DIY Hair Dryer N95 Breather Sterilizer: 13 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ayon kay SONG et al. (2020) [1], 70 ° C init na ginawa ng isang hairdryer sa loob ng 30 minuto ay sapat na upang maaktibo ang mga virus sa isang N95 na paghinga. Kaya, ito ay isang magagawa na paraan para sa mga regular na tao na muling gamitin ang kanilang mga N95 breather sa pang-araw-araw na gawain, paggalang sa ilang mga hadlang tulad ng: ang paghinga ay hindi dapat mahawahan ng dugo, ang huminga ay hindi dapat masira, atbp.

Sinabi ng mga may-akda na ang hairdryer ay dapat na buksan at hayaang magpainit ng 3, 4 minuto. Pagkatapos, ang isang kontaminadong N95 na paghinga ay dapat ilagay sa loob ng isang ziplock bag at isumite sa 30 minuto ng init na ginawa ng hairdryer. Pagkatapos ng oras na ito, ang mga virus ay mabisang hindi naaktibo sa maskara, ayon sa kanilang pag-aaral.

Ang lahat ng mga aksyon na nakasaad sa itaas ay hindi awtomatiko at may mga hadlang na maaaring lumala ang proseso ng isterilisasyon tulad ng pagpainit ng temperatura na masyadong mababa (o masyadong mataas). Kaya nilalayon ng proyektong ito na gumamit ng isang hairdryer, isang microcontroller (atmega328, magagamit sa Arduino UNO), isang relay shield at isang sensor ng temperatura (lm35) upang bumuo ng isang awtomatikong Mask Sterilizer batay sa SONG et al. mga natuklasan.

Mga gamit

1x Arduino UNO;

1x LM35 Temperatura Sensor;

1x Relay Shield;

1x 1700W Dual Speed Hair Dryer (Taiff Black 1700W para sa sanggunian)

1x Breadboard;

2x male-to-male jumper cables (15 cm bawat isa);

6x male-to-female jumper cables (15 cm bawat isa);

2x 0.5m 15A electrical wire;

1x babaeng elektrikal na konektor (ayon sa pamantayan ng iyong bansa - Ang Brazil ay NBR 14136 2P + T);

1x male electric konektor (ayon sa pamantayan ng iyong bansa - Ang Brazil ay NBR 14136 2P + T);

1x USB Cable type A (upang i-program ang Arduino);

1x Computer (Desktop, Notebook, Anumang);

1x Vise;

1x takip ng Palayok;

2x Rubber Bands;

1x Hardcover Spiral Notebook;

1x Ziploc® Quart Size (17.7cm x 18.8cm) na bag;

1x Adhesive tape roll

1x 5V USB Power Supply

Hakbang 1: Awtomatikong N95 Breather Sterilizer Modelling

Tulad ng nakasaad dati, nilalayon ng proyektong ito na bumuo ng isang awtomatikong isteriliser batay sa SONG et. al (2020) mga natuklasan. Ang mga sumusunod na hakbang ay kinakailangan upang makamit ito:

1. Heat hairdryer ng 3 ~ 4 minuto upang makamit ang 70 ° C ng temperatura;

2. Hayaan ang hairdryer sa loob ng 30 minuto habang itinuturo ito sa N95 na huminga sa loob ng isang Ziploc® bag upang mai-aktibo ang mga virus sa paghinga

Kaya, ang mga katanungan sa pagmomodelo ay binubuo upang makabuo ng isang solusyon:

a. Ang lahat ba ng mga hairdryer ay gumagawa ng temperatura ng 70 ° C pagkatapos ng pag-init ng 3 ~ 4 minuto?

b. Pinapanatili ba / ng (mga) hairdryer ang isang pare-pareho na temperatura ng 70 ° C pagkatapos ng 3 ~ 4 minuto ng pag-init?

c. Ang temperatura ba sa loob ng Ziploc® bag ay katumbas ng temperatura sa labas nito pagkatapos ng 3 ~ 4 minuto ng pag-init?

d. Ang temperatura ba sa loob ng Ziploc® bag ay tumataas sa parehong rate ng temperatura sa labas nito?

