DIY سشوار N95 ضدعفونی کننده تنفس: 13 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

با توجه به SONG و همکاران. (2020) [1] ، حرارت 70 درجه سانتی گراد تولید شده توسط سشوار در مدت 30 دقیقه برای غیرفعال کردن ویروس ها در دستگاه تنفس N95 کافی است. بنابراین ، این یک روش امکان پذیر است برای افراد عادی که از تنفس N95 خود در طول فعالیت های روزانه استفاده می کنند ، با رعایت محدودیت های خاصی مانند: دستگاه تنفس نباید به خون آلوده شود ، دستگاه تنفس نباید شکسته شود و غیره.

نویسندگان می گویند سشوار باید روشن شود و به مدت 3 ، 4 دقیقه روی حرارت قرار گیرد. سپس ، یک دستگاه تنفس آلوده N95 باید داخل کیسه زیپ قفل شده قرار داده و 30 دقیقه حرارت تولید شده توسط سشوار را تحویل دهید. طبق مطالعات انجام شده ، پس از این زمان ، ویروسها به طور م onثر روی ماسک غیرفعال می شوند.

تمام اقدامات ذکر شده در بالا خودکار نیستند و محدودیت هایی وجود دارد که می تواند روند عقیم سازی مانند درجه حرارت بسیار پایین (یا خیلی زیاد) را خراب کند. بنابراین هدف این پروژه استفاده از سشوار ، میکروکنترلر (atmega328 ، موجود در Arduino UNO) ، سپر رله و سنسور دما (lm35) برای ساخت دستگاه ضدعفونی کننده ماسک خودکار بر اساس SONG و همکاران است. یافته ها

تدارکات

1x Arduino UNO ؛

1x LM35 سنسور دما ؛

1x سپر رله ؛

1x 1700W دو سرعته سشوار (Taiff Black 1700W برای مرجع)

1x تخته نان ؛

2 برابر کابل های جهنده مرد به مرد (هر کدام 15 سانتی متر) ؛

6 برابر کابل های جهنده مرد به زن (هر کدام 15 سانتی متر) ؛

2x 0.5m سیم برق 15A ؛

1 برابر اتصال برق زن (مطابق استاندارد کشور شما - برزیل NBR 14136 2P+T است) ؛

1 برابر اتصال الکتریکی مردانه (طبق استاندارد کشور شما - برزیل NBR 14136 2P+T است) ؛

1x کابل USB نوع A (برای برنامه ریزی Arduino) ؛

1x کامپیوتر (رومیزی ، نوت بوک ، هر) ؛

1x Vise؛

1 برابر درب قابلمه ؛

2 نوار لاستیکی ؛

1x نوت بوک مارپیچی با جلد سخت ؛

1 عدد کیسه Ziploc® Quart Size (17.7cm x 18.8cm) کیسه ؛

1 برابر رول نوار چسب

منبع تغذیه USB 1x 5V

مرحله 1: مدل سازی خودکار N95 دستگاه ضدعفونی کننده تنفس

همانطور که قبلاً نیز گفته شد ، این پروژه با هدف ایجاد یک دستگاه ضدعفونی کننده خودکار بر اساس SONG et. یافته های al (2020). مراحل زیر برای دستیابی به آن ضروری است:

1. سشوار را به مدت 3 ~ 4 دقیقه گرم کنید تا به دمای 70 درجه برسید

2. اجازه دهید سشوار به مدت 30 دقیقه روشن شود در حالی که آن را به دستگاه تنفس N95 در داخل کیسه Ziploc® اشاره می کنید تا ویروس ها را در دستگاه تنفس غیرفعال کند

بنابراین ، سوالات مدل سازی به منظور ایجاد راه حل فرموله شد:

آ. آیا همه سشوارها بعد از گرم شدن به مدت 3 ~ 4 دقیقه دمای 70 درجه سانتی گراد را تولید می کنند؟

ب آیا/بعد از 3 تا 4 دقیقه گرم شدن سشوار دمای 70 درجه سانتیگراد را ثابت نگه می دارد؟

ج آیا دمای داخل کیسه Ziploc® با دمای خارج از آن بعد از 3 ~ 4 دقیقه گرم شدن برابر است؟

د آیا درجه حرارت داخل کیسه Ziploc® با همان درجه حرارت خارج از آن افزایش می یابد؟

به منظور پاسخگویی به این سوالات مراحل زیر انجام شد:

I. منحنی های گرمایش از دو سشوار مختلف را به مدت 3 ~ 4 دقیقه ثبت کنید تا ببینید آیا هر دو می توانند به 70 درجه سانتی گراد برسند

II منحنی های گرمایش سشوار (ها) (حسگر LM35 در این مرحله باید خارج از کیسه Ziploc® باشد) را به مدت 2 دقیقه پس از 3 ~ 4 دقیقه گرم شدن اولیه ثبت کنید

سوم دمای داخل کیسه Ziploc® را به مدت 2 دقیقه پس از 3 ~ 4 دقیقه گرم شدن اولیه ثبت کرده و آن را با داده های ثبت شده در مرحله II مقایسه کنید.

