„Pasidaryk pats“plaukų džiovintuvas N95 kvėpavimo sterilizatorius: 13 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Pasak SONG ir kt. (2020) [1], per 30 minučių plaukų džiovintuvu pagaminta 70 ° C šilumos pakanka virusams inaktyvuoti alsuoklyje N95. Taigi, tai yra įmanomas būdas paprastiems žmonėms kasdieninę veiklą pakartotinai naudoti savo N95 alsuoklius, laikantis tam tikrų apribojimų, tokių kaip: alsuoklis neturi būti užterštas krauju, alsuoklis neturi būti sulaužytas ir pan.

Autoriai teigia, kad plaukų džiovintuvą reikia įjungti ir leisti šildyti 3, 4 minutes. Tada užterštą N95 alsuoklį reikia įdėti į maišelį su užtrauktuku ir 30 minučių kaitinti plaukų džiovintuvu. Remiantis jų tyrimais, po šio laiko ant kaukės virusai būtų veiksmingai inaktyvuojami.

Visi aukščiau nurodyti veiksmai nėra automatizuoti ir yra apribojimų, kurie gali pabloginti sterilizavimo procesą, pavyzdžiui, per žema (arba per aukšta) kaitinimo temperatūra. Taigi šio projekto tikslas yra naudoti plaukų džiovintuvą, mikrovaldiklį („atmega328“, galima įsigyti „Arduino UNO“), relės skydą ir temperatūros jutiklį (lm35), kad būtų sukurtas automatinis kaukių sterilizatorius, pagrįstas SONG ir kt. išvadas.

Prekės

1x „Arduino UNO“;

1x LM35 temperatūros jutiklis;

1x relės skydas;

1x 1700 W dvigubo greičio plaukų džiovintuvas („Taiff Black 1700W“)

1x duonos lenta;

2x jungiamieji kabeliai nuo vyrų iki vyrų (po 15 cm);

6x jungiamieji kabeliai nuo vyrų iki moterų (po 15 cm);

2x 0,5 m 15A elektros laidas;

1x moteriška elektros jungtis (pagal jūsų šalies standartą - Brazilija yra NBR 14136 2P+T);

1x vyriška elektros jungtis (pagal jūsų šalies standartą - Brazilija yra NBR 14136 2P+T);

1x A tipo USB kabelis (programuoti „Arduino“);

1x kompiuteris (stalinis, nešiojamas, bet koks);

1x Vise;

1x puodo dangtis;

2x guminės juostos;

1x užrašų knygelė kietais viršeliais;

1x „Ziploc® Quart“dydžio (17,7 cm x 18,8 cm) maišelis;

1x lipnios juostos ritinėlis

1x 5V USB maitinimo šaltinis

1 žingsnis: automatinis N95 alsuoklio sterilizatoriaus modeliavimas

Kaip minėta anksčiau, šiuo projektu siekiama sukurti automatinį sterilizatorių, pagrįstą „SONG et. al (2020) išvadas. Norint tai pasiekti, būtina atlikti šiuos veiksmus:

1. Šildykite plaukų džiovintuvą 3 ~ 4 minutes, kad pasiektumėte 70 ° C temperatūrą;

2. Leiskite plaukų džiovintuvui įjungti 30 minučių, nukreipdami jį į „N95“alsuoklį „Ziploc®“maišelyje, kad inaktyvuotumėte alsuoklio virusus

Taigi, siekiant sukurti sprendimą, buvo suformuluoti modeliavimo klausimai:

a. Ar visi plaukų džiovintuvai šildo 3–4 minutes 70 ° C temperatūroje?

b. Ar plaukų džiovintuvas palaiko pastovią 70 ° C temperatūrą po 3–4 minučių kaitinimo?

c. Ar temperatūra „Ziploc®“maišelyje yra lygi išorinei temperatūrai po 3–4 minučių kaitinimo?

d. Ar temperatūra „Ziploc®“maišelyje pakyla tokiu pat tempu kaip ir temperatūra už jo ribų?

