DIY -hiustenkuivaaja N95 -hengityssterilointilaite: 13 vaihetta

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:41

Mukaan SONG et al. (2020) [1], hiustenkuivaajan 30 minuutin aikana tuottama 70 ° C: n lämpö riittää inaktivoimaan virukset N95 -hengityslaitteessa. Joten se on toteutettavissa oleva tapa tavallisille ihmisille käyttää N95-hengityslaitteitaan päivittäisessä toiminnassaan noudattaen tiettyjä rajoituksia, kuten: hengityslaite ei saa olla veren saastuttama, hengitysilma ei saa olla rikki jne.

Kirjoittajat toteavat, että hiustenkuivaaja on kytkettävä päälle ja sen on lämmitettävä 3, 4 minuuttia. Tämän jälkeen saastunut N95 -hengityslaite on asetettava vetoketjullisen pussin sisään ja sen on oltava 30 minuutin ajan hiustenkuivaajan tuottamaa lämpöä. Tämän ajan jälkeen virukset inaktivoidaan tehokkaasti maskin mukaan tutkimustensa mukaan.

Kaikki yllä mainitut toimet eivät ole automatisoituja, ja on rajoituksia, jotka voivat heikentää sterilointiprosessia, kuten liian matala (tai liian korkea) lämmityslämpötila. Tämän projektin tavoitteena on siis käyttää hiustenkuivaajaa, mikrokontrolleria (atmega328, saatavana Arduino UNO: sta), releen suojaa ja lämpötila -anturia (lm35) rakentaakseen automaattinen naamiosterilisaattori, joka perustuu SONG et al. havaintoja.

Tarvikkeet

1x Arduino UNO;

1x LM35 -lämpötila -anturi;

1x Releen suoja;

1x 1700W Dual Speed hiustenkuivaaja (Taiff Black 1700W viitteenä)

1x leipälauta;

2x uros-uros-hyppykaapelit (kukin 15 cm);

6x uros-naarashyppykaapeli (kukin 15 cm);

2x 0,5 m 15A sähköjohto;

1x naarasliitin (maasi standardin mukaan - Brasilia on NBR 14136 2P+T);

1x urosliitin (maasi standardin mukaan - Brasilia on NBR 14136 2P+T);

1x USB -kaapeli tyyppi A (Arduinon ohjelmointiin);

1x tietokone (pöytäkone, kannettava, mikä tahansa);

1x Vise;

1x kattilan kansi;

2x kuminauhat;

1x kovakantinen kierrevihko;

1x Ziploc® Quart -kokoinen (17,7 cm x 18,8 cm) pussi;

1x teippirulla

1x 5V USB -virtalähde

Vaihe 1: Automaattinen N95 -hengityssterilointimallinnus

Kuten aiemmin todettiin, tämän projektin tavoitteena on rakentaa automaattinen sterilointilaite SONG et. al (2020) -tulokset: seuraavat vaiheet ovat tarpeen sen saavuttamiseksi:

1. Kuumenna hiustenkuivaaja 3-4 minuuttia, jotta lämpötila saavuttaa 70 ° C;

2. Anna hiustenkuivaajan olla päällä 30 minuuttia ja osoita sitä Ziploc® -pussin sisällä olevaan N95 -hengityslaitteeseen, jotta hengityslaitteen virukset poistetaan käytöstä

Joten mallinnuskysymykset muotoiltiin ratkaisun luomiseksi:

a. Tuottaako kaikki hiustenkuivaajat 70 ° C: n lämpötilan 3-4 minuutin lämmityksen jälkeen?

b. Pitääkö/ylläpitävätkö hiustenkuivaajat 70 ° C: n lämpötilan 3-4 minuutin lämmityksen jälkeen?

c. Onko Ziploc® -pussin lämpötila sama kuin sen ulkopuolella oleva lämpötila 3-4 minuutin lämmityksen jälkeen?

d. Nouseeko Ziploc® -pussin sisälämpötila samalla nopeudella kuin sen ulkopuolella?