IV مقایسه منحنی های گرمایش ثبت شده در مراحل II و III (دمای داخل و خارج مربوط به کیسه Ziploc®)

مراحل I ، II ، III با استفاده از سنسور دمای LM35 و الگوریتم آردوینو برای اطلاع رسانی دوره ای (1Hz - از طریق ارتباط سریال USB) ثبت شده توسط سنسور LM35 در زمان انجام شد.

الگوریتم توسعه داده شده برای ثبت دما و دمای ثبت شده در اینجا موجود است [2]

مرحله IV از طریق داده های ثبت شده در مراحل II و III و همچنین از طریق دو اسکریپت پایتون انجام شد که عملکردهای گرمایی را برای توصیف گرمایش در داخل و خارج کیسه Ziploc® و همچنین نمودارهای داده های ثبت شده در هر دو مرحله ایجاد کرد. این اسکریپت های پایتون (و کتابخانه های مورد نیاز برای اجرای آنها) در اینجا موجود است [3].

بنابراین ، پس از انجام مراحل I ، II ، III و IV ، می توانید به سوالات a ، b ، c و d پاسخ دهید.

برای سوال a پاسخ منفی است همانطور که مشاهده می شود ، مقایسه داده های ثبت شده از 2 سشوار مختلف در [2] که یک سشوار قادر به رسیدن به 70 درجه سانتی گراد است در حالی که دیگری تنها می تواند به 44 درجه سانتی گراد برسد

برای پاسخ به س bال ب ، سشوار که نمی تواند به دمای 70 درجه برسد نادیده گرفته می شود. در بازرسی از داده هایی که می توانند به 70 درجه سانتی گراد برسند (موجود در فایل step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) پاسخ b نیز منفی است زیرا نمی تواند دمای 70 درجه سانتی گراد را پس از 4 دقیقه زمان اولیه حرارت ثابت نگه دارد.

سپس ، لازم است بدانید که آیا دمای داخل و خارج Ziploc برابر است (سوال c) و آیا به همان میزان افزایش می یابد (سوال d). داده های موجود در فایلهای step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] و step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] که به الگوریتم های برازش منحنی و ترسیم در [3] ارائه شده است ، به هر دو س answersال پاسخ می دهد ، که هر دو هیچکدام نیستند زیرا دمای داخل کیسه Ziploc® به حداکثر 70 رسیده است. ~ 71 درجه سانتی گراد در حالی که دمای بیرون حداکثر به 78 77 77 درجه سانتی گراد رسیده است و دمای داخل کیسه Ziploc® به آرامی نسبت به نمونه خارجی آن افزایش یافته است.

شکل 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro نقشه ای از دمای کیسه Ziploc® خارج و داخل را بر حسب زمان نشان می دهد (منحنی نارنجی با دمای داخل مطابقت دارد ، منحنی آبی با خارج از آن). همانطور که ممکن است مشاهده شود ، دمای داخل و خارج متفاوت است و همچنین با سرعت های مختلف افزایش می یابد - به آرامی داخل کیسه Ziploc نسبت به خارج. این شکل همچنین نشان می دهد که توابع دما به صورت زیر است:

دما (t) = دمای محیط + (دمای نهایی - دمای محیط) x (1 - e^(افزایش درجه حرارت x t))

برای دمای خارج از کیسه Ziploc® ، عملکرد دما از نظر زمان عبارت است از:

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

و برای دمای داخل کیسه Ziploc® ، عملکرد دما از نظر زمان به شرح زیر است:

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

بنابراین با همه این داده ها (و سایر نتایج تجربی) موجود ، موارد زیر را می توان در مورد این روش مدل سازی DIY N95 Sterilizer بیان کرد:

- سشوارهای مختلف می توانند دمای متفاوتی را تولید کنند - برخی از آنها نمی توانند به 70 درجه سانتی گراد برسند در حالی که برخی دیگر از این مرجع بسیار فراتر می روند. برای آنهایی که نمی توانند به دمای 70 درجه سانتی گراد برسند ، باید بعد از زمان حرارت اولیه خاموش شوند (برای جلوگیری از اتلاف بیهوده انرژی) و پیغام خطا باید به اپراتور دستگاه ضدعفونی کننده اطلاع داده شود. اما برای کسانی که از درجه 70 درجه سانتی گراد بالاتر هستند ، لازم است سشوار را در زمانی که درجه حرارت بالاتر از دمای معین (70+ حاشیه برتر) درجه سانتی گراد است (برای جلوگیری از آسیب به ظرفیت حفاظتی تنفس N95) خاموش کنید و آن را بچرخانید. پس از خنک شدن N95 تا دمای زیر (70 - حاشیه تحتانی) درجه سانتیگراد ، مجدداً برای عقیم سازی ادامه دهید.

سنسور دمای LM35 نمی تواند داخل کیسه Ziploc® باشد ، زیرا برای جلوگیری از آلودگی اتاق به ویروس ها ، کیسه باید بسته شود ، بنابراین دمای LM35 باید خارج از کیسه قرار گیرد.