Siekiant atsakyti į šiuos klausimus, buvo imtasi šių veiksmų:

I. Įrašykite šildymo kreives iš dviejų skirtingų plaukų džiovintuvų 3–4 minutes, kad pamatytumėte, ar abu gali pasiekti 70 ° C

II. Įrašykite plaukų džiovintuvo (-ų) kaitinimo kreives (LM35 jutiklis šiame etape turi būti už Ziploc® maišelio) 2 minutes po 3–4 minučių pradinio kaitinimo

III. Užrašykite temperatūrą „Ziploc®“maišelyje 2 minutes po 3–4 minučių pradinio kaitinimo ir palyginkite ją su duomenimis, užregistruotais II veiksme.

IV. Palyginkite II ir III žingsniuose užregistruotas šildymo kreives (vidaus ir išorės temperatūra, susijusi su „Ziploc®“maišeliu)

I, II, III veiksmai buvo atlikti naudojant LM35 temperatūros jutiklį ir „Arduino“algoritmą, sukurtą periodiškai (1 Hz - per USB nuoseklųjį ryšį) informuoti apie temperatūrą, kurią užregistravo LM35 jutiklis pagal laiko funkciją.

Temperatūros ir užregistruotos temperatūros registravimo algoritmą rasite čia [2]

IV žingsnis buvo įgyvendintas naudojant duomenis, įrašytus II ir III žingsniuose, taip pat per du „Python“scenarijus, kurie sukūrė šildymo funkcijas, skirtas apibūdinti šildymą „Ziploc®“maišelyje ir už jo ribų, taip pat brėžinius iš abiejuose etapuose užfiksuotų duomenų. Šiuos „Python“scenarijus (ir jiems paleisti reikalingas bibliotekas) galite rasti čia [3].

Taigi, atlikus I, II, III ir IV veiksmus, galima atsakyti į a, b, c ir d klausimus.

Klausimui a. atsakymas yra Ne, nes tai galima pamatyti, palyginus 2 skirtingų plaukų džiovintuvų duomenis [2], kad vienas plaukų džiovintuvas gali pasiekti 70 ° C temperatūrą, o kitas - tik 44 ° C

Atsakant į b klausimą, neatsižvelgiama į plaukų džiovintuvą, kurio temperatūra negali pasiekti 70 ° C. Tikrinant duomenis iš tos, kuri gali pasiekti 70 ° C (galima rasti faile step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), atsakymas į b taip pat yra neigiamas, nes jis negali išlaikyti pastovios 70 ° C temperatūros po pradinio 4 minučių kaitinimo laiko.

Tada reikia žinoti, ar temperatūra Ziploc viduje ir išorėje yra vienoda (c klausimas) ir ar ji didėja vienodai greitai (d klausimas). Duomenys, esantys failuose step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] ir step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2], pateikti kreivės pritaikymo ir braižymo algoritmams [3], pateikia atsakymus į abu klausimus, kurie yra ne, nes temperatūra „Ziploc®“maiše pasiekė maksimalią 70 ~ 71 ° C, o temperatūra lauke pasiekė maksimalią 77–78 ° C temperatūrą, o „Ziploc®“maišelio vidinė temperatūra pakilo lėtai nei išorinė.

1 paveikslas - „Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro“rodo „Ziploc®“maišelio išorės / vidaus temperatūros grafiką pagal laiko funkciją (oranžinė kreivė atitinka vidaus temperatūrą, mėlyna - išorinę). Kaip galima pastebėti, vidaus ir išorės temperatūra skiriasi ir taip pat didėja skirtingu greičiu - lėtai „Ziploc“maišelio viduje nei lauke. Paveikslėlyje taip pat nurodoma, kad temperatūros funkcijos yra tokios:

Temperatūra (t) = aplinkos temperatūra + (galutinė temperatūra - aplinkos temperatūra) x (1 - e^(temperatūros padidėjimo greitis x t))

Jei temperatūra yra ne „Ziploc®“maišelyje, temperatūros funkcija laiko atžvilgiu yra tokia:

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

O temperatūrai „Ziploc®“maišelyje temperatūros funkcija laiko atžvilgiu yra tokia:

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

Taigi turint visus šiuos duomenis (ir kitus empirinius rezultatus), galima pasakyti apie šį „pasidaryk pats“N95 sterilizatoriaus modeliavimo procesą:

-Skirtingi plaukų džiovintuvai gali gaminti skirtingą temperatūrą - kai kurie negalės pasiekti 70 ° C, o kiti gerokai viršys šią nuorodą. Tiems, kurie negali pasiekti 70 ° C, jie turi būti išjungti pasibaigus pradiniam šildymo laikui (kad būtų išvengta nenaudingo energijos švaistymo), o sterilizatoriaus operatoriui reikia pranešti apie klaidą. Tačiau tiems, kurie viršija 70 ° C referencinį lygį, reikia išjungti plaukų džiovintuvą, kai temperatūra yra aukštesnė nei tam tikra temperatūra (70 + aukščiausia riba) ° C (kad nebūtų pažeista N95 alsuoklio apsauga) ir pasukti vėl įjungus, kai N95 atšaldomas iki (70 - žemesnės ribos) ° C temperatūros, tęsti sterilizavimo procesą;

-LM35 temperatūros jutiklis negali būti „Ziploc®“maišelio viduje, nes maišas turi būti sandariai uždarytas, kad būtų išvengta patalpų užteršimo virusų padermėmis, todėl LM35 temperatūra turėtų būti dedama už maišelio;

-Kadangi temperatūra viduje yra žemesnė nei išorinė ir reikalauja daugiau laiko pakilti, būtina suprasti, kaip vyksta aušinimo (mažėjimo) procesas, nes jei vidinei temperatūrai nusileisti reikia daugiau laiko nei išorinei temperatūrai, priežastinis ryšys tarp didėjančio/mažėjančio „Ziploc®“maišelio temperatūros viduje ir išorėje, todėl galima naudoti išorinę temperatūrą kaip nuorodą, kad būtų galima reguliuoti visą šildymo/aušinimo procesą. Bet jei to nepadarysite, reikės kito požiūrio. Tai lemia penktąjį modeliavimo klausimą:

e. Ar temperatūra „Ziploc®“maišelyje mažėja lėčiau nei lauke?

Atsakant į šį klausimą buvo atliktas penktas žingsnis ir užregistruota temperatūra, gauta vėsinimo metu („Ziploc®“maišelio viduje/išorėje) (galima rasti čia [4]). Dėl šių temperatūrų buvo atrasta aušinimo funkcija (ir atitinkama aušinimo sparta) aušinant „Ziploc®“maišelį lauke ir viduje.

Išorinis „Ziploc®“aušinimo funkcijų krepšys yra: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

Vidinis atitikmuo yra: 37,31 * e^(-0,0088t) + 30,36

Turint tai omenyje, galima pastebėti, kad abi funkcijos mažėja vienodai (-0,0088 ≃ -0,0089), kaip parodyta 2 paveiksle.)

Kadangi temperatūra „Ziploc®“maišelyje mažėja tokiu pat greičiu, kaip ir temperatūra už jo ribų, išorinė temperatūra negali būti naudojama kaip nuoroda, kad plaukų džiovintuvas būtų įjungtas, kai reikia šildyti, nes lauko temperatūra pakyla greičiau nei vidaus temperatūra ir kai lauko temperatūra pasiekia (70 + viršutinė riba) ° C vidinė temperatūra būtų žemesnė už būtiną alsuoklio sterilizavimui. Laikui bėgant vidinė temperatūra vidutiniškai sumažės. Taigi, norint nustatyti, kiek laiko reikia pakelti temperatūrą nuo (70 - žemesnės ribos) ° C iki bent 70 ° C, reikia naudoti vidinės temperatūros funkciją laiko atžvilgiu.

Iš žemesnės 3 ° C ribos (taigi ir pradinės 67 ° C temperatūros), kad pasiektumėte ≃ 70 ° C, reikia palaukti mažiausiai 120 sekundžių, atsižvelgiant į „Ziploc®“maišelio temperatūros funkciją pagal laiką.

Turint visus atsakymus į aukščiau pateiktus modeliavimo klausimus, galima sukurti minimaliai perspektyvų sprendimą. Žinoma, turi būti funkcijų ir patobulinimų, kurių čia nepavyko pritaikyti - visada yra ką atrasti ar patobulinti - tačiau visi gauti elementai gali sukurti reikiamą sprendimą.