Näihin kysymyksiin vastaamiseksi otettiin seuraavat vaiheet:

Tallenna lämmityskäyrät kahdesta eri hiustenkuivaimesta 3-4 minuutin ajan, jotta näet, voivatko molemmat saavuttaa 70 ° C: n lämpötilan

II. Tallenna hiustenkuivaaja (t) lämmityskäyrät (LM35 -anturin on oltava tässä vaiheessa Ziploc® -pussin ulkopuolella) 2 minuutin ajan 3–4 minuutin ensimmäisen lämmityksen jälkeen

III. Kirjaa Ziploc® -pussin lämpötila 2 minuutiksi 3–4 minuutin ensimmäisen lämmityksen jälkeen ja vertaa sitä vaiheessa II rekisteröityihin tietoihin.

IV. Vertaa vaiheissa II ja III rekisteröityjä lämmityskäyriä (Ziploc® -pussiin liittyvät sisä- ja ulkolämpötilat)

Vaiheet I, II, III tehtiin käyttämällä LM35 -lämpötila -anturia ja Arduino -algoritmia, jotka on kehitetty ilmoittamaan LM35 -anturin rekisteröimästä ajoittain (1 Hz - USB -sarjayhteyden kautta) lämpötilasta ajan funktiona.

Algoritmi, joka on kehitetty lämpötilojen ja tallennettujen lämpötilojen tallentamiseen, löytyy täältä [2]

Vaihe IV toteutettiin vaiheissa II ja III tallennettujen tietojen sekä kahden Python -komentosarjan avulla, jotka loivat lämmitystoimintoja kuvaamaan Ziploc® -pussin sisä- ja ulkopuolista lämmitystä sekä kävijöitä molemmissa vaiheissa tallennetuista tiedoista. Nämä Python -komentosarjat (ja niiden suorittamiseen tarvittavat kirjastot) ovat saatavilla täältä [3].

Joten vaiheiden I, II, III ja IV suorittamisen jälkeen on mahdollista vastata kysymyksiin a, b, c ja d.

Kysymykselle a. vastaus on ei, koska on mahdollista nähdä vertaamalla kahden eri hiustenkuivaajan [2] rekisteröimiä tietoja, että yksi hiustenkuivaaja pystyy saavuttamaan 70 ° C ja toinen vain 44 ° C

Kysymykseen b vastaamiseksi hiustenkuivaaja, joka ei voi saavuttaa 70 ° C: ta, jätetään huomiotta. Kun tarkastetaan tietoja siltä, joka pystyy saavuttamaan 70 ° C: n lämpötilan (saatavana tiedostosta step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]), vastaus kohtaan b on myös ei, koska se ei pysty pitämään vakiolämpötilaa 70 ° C ensimmäisen 4 minuutin lämmitysajan jälkeen.

Sitten on tiedettävä, ovatko Ziplocin sisä- ja ulkopuolella olevat lämpötilat yhtä suuret (kysymys c) ja nousevatko ne samalla nopeudella (kysymys d). Käyrän sovitus- ja piirtoalgoritmeille [3] toimitettuihin tiedostoihin step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] ja step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] sisältyvät tiedot antavat vastaukset molempiin kysymyksiin, jotka eivät ole mitään, koska Ziploc® -pussin sisälämpötila on saavuttanut enintään 70 ~ 71 ° C, kun ulkolämpötila saavutti maksimissaan 77-78 ° C ja Ziploc® -pussin sisälämpötila nousi hitaammin kuin ulkolämpötila.

Kuva 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro esittää Ziploc® -pussin ulko- / sisälämpötiloja ajan funktiona (oranssi käyrä vastaa sisälämpötilaa, sininen käyrä ulkolämpöä). Kuten on nähtävissä, sisä- ja ulkolämpötilat ovat erilaisia ja myös nousevat eri nopeuksilla - hitaasti Ziploc -pussin sisällä kuin ulkona. Kuvio kertoo myös, että lämpötilafunktiot ovat muodossa:

Lämpötila (t) = Ympäristölämpötila + (Lopullinen lämpötila - Ympäristölämpötila) x (1 - e^(lämpötilan nousunopeus x t))

Ziploc® -pussin ulkopuoliselle lämpötilalle lämpötilatoiminto ajallisesti on:

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

Ja Ziploc® -pussin sisällä olevan lämpötilan osalta ajan funktio on:

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

Joten kun kaikki nämä tiedot (ja muut empiiriset tulokset) ovat käsillä, tästä DIY N95 -sterilointimallinnusprosessista voidaan sanoa seuraava:

-Eri hiustenkuivaajat voivat tuottaa erilaisia lämpötiloja - Jotkut eivät pysty saavuttamaan 70 ° C, kun taas toiset ylittävät tämän viitteen paljon. Niille, jotka eivät voi saavuttaa 70 ° C: n lämpötilaa, ne on kytkettävä pois päältä ensimmäisen lämmitysajan jälkeen (jotta vältetään turha energian tuhlaaminen) ja sterilointilaitteen käyttäjälle tulee ilmoittaa tästä virheilmoituksesta. Niille, jotka ylittävät 70 ° C: n ohjearvon, hiustenkuivaaja on kytkettävä pois päältä, kun lämpötila on yli tietyn lämpötilan (70 + ylimarginaali) ° C (jotta N95 -hengityslaitteen suojakyky ei vahingoitu) ja käännettävä se palaa uudelleen sen jälkeen, kun N95 on jäähdytetty alle (70 - huonompi marginaali) ° C: n lämpötilaan, sterilointiprosessin jatkamiseksi;

-LM35 -lämpötila -anturi ei voi olla Ziploc® -pussin sisällä, koska pussi on suljettava, jotta vältetään huoneen saastuminen viruskannalla, joten LM35 -lämpötila on sijoitettava pussin ulkopuolelle;

-Koska sisälämpötila on alhaisempi kuin sen ulkopuolinen ja vaatii enemmän aikaa nousta, on välttämätöntä ymmärtää, miten jäähdytysprosessi tapahtuu, koska jos sisäisen lämpötilan lasku kestää kauemmin kuin ulkoinen lämpötila, on syy -yhteys Ziploc® -pussin lämpötilan nousun/laskun välillä ja siten on mahdollista käyttää ulkoista lämpötilaa viitteenä koko lämmitys-/jäähdytysprosessin säätelyyn. Mutta jos ei, tarvitaan toinen lähestymistapa. Tämä johtaa viidenteen mallinnuskysymykseen:

e. Laskeeko Ziploc® -pussin lämpötila hitaammin kuin ulkona?

Tähän kysymykseen vastattiin viidennessä vaiheessa ja jäähdytysprosessin aikana (Ziploc® -pussin sisällä/ulkopuolella) saadut lämpötilat rekisteröitiin (saatavilla täältä [4]). Näistä lämpötiloista löydettiin jäähdytystoiminnot (ja vastaavat jäähdytysnopeudet) Ziploc® -pussin ulko- ja sisäjäähdytykseen.

Ulkoinen Ziploc®-jäähdytystoimintopussi on: 42,17 * e^(-0,0089t) + 33,88

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

Tässä mielessä on mahdollista nähdä, että molemmat toiminnot vähenevät samalla tavalla (-0,0088 ≃ -0,0089), kuten kuva 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro osoittaa: (sininen/oranssi on Ziploc® -pussin ulkopuolella/sisällä)

Koska Ziploc® -pussin sisälämpötila laskee samaan tahtiin kuin sen ulkopuolella oleva lämpötila, ulkolämpötilaa ei voida käyttää vertailukohtana pitämään hiustenkuivaaja päällä lämmityksen aikana, koska ulkolämpötila nousee nopeammin kuin sisälämpötila ja ulkolämpötila saavuttaa (70 + ylempi marginaali) ° C sisälämpötila olisi alempi kuin hengityslaitteen sterilointiin tarvittava lämpötila. Ja ajan mittaan sisälämpötilan keskiarvo laskee laimeasti. Joten on tarpeen käyttää sisäisen lämpötilan toimintoa ajan määrittämiseksi tarvittava aika sen lämpötilan nostamiseen (70 - huonompi marginaali) ° C: sta vähintään 70 ° C: seen.