Upang masagot ang mga katanungang ito ang mga sumusunod na hakbang ay kinuha:

I. Itala ang mga curve ng pag-init mula sa dalawang magkakaibang mga hairdryer sa loob ng 3 ~ 4 minuto upang makita kung kapwa makakamit ang 70 ° C

II. Itala ang (mga) haveryer na pag-init na kurba (ang sensor ng LM35 ay dapat na nasa labas ng bag ng Ziploc® sa hakbang na ito) sa loob ng 2 minuto pagkatapos ng 3 ~ 4 minuto ng paunang pag-init

III. Itala ang temperatura sa loob ng Ziploc® bag sa loob ng 2 minuto pagkatapos ng 3 ~ 4 minuto ng paunang pag-init at ihambing ito sa data na nakarehistro sa hakbang II.

IV. Paghambingin ang mga curve ng pag-init na nakarehistro sa mga hakbang II at III (sa loob at labas ng temperatura na nauugnay sa Ziploc® bag)

Ang mga Hakbang I, II, III ay gumagamit ng isang sensor ng temperatura ng LM35 at isang Arduino algorithm na binuo upang magpapaalam pana-panahon (1Hz - sa pamamagitan ng USB Serial na komunikasyon) na temperatura na nakarehistro ng LM35 sensor sa pagpapaandar ng oras.

Ang algorithm na binuo upang maitala ang mga temperatura at ang naitala temperatura ay magagamit dito [2]

Ang Hakbang IV ay natanto sa pamamagitan ng data na naitala sa mga hakbang II at III pati na rin sa pamamagitan ng dalawang mga script ng Python na lumikha ng mga pagpapaandar ng pag-init upang ilarawan ang pag-init sa loob at labas ng Ziploc® bag pati na rin ang mga plot mula sa data na naitala sa parehong mga hakbang. Ang mga script ng Python na ito (at mga aklatan na kinakailangan upang patakbuhin ang mga ito) ay magagamit dito [3].

Kaya, pagkatapos gawin ang mga hakbang I, II, III, at IV posible na sagutin ang mga katanungan a, b, c, at d.

Para sa tanong a. ang sagot ay Hindi posible na makita, ang paghahambing ng data na nakarehistro mula sa 2 magkakaibang mga hairdryer sa [2] na ang isang hairdryer ay makakamit ang 70 ° C habang ang iba ay makakamit lamang ng 44 ° C

Upang sagutin ang tanong b, ang hairdryer na hindi makakamit ang 70 ° C ay hindi pinapansin. Ang pag-iinspeksyon ng data mula sa maabot ang 70 ° C (magagamit sa file step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) ang sagot sa b ay hindi din sapagkat hindi nito mapapanatili ang isang pare-pareho na temperatura ng 70 ° C pagkatapos ng paunang 4 na oras ng pag-init.

Pagkatapos, kinakailangang malaman kung ang temperatura sa loob at labas ng Ziploc ay pantay (tanong c) at kung tumaas ang mga ito sa parehong rate (tanong d). Magagamit ang data sa mga file na step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] at step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] na isinumite sa curve fitting at plotting algorithms sa [3] na nagbibigay ng mga sagot sa parehong mga katanungan, na parehong hindi dahil ang temperatura sa loob ng Ziploc® bag ay umabot sa maximum na 70 ~ 71 ° C habang ang temperatura sa labas ay umabot sa maximum na 77 ~ 78 ° C at ang bag ng Ziploc® sa loob ng temperatura ay tumaas nang mabagal kaysa sa labas na katapat nito.

Larawan 1 - Ang Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro ay nagpapakita ng isang lagay ng labas / sa loob ng temperatura ng bag ng Ziploc® sa pag-andar ng oras (ang orange curve ay tumutugma sa temperatura sa loob, asul na kurba sa labas ng isa). Tulad ng posible na makita, ang temperatura sa loob at labas ay magkakaiba at tataas din sa iba't ibang mga rate - dahan-dahan sa loob ng Ziploc bag kaysa sa labas. Ipinapaalam din ng pigura na ang mga pagpapaandar ng temperatura ay nasa anyo ng:

Temperatura (t) = Temperatura sa Kapaligiran + (Huling Temperatura - Temperatura sa Kapaligiran) x (1 - e ^ (rate ng pagtaas ng temperatura x t))

Para sa temperatura sa labas ng Ziploc® bag, ang temperatura function sa mga tuntunin ng oras ay:

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

At para sa temperatura sa loob ng bag ng Ziploc®, ang paggana ng temperatura sa mga tuntunin ng oras ay:

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

Kaya sa lahat ng data na ito (at iba pang mga empirical na resulta), ang sumusunod ay maaaring sabihin tungkol sa proseso ng pagmomodelo ng DIY N95 Sterilizer:

-Ang magkakaibang mga hairdryer ay maaaring makabuo ng iba't ibang mga temperatura - Ang ilan ay hindi makakamit ang 70 ° C habang ang iba ay malampasan ang sanggunian na ito ng maraming. Para sa mga hindi makakamit ang 70 ° C, dapat silang patayin pagkatapos ng paunang oras ng pag-init (upang maiwasan ang walang kabuluhang basura ng enerhiya) at ilang mensahe ng error ay dapat na ma-prompt sa operator ng isteriliser na ipaalam ang isyung ito. Ngunit para sa mga lumalagpas sa sanggunian sa degree na 70 ° C, kinakailangan upang patayin ang hairdryer kapag ang temperatura ay nasa itaas ng isang tiyak na temperatura (70 + superior margin) ° C (upang maiwasan ang pinsala sa kapasidad ng proteksyon ng N95 na hininga) at i-on ito sa muli pagkatapos ng N95 cooled sa isang temperatura sa ilalim (70 - mas mababang margin) ° C, upang ipagpatuloy ang proseso ng isterilisasyon;

-Ang sensor ng temperatura ng LM35 ay hindi maaaring nasa loob ng bag ng Ziploc®, sapagkat ang bag ay kailangang ma-selyohan upang maiwasan ang kontaminasyon ng silid sa mga strain ng virus, kaya't ang temperatura ng LM35 ay dapat ilagay sa labas ng bag;

-Nga ang temperatura sa loob ay mas mababa kaysa sa labas nito at hinihiling ang mas maraming oras upang madagdagan, sapilitan na maunawaan kung paano nangyayari ang proseso ng paglamig (pagbawas), sapagkat, kung ang panloob na temperatura ay tumatagal ng mas maraming oras upang mabawasan kaysa sa panlabas na temperatura, kaya, mayroong isang sanhi ng ugnayan sa pagitan ng pagtaas / pagbawas ng proseso sa loob / labas ng temperatura ng bag ng Ziploc® at sa gayon posible na gamitin ang panlabas na temperatura bilang isang sanggunian upang makontrol ang buong proseso ng pag-init / paglamig. Ngunit kung hindi pagkatapos, kakailanganin ng ibang diskarte. Humahantong ito sa isang ika-5 na tanong sa pagmomodelo:

e. Ang temperatura ba sa loob ng Ziploc® bag ay bumabagal nang mas mabagal kaysa sa labas?

Isang ika-5 hakbang ang kinuha upang sagutin ang katanungang ito at ang mga temperatura na nakuha sa panahon ng proseso ng paglamig (sa loob / labas ng Ziploc® bag) ay nakarehistro (magagamit dito [4]). Mula sa mga temperatura na ito, ang mga pag-andar ng paglamig (at ang kani-kanilang mga rate ng paglamig) ay natuklasan para sa paglamig sa labas at loob ng Ziploc® bag.

Ang panlabas na bag ng pag-andar ng Ziploc® ay: 42.17 * e ^ (- 0.0089t) + 33.88

Ang nasa loob na katapat ay: 37.31 * e ^ (- 0.0088t) + 30.36

Sa pag-iisip na ito, posible na makita na ang parehong mga pag-andar ay bumababa sa isang pantay na paraan (-0.0088 ≃ -0.0089) tulad ng ipinakita ng Larawan 2 - Ipinakita ng Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (asul / orange ay nasa labas / sa loob ng Ziploc® bag ayon sa pagkakabanggit.)

Habang ang temperatura sa loob ng bag ng Ziploc® ay bumababa sa parehong rate ng temperatura sa labas nito, ang temperatura sa labas ay hindi maaaring magamit bilang isang sanggunian upang mapanatili ang hairdryer kapag kinakailangan ang pag-init dahil sa labas ng temperatura ay tumataas nang mas mabilis kaysa sa loob ng temperatura at kapag sa labas ng temperatura umabot (70 + superior margin) ° C sa loob ng temperatura ay magiging mas mababa kaysa sa kinakailangang temperatura upang ma-isteriliser ang paghinga. At sa paglipas ng panahon, ang temperatura sa loob ay makakaranas ng isang dilute pagbaba ng daluyan na halaga. Kaya, kinakailangang gamitin ang pag-andar ng temperatura sa loob sa mga tuntunin ng oras upang matukoy ang kinakailangang oras upang madagdagan ang temperatura nito mula sa (70 - mas mababang margin) ° C hanggang sa hindi bababa sa 70 ° C.