Tai leidžia sukurti algoritmą, kuris turi būti parašytas „Arduino“, kad būtų pasiektas nustatytas modelis.

2 veiksmas: automatinis N95 alsuoklio sterilizatoriaus veikimo algoritmas

Remiantis 2 veiksme iškeltais reikalavimais ir modeliavimo klausimais, buvo sukurti aukščiau esančiame paveikslėlyje aprašyti algoritmai, kuriuos galima atsisiųsti adresu github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

3 veiksmas: įkelkite kodą į „Arduino“

1. Atsisiųskite „Arduino Timer“biblioteką - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Atsisiųskite N95 plaukų džiovintuvo sterilizatoriaus šaltinio kodą -
3. Atidarykite „Arduino IDE“
4. Pridėkite „Arduino“laikmačio biblioteką: eskizas -> įtraukite biblioteką -> pridėkite. ZIP biblioteką ir pasirinkite failą „Timer-master.zip“iš aplanko, kuriame jis buvo atsisiųstas
5. Ištraukite failą n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Atidarykite failą n95hairdryersterilizer.ino naudodami „Arduino IDE“
7. Priimkite raginimą sukurti eskizų aplanką ir perkelti n95hairdryersterilizer.ino ten
8. Įdėkite A tipo USB kabelį į „Arduino UNO“
9. Įkiškite A tipo USB kabelį į kompiuterį
10. „Arduino IDE“, kai eskizas jau atidarytas, spustelėkite eskizas -> Įkelti („Ctrl“+ U), kad įkeltumėte kodą į „Arduino“
11. „Arduino“yra pasirengęs bėgti!

4 žingsnis: relės skydo prijungimas prie elektros jungčių

Relės skydo maitinimo laido konstrukcija:

1. Įkiškite įžeminimo kaištį iš elektros kištukinės jungties į įžeminimo kaištį su 15A elektros laidu;

2. Prijunkite kaištį iš elektros kištukinės jungties tiesiai į relės skydo C jungtį su 15A elektros laidu;

3. Prijunkite kitą kaištį iš elektros kištukinės jungties į kairįjį elektros jungties kaištį 15A elektros laidu;

4. Prijunkite dešinįjį kaištį iš elektros jungties į jungtį tiesiai į relės skydo jungtį be NO, naudodami 15A elektros laidą;

Plaukų džiovintuvo prijungimas prie relės skydo maitinimo laido:

5. Prijunkite plaukų džiovintuvo elektrinę jungtį prie „Relay Shield Power Cord“elektros jungties

5 veiksmas: laidų relės skydo prijungimas prie „Arduino“

1. Sujunkite GND iš „Arduino“į neigiamą „Breadboard“liniją su jungiamuoju kabeliu nuo vyrų iki vyrų;

2. Prijunkite 5V kaištį iš „Arduino“į teigiamą „Breadboard“liniją su trumpikliu nuo vyrų iki vyrų;

3. Sujunkite skaitmeninį kaištį Nr. 2 iš „Arduino“į „Relay Shield“signalinį kaištį su trumpikliu nuo vyrų iki moterų;

4. Prijunkite 5 V kaištį iš relės skydo į teigiamą „Breadboard“liniją su jungiamuoju kabeliu nuo vyrų iki moterų;

5. Sujunkite GND kaištį iš relės skydo į neigiamą „Breadboard“liniją su jungiamuoju kabeliu nuo vyrų iki moterų;

6 žingsnis: LM35 temperatūros jutiklio prijungimas prie „Arduino“

Plokščia LM35 jutiklio pusė laikoma priekine nuoroda:

1. Prijunkite 5 V kaištį (1-asis kaištis iš kairės į dešinę) iš LM35 į teigiamą „Breadboard“liniją su jungiamuoju kabeliu nuo moterų iki vyrų;

2. Sujunkite signalo kaištį (2-asis kaištis iš kairės į dešinę) iš LM35 į „Arduino“A0 kaištį su jungiamuoju kabeliu nuo moterų iki vyrų;

3. Sujunkite GND kaištį (1-as kaištis iš kairės į dešinę) iš LM35 į neigiamą „Breadboard“liniją su jungiamuoju kabeliu nuo patelės iki vyriškos lyties;