Alimmasta 3 ° C: n marginaalista (ja näin ollen aloituslämpötilasta 67 ° C), jotta se saavuttaa noin 70 ° C, on odotettava vähintään 120 sekuntia Ziploc® -pussin sisältämän ajan funktion mukaan.

Kaikki vastaukset yllä oleviin mallinnuskysymyksiin voivat rakentaa minimaalisesti elinkelpoisen ratkaisun. Tietenkin on oltava ominaisuuksia ja parannuksia, joita ei voitu lähestyä täällä - aina on jotain löydettävää tai parannettavaa - mutta kaikki kerätyt elementit pystyvät rakentamaan tarvittavan ratkaisun.

Tämä johtaa Arduinolla kirjoitettavan algoritmin kehittämiseen vakiintuneen mallin saavuttamiseksi.

Vaihe 2: Automaattinen N95 -hengityssterilisaattorin käyttöalgoritmi

Vaiheessa 2 esitettyjen vaatimusten ja mallinnuskysymysten perusteella kehitettiin yllä olevassa kuvassa kuvatut algoritmit, jotka voi ladata osoitteesta github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Vaihe 3: Lähetä koodi Arduinolle

1. Lataa Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Lataa N95 -hiustenkuivaajan sterilointilaitteen lähdekoodi -
3. Avaa Arduino IDE
4. Lisää Arduino -ajastinkirjasto: Luonnos -> Sisällytä kirjasto -> Lisää. ZIP -kirjasto ja valitse Timer-master.zip -tiedosto kansiosta, josta se ladattiin
5. Pura n95hairdryersterilizer-master.zip-tiedosto
6. Avaa n95hairdryersterilizer.ino -tiedosto Arduino IDE: llä
7. Hyväksy kehote luoda luonnoskansio ja siirrä n95hairdryersterilizer.ino sinne
8. Liitä A -tyypin USB -kaapeli Arduino UNO -laitteeseen
9. Liitä tyypin A USB -kaapeli tietokoneeseen
10. Arduino IDE: ssä, kun luonnos on jo auki, napsauta Sketch -> Upload (Ctrl + U) ladataksesi koodin Arduinoon
11. Arduino on valmis juoksemaan!

Vaihe 4: Releen suojakytkentä sähköliittimiin

Releen suojajohtorakenne:

1. Johda maadoitusliitin sähköisestä urosliittimestä sähköisen naarasliittimen maadoitusnastaan 15A sähköjohdolla;

2. Johda nasta sähköliittimestä suoraan releen suojuksen C -liittimeen 15A sähköjohdolla;

3. Kytke toinen urosliittimen nasta sähköisen naarasliittimen vasempaan napaan 15A sähköjohdolla;

4. Kytke oikea napa sähköliittimestä suoraan releen suojuksen NO -liittimeen 15A sähköjohdolla;

Hiustenkuivaajan kytkeminen releen suojajohtoon:

5. Liitä hiustenkuivaajan sähköliitin Relay Shield Power Cordin sähköliitäntään

Vaihe 5: Releensuojuksen kytkentä Arduinolle

1. Johda GND Arduinosta Breadboardin negatiiviseen linjaan uros-uros-hyppykaapelilla;

2. Johda 5 V: n nasta Arduinosta Breadboardin positiiviseen linjaan uros-uros-hyppykaapelilla;

3. Johda digitaalinen nasta #2 Arduinosta Relay Shieldin signaalinapaan uros-naaras-hyppykaapelilla;

4. Johda 5 V: n nasta Relay Shieldistä Breadboardin positiiviseen linjaan uros-naaras-hyppykaapelilla;

5. Johda GND-nasta Relay Shieldistä Breadboardin negatiiviseen linjaan uros-naaras-hyppykaapelilla;

Vaihe 6: Kytke LM35 -lämpötila -anturi Arduinoon

LM35 -anturin tasaisen sivun ottaminen etusivuksi:

1. Johda 5 V: n nasta (1. nasta vasemmalta oikealle) LM35: stä Breadboardin positiiviseen linjaan naaras-uros-hyppykaapelilla;