Mula sa isang mas mababang margin na 3 ° C (at dahil dito, isang panimulang temperatura na 67 ° C) upang maabot ang ≃ 70 ° C, kinakailangang maghintay ng hindi bababa sa 120 segundo, ayon sa pag-andar ng temperatura ng Ziploc® bag sa mga tuntunin ng oras.

Sa lahat ng mga sagot sa mga tanong sa pagmomodelo sa itaas, maaaring mabuo ang isang maliit na mabubuhay na solusyon. Siyempre, dapat may mga tampok at pagpapabuti na hindi malalapitan dito - palaging may isang bagay na matutuklasan o napagbuti - ngunit ang lahat ng mga sangkap na elicited ay maaaring bumuo ng kinakailangang solusyon.

Humahantong ito sa pagpapaliwanag ng isang algorithm na naisusulat sa Arduino, upang makamit ang naitatag na modelo.

Hakbang 2: Awtomatikong N95 Breather Sterilizer Operation Algorithm

Batay sa mga kinakailangan at pagmomodelo ng mga katanungan na ipinakita sa hakbang 2, ang mga algorithm na inilarawan sa larawan sa itaas ay binuo at magagamit upang i-download sa github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Hakbang 3: Pag-upload ng Code sa Arduino

1. I-download ang Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. I-download ang N95 hairdryer sterilizer source code -
3. Buksan ang Arduino IDE
4. Magdagdag ng Arduino Timer Library: Sketch -> Isama ang Library -> Magdagdag ng. ZIP Library at piliin ang Timer-master.zip file, mula sa folder kung saan ito na-download
5. I-extract ang file na n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Buksan ang n95hairdryersterilizer.ino file gamit ang Arduino IDE
7. Tanggapin ang prompt upang lumikha ng isang sketch folder at ilipat ang n95hairdryersterilizer.ino doon
8. Ipasok ang USB Cable Type A sa Arduino UNO
9. Ipasok ang USB Cable Type A sa PC
10. Sa Arduino IDE, na bukas ang sketch, mag-click sa Sketch -> Mag-upload (Ctrl + U) upang mag-upload ng code sa Arduino
11. Handa nang tumakbo si Arduino!

Hakbang 4: Mga Cable Relay Shield sa Mga Elektrikal na Konektor

Relay Shield Power Cord Building:

1. Wire groundpin mula sa de-koryenteng lalakeng konektor sa ground pin ng electrical female konektor na may15A electrical wire;

2. Wire isang pin mula sa de-koryenteng konektor ng lalaki nang direkta sa C na konektor ng relay Shield na may 15A electrical wire;

3. I-wire ang iba pang pin mula sa electrical male konektor sa kaliwang pin ng electrical female konektor na may 15A electrical wire;

4. Wire ang tamang pin mula sa de-koryenteng babaeng konektor nang direkta sa HINDI makitid na konektor ng relay Shield na may 15A electrical wire;

Pag-plug ng hairdryer sa Relay Shield Power Cord:

5. I-plug ang electrical male konektor ng hairdryer sa relay na pambabae na pang-kuryente ng Relay Shield Power Cord

Hakbang 5: Mga Cable Relay Shield kay Arduino

1. Wire GND mula sa Arduino sa negatibong linya ng Breadboard na may male-to-male jumper cable;

2. Wire 5V pin mula sa Arduino sa positibong linya ng Breadboard na may male-to-male jumper cable;

3. Wire digital pin # 2 mula sa Arduino sa signalpin ng Relay Shield na may male-to-female jumper cable;

4. Wire 5V pin mula sa Relay Shield sa positibong linya ng Breadboard na may male-to-female jumper cable;

5. Wire GND pin mula sa Relay Shield sa negatibong linya ng Breadboard na may male-to-female jumper cable;

Hakbang 6: Mga Kable LM35 Temperature Sensor sa Arduino

Pagkuha ng patag na bahagi ng sensor ng LM35 bilang sanggunian sa harapan:

1. Wire 5V pin (1st pin mula kaliwa hanggang kanan) mula sa LM35 sa positibong linya ng Breadboard na may pambabae-hanggang-lalaking jumper cable;