7 žingsnis: plaukų džiovintuvo pritvirtinimas prie „Vise“

1. Pritvirtinkite vise virš stalo

2. Įkiškite plaukų džiovintuvą į vise

3. Sureguliuokite vise, kad plaukų džiovintuvas būtų gerai pritvirtintas

8 žingsnis: paruoškite „Ziploc®“krepšio atramą

1. Išsirinkite užrašų knygelę kietu viršeliu ir įdėkite į ją dvi gumines juostas, kaip parodyta pirmame paveikslėlyje;

2. Pasirinkite puodą (pvz., Pavaizduotą antrame paveikslėlyje) ar bet ką, ką galima naudoti kaip atramą, kad kietu viršeliu paliktas spiralinis sąsiuvinis būtų tiesioje padėtyje;

3. Ant puodo dangčio uždėkite spiralinį užrašų knygelę su dviem guminėmis juostelėmis (kaip parodyta trečiame paveikslėlyje).

9 veiksmas: įkvėpimo alsuoklio įdėjimas į „Ziploc®“maišelį

1. Atsargiai įdėkite N95 alsuoklį į „Ziploc®“maišelį ir atitinkamai jį užsandarinkite, kad išvengtumėte galimo patalpų užteršimo (1 pav.);

2. Padėkite „Ziploc®“maišelį prie jo atramos (pastatytą pagal ankstesnį žingsnį), traukdami dvi gumines juostas, uždėtas ant spiralinio nešiojamojo kompiuterio kietu viršeliu (2 pav.);

10 veiksmas: temperatūros jutiklio pritvirtinimas prie „Ziploc®“maišelio išorėje

1. Pritvirtinkite LM35 jutiklį prie „Ziploc®“maišelio su maža lipnia juosta, kaip parodyta aukščiau;

11 žingsnis: N95 alsuoklio ir jo atramos pastatymas teisingoje padėtyje

1. N95 alsuoklis turi būti 12,5 cm atstumu nuo plaukų džiovintuvo. Įdėjus didesnį atstumą, temperatūra nepakils aukščiau 70 ° C ir sterilizacija neįvyks taip, kaip turėtų. Jei patalpinta arčiau, temperatūra pakiltų gerokai virš 70 ° C ir pakenktų alsuokliui. Taigi 12,5 cm yra optimalus atstumas 1700 W plaukų džiovintuvui.

Jei plaukų džiovintuvas yra daugiau ar mažiau stiprus, atstumas turėtų būti tinkamai sureguliuotas, kad temperatūra būtų kuo arčiau 70 ° C. „Arduino“programinė įranga spausdina temperatūrą kas 1 sekundę, kad šis reguliavimo procesas būtų įmanomas įvairiems plaukų džiovintuvams;

12 žingsnis: Viską pradėkite veikti

Atlikus visus ankstesnių veiksmų sujungimus, prijunkite „Relay Shield“maitinimo laido elektros laido kištukinę jungtį prie maitinimo lizdo ir įkiškite A tipo USB kabelį į „Arduino“ir į USB maitinimo šaltinį (arba kompiuterio USB prievadą). Tada sterilizatorius pradės veikti kaip aukščiau pateiktame vaizdo įraše

13 žingsnis: nuorodos

1. Daina Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2. Viruso užteršimo šilumos inaktyvacijos įvertinimas ant medicininės kaukės [J]. MIKROBŲ IR INFEKCIJŲ ŽURNALAS, 2020, 15 (1): 31-35. (galima rasti https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, žiūrėta 2020 m. balandžio 08 d.)

2. Santosas, Diego Ascânio. Temperatūros fiksavimo algoritmas ir temperatūros per tam tikrą laiką duomenų rinkiniai, 2020 m. (Galima rasti adresu https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, pasiekta 2020 m. Balandžio 09 d.)

3. Santosas, Diego Ascânio. Įrengimo/braižymo algoritmai ir jų reikalavimai, 2020 m. (Galima rasti adresu https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, pasiekta 2020 m. Balandžio 09 d.)

4. Santosas, Diego Ascânio. Temperatūros aušinimo duomenų rinkiniai, 2020 m. (Galima rasti adresu https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, pasiekta 2020 m. Balandžio 09 d.)