2. Kytke signaalitappi (toinen nasta vasemmalta oikealle) LM35: stä Arduinon A0-napaan naaras-uros-hyppykaapelilla;

3. Johda GND-nasta (1. nasta vasemmalta oikealle) LM35: stä Breadboardin negatiiviseen linjaan naaras-uros-hyppykaapelilla;

Vaihe 7: Hiustenkuivaajan kiinnittäminen Viseen

1. Kiinnitä ruuvipuristin pöydän päälle

2. Aseta hiustenkuivaaja ruuvipuristimeen

3. Säädä ruuvipuristin, jotta hiustenkuivaaja jää hyvin kiinni

Vaihe 8: Ziploc® -pussin tuen valmistelu

1. Valitse kovakantinen kierrevihko ja aseta siihen kaksi kuminauhaa ensimmäisen kuvan mukaisesti;

2. Valitse potlid (kuten toisessa kuvassa) tai mikä tahansa, jota voidaan käyttää tukena, jotta kovakantinen kierrevihko jätetään suoraan asentoon.

3. Aseta kovakantinen kierrevihko, jossa on kaksi kuminauhaa kattilan kannen yläosassa (kuten näkyy kolmannessa kuvassa)

Vaihe 9: Hengityslaitteen asettaminen Ziploc® -pussin sisään

1. Aseta N95 Breather varovasti Ziploc® -pussin sisään ja sulje se sen mukaisesti, jotta vältetään mahdollinen huoneen saastuminen (kuva 1);

2. Aseta Ziploc® -pussi tukeensa (rakennettu edelliseen vaiheeseen) ja vedä kaksi kuminauhaa, jotka on asetettu kovakantisen kierrevihkon päälle (kuva 2);

Vaihe 10: Lämpötila -anturin kiinnittäminen Ziploc® -laukkuun ulkopuolella

1. Kiinnitä LM35 -anturi Ziploc® -pussin ulkopuolelle pienellä teipillä, kuten yllä on esitetty;

Vaihe 11: N95 -hengityslaitteen ja sen tuen asettaminen oikeaan asentoon

1. N95 Hengityslaitteen tulee olla 12,5 cm: n etäisyydellä hiustenkuivaimesta. Jos se asetetaan pidemmälle, lämpötila ei nouse yli 70 ° C ja sterilointi ei tapahdu niin kuin pitäisi. Jos se asetetaan lähemmäksi, lämpötila nousee selvästi yli 70 ° C, aiheuttaen vahinkoa hengityslaitteelle. 12,5 cm on siis optimaalinen etäisyys 1700 W: n hiustenkuivaajalle.

Jos hiustenkuivaajalla on enemmän tai vähemmän tehoa, etäisyys on säädettävä oikein, jotta lämpötila pysyy mahdollisimman lähellä 70 ° C. Arduinon ohjelmisto tulostaa lämpötilan 1 sekunnin välein, jotta tämä säätöprosessi olisi mahdollista eri hiustenkuivaajille;

Vaihe 12: Laita kaikki töihin

Kun kaikki aiempien vaiheiden liitännät on suoritettu, kytke Relay Shieldin virtajohdon sähköliitin pistorasiaan ja aseta USB -kaapeli tyyppi A Arduinoon ja USB -virtalähteeseen (tai tietokoneen USB -porttiin). Sitten sterilointilaite alkaa toimia kuten yllä oleva video

Vaihe 13: Viitteet

1. Laulu Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Arvio virusinfektion lämpöinaktivoinnista lääketieteellisessä naamiossa [J]. MIKRO- JA TUOTETTAVUUSJULKAISU, 2020, 15 (1): 31-35. (saatavilla osoitteessa https://jmi.fudan.edu.cn/FI/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, saatavilla 8. huhtikuuta 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Lämpötilanmittausalgoritmi ja lämpötilan ajan mittaus tietojoukot, 2020. (Saatavilla osoitteessa https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, käytetty 9. huhtikuuta 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Asennus-/piirtoalgoritmit ja sen vaatimukset, 2020. (Saatavilla osoitteessa https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, saatavilla 9. huhtikuuta 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Lämpötilan jäähdytystiedot, 2020. (Saatavilla osoitteessa https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, saatavilla 9. huhtikuuta 2020)