2. Pin signal ng kawad (ika-2 pin mula kaliwa hanggang kanan) mula sa LM35 hanggang sa A0 pin ng Arduino na may pambabae-hanggang-lalaking jumper cable;

3. Wire GND pin (1st pin mula kaliwa hanggang kanan) mula sa LM35 sa negatibong linya ng Breadboard na may pambabae-hanggang-lalaking jumper cable;

Hakbang 7: Pag-ikot ng Hairdryer sa Vise

1. Ayusin ang vise sa isang mesa

2. Ilagay ang hairdryer sa vise

3. Ayusin ang vise upang iwanang maayos na nakakabit ang hairdryer

Hakbang 8: Paghahanda ng Suporta ng Ziploc® Bag

1. Piliin ang hardcover spiral notebook at ilagay dito ang dalawang goma tulad ng ipinakita sa unang imahe;

2. Pumili ng isang potlid (tulad ng ipinakita sa pangalawang imahe) o anumang maaaring magamit bilang suporta upang iwanan ang hardcover spiral notebook sa isang tuwid na posisyon;

3. Ilagay ang hardcovered spiral notebook na may dalawang goma sa tuktok ng takip ng palayok (tulad ng ipinakita sa pangatlong imahe)

Hakbang 9: Paglalagay ng Breather Sa Loob ng Ziploc® Bag

1. Maingat na ilagay ang N95 Breather sa loob ng Ziploc® Bag at iselyo ito nang naaayon, upang maiwasan ang posibleng kontaminasyon sa silid (Larawan 1);

2. Ilagay ang Ziploc® Bag sa suporta nito (na binuo sa nakaraang hakbang), paghila ng dalawang goma na nakalagay sa hardcover spiral notebook (Larawan 2);

Hakbang 10: Pag-attach ng Sensor ng Temperatura sa Ziploc® Bag Sa Labas

1. Ikabit ang sensor ng LM35 sa labas ng Ziploc® Bag gamit ang isang maliit na tape ng adhesive, tulad ng ipinakita sa itaas;

Hakbang 11: Paglalagay ng N95 Breather at Suporta Nito sa Tamang Posisyon

1. Ang N95 Breather ay dapat na nasa 12.5 cm ang distansya mula sa hairdryer. Kung mailagay sa isang mas malaking distansya, ang temperatura ay hindi tataas sa itaas ng 70 ° C at hindi mangyayari ang isterilisasyon tulad ng nararapat. Kung mailagay sa isang mas malapit na distansya, ang temperatura ay tataas nang higit sa 70 ° C, na magiging sanhi ng pinsala sa paghinga. Kaya't ang 12.5 cm ay ang pinakamainam na distansya para sa isang 1700W hairdryer.

Kung ang hairdryer ay may higit o mas mababa na lakas, ang distansya ay dapat na maayos na ayusin upang mapanatili ang temperatura na malapit sa 70 ° C. Ang software sa Arduino ay naglilimbag ng temperatura bawat 1 segundo, upang magawa ang proseso ng pagsasaayos na ito para sa iba't ibang mga hairdryer;

Hakbang 12: Pagpapatakbo ng Lahat

Sa lahat ng mga koneksyon mula sa nakaraang mga hakbang na nagawa, i-plug ang Relay Shield power cord electrical male konektor sa isang outlet ng kuryente at ipasok ang USB Cable Type A sa Arduino at sa isang USB power supply (o Computer USB port). Pagkatapos, ang sterilizer ay magsisimulang gumana tulad ng nasa itaas na video

Hakbang 13: Mga Sanggunian

1. Song Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Pagsusuri ng hindi pagpapagana ng init ng kontaminasyon ng virus sa medikal na maskara [J]. JOURNAL OF MICROBES AND INFECTIONS, 2020, 15 (1): 31-35. (magagamit sa https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, na-access noong Abril 08, 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Temperatura sa Pagkuha ng Algorithm at Temperatura sa Paglipas ng Oras ng Mga Datasets, 2020. (Magagamit sa https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, na-access noong Abril 09, 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Fitting / Plotting Algorithms at mga Kinakailangan nito, 2020. (Magagamit sa https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, na-access noong Abril 09, 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Mga Datasets ng Paglamig ng Temperatura, 2020. (Magagamit sa https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee51713affacfe98bafe, na-access noong Abril 09, 2020)