'tish kabeli;

7 -qadam: Soch quritgichini Vise -ga ulash

1. Visolni stol ustidan mahkamlang

2. Soch quritgichini viskiga joylashtiring

3. Soch quritgichni yaxshi yopishgan holda qoldirish uchun viskini sozlang

8 -qadam: Ziploc® yukxalta tayanchini tayyorlash

1. Qattiq muqovali daftarni tanlang va unga birinchi rasmda ko'rsatilgandek ikkita rezina tasma qo'ying;

2. Qoplamali spiral daftarni to'g'ri holatda qoldirish uchun qozon (yoki ikkinchi rasmda ko'rsatilganidek) yoki tayanch sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan narsalarni tanlang.

3. Qopqoqli spiral daftarni ikkita rezina bantli idishning qopqog'ining yuqori qismiga qo'ying (uchinchi rasmda ko'rsatilgandek).

9 -qadam: Nafas oluvchini Ziploc® sumkasi ichiga joylashtiring

1. Ehtiyotkorlik bilan N95 Breatherni Ziploc® sumkachasiga joylashtiring va xonani ifloslantirmaslik uchun uni muhrlab qo'ying (1 -rasm);

2. Ziploc® sumkasini qattiq dastakli daftar ustiga qo'yilgan ikkita rezina tasmani tortib (oldingi qadamda qurilgan) tayanchiga qo'ying (2 -rasm);

10 -qadam: Tashqi tomondan Ziploc® sumkasiga harorat sensori ulang

1. LM35 sensorini Ziploc® sumkasidan tashqarida, yuqorida ko'rsatilganidek, ozgina yopishqoq lenta bilan mahkamlang;

11 -qadam: N95 nafas olish moslamasini joylashtirish va uni to'g'ri holatda qo'llab -quvvatlash

1. N95 Breather sochlarini fen bilan 12,5 sm masofada bo'lishi kerak. Agar uzoqroq masofaga joylashtirilsa, harorat 70 ° C dan oshmaydi va sterilizatsiya kerakli darajada bo'lmaydi. Agar yaqinroq masofaga joylashtirilsa, harorat 70 ° C dan oshib, nafas oluvchiga zarar etkazadi. Shunday qilib, 12,5 sm - 1700 Vt quvvatga ega sochlarini fen bilan jihozlash uchun optimal masofa.

Agar sochlarini fen mashinasining kuchi ko'p bo'lsa, harorat 70 ° C ga yaqin bo'lishi uchun masofani to'g'ri sozlash kerak. Arduino dasturiy ta'minoti har 1 soniyada haroratni bosib chiqaradi, bu sozlash jarayonini turli xil sochlarini fen bilan quritish uchun qulay bo'lishi uchun;

12 -qadam: Hammasini ishga soling

Oldingi qadamlardagi barcha ulanishlar bajarilgandan so'ng, o'rni Shnuri elektr simining elektr rozetkasini rozetkaga ulang va USB kabelini A tipini Arduino -ga va USB quvvat manbaiga (yoki kompyuterning USB portiga) ulang. Keyin sterilizator xuddi yuqoridagi videodagi kabi ishlay boshlaydi

13 -qadam: Adabiyotlar

1. Qo'shiq Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 va boshqalar. Tibbiy niqobda virusning yuqishini issiqlik inaktivatsiyasini baholash [J]. MIKROBLAR VA INFEKTSION JURNALI, 2020, 15 (1): 31-35. (https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 da mavjud, 08.04.2020 yilda kirilgan)

2. Santos, Diego Askanio. Haroratni aniqlash algoritmi va vaqt o'tishi bilan ma'lumotlar bazasi, 2020. (https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83 da mavjud, 09 -aprel, 2020 -yilda kirilgan)

3. Santos, Diego Askanyo. Algoritmlarni tuzish va tuzish, 2020 yil.

4. Santos, Diego Askanyo. Haroratni sovutish ma'lumotlar bazalari, 2020. (https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe saytida mavjud, unga 09.04.2020 yilda kirilgan)