-از آنجا که دمای داخل کمتر از همتای خارجی خود است و زمان بیشتری برای افزایش نیاز دارد ، درک نحوه انجام فرآیند خنک کننده (کاهش) ضروری است ، زیرا اگر دمای داخلی زمان بیشتری نسبت به دمای خارجی کاهش یابد ، بنابراین ، رابطه علی بین افزایش/کاهش فرایند داخل/خارج دمای کیسه Ziploc® و بنابراین می توان از دمای خارجی به عنوان مرجعی برای تنظیم کل فرآیند گرمایش/سرمایش استفاده کرد. اما اگر چنین نشد ، رویکرد دیگری مورد نیاز است. این منجر به یک سوال مدل سازی 5 می شود:

ه آیا دمای داخل کیسه Ziploc® کندتر از بیرون کاهش می یابد؟

گام پنجم برای پاسخ به این س takenال برداشته شد و دمای بدست آمده در طی فرآیند سرمایش (داخل/خارج کیسه Ziploc®) ثبت شد (در اینجا [4] موجود است). از این درجه حرارت ، عملکردهای خنک کننده (و میزان خنک کننده مربوطه آنها) برای خنک سازی خارج و داخل کیسه Ziploc® کشف شد.

کیسه عملکرد خنک کننده Ziploc® بیرونی: 42.17 * e^(--0.0089t) + 33.88

همتای داخلی: 37.31 * e^(--0.0088t) + 30.36 است

با در نظر گرفتن این نکته ، ممکن است مشاهده شود که هر دو عملکرد به طور مساوی کاهش می یابند (-0.0088 ≃ -0.0089) -0.0088 --0.0088) همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro نشان می دهد: (آبی/نارنجی به ترتیب بیرون/داخل کیسه Ziploc® است)

با کاهش دمای داخل کیسه Ziploc® با دمای خارج از آن ، نمی توان از دمای بیرون به عنوان مرجع برای روشن نگه داشتن سشوار در هنگام نیاز به گرمایش استفاده کرد ، زیرا دمای بیرون سریعتر از دمای داخل و زمانی که دمای بیرون افزایش می یابد ، افزایش می یابد. دمای داخلی (70+ حاشیه برتر) درجه سانتی گراد کمتر از دمای لازم برای عقیم سازی دستگاه تنفس است. و با گذشت زمان ، دمای داخل با کاهش مقدار متوسط آن روبرو می شود. بنابراین ، برای تعیین زمان لازم برای افزایش دمای آن از (70 - حاشیه تحتانی) تا حداقل 70 درجه سانتی گراد ، باید از تابع دمای داخل استفاده کرد.

با توجه به عملکرد درجه حرارت کیسه Ziploc® از نظر زمان ، از حاشیه پایینی 3 درجه سانتی گراد (و در نتیجه ، درجه حرارت شروع 67 درجه سانتیگراد) برای رسیدن به 70 درجه سانتیگراد ، باید حداقل 120 ثانیه منتظر بمانید. به

با تمام پاسخ به سوالات مدل سازی بالا ، می توان یک راه حل با حداقل راه حل ایجاد کرد. البته ، باید ویژگی ها و پیشرفت هایی وجود داشته باشد که در اینجا نمی توان به آنها رسید - همیشه چیزی برای کشف یا بهبود وجود دارد - اما این این است که همه عناصر استخراج شده قادر به ساختن راه حل لازم هستند.

این امر به دستیابی به الگوریتمی برای نوشتن در آردوینو منجر می شود تا به مدل تعیین شده دست یابد.

مرحله 2: الگوریتم عملکرد خودکار ضدعفونی کننده N95 خودکار

بر اساس الزامات و سوالات مدل سازی در مرحله 2 ، الگوریتم های شرح داده شده در تصویر بالا توسعه داده شده است و برای بارگیری در github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer قابل دسترسی است

مرحله 3: بارگذاری کد در Arduino

1. بارگیری کتابخانه تایمر آردوینو - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. دانلود کد منبع ضدعفونی کننده سشوار N95 -
3. Arduino IDE را باز کنید
4. کتابخانه تایمر آردوینو را اضافه کنید: Sketch -> Include Library -> Library. ZIP را اضافه کرده و فایل Timer-master.zip را از پوشه ای که بارگیری شده است انتخاب کنید.
5. فایل n95hairdryersterilizer-master.zip را استخراج کنید
6. فایل n95hairdryersterilizer.ino را با Arduino IDE باز کنید
7. درخواست ایجاد پوشه طرح و انتقال n95hairdryersterilizer.ino به آنجا را بپذیرید
8. کابل USB نوع A را در Arduino UNO وارد کنید
9. کابل USB نوع A را در رایانه وارد کنید
10. در Arduino IDE ، با باز شدن طرح ، روی Sketch -> Upload (Ctrl + U) کلیک کنید تا کد را در Arduino بارگذاری کنید
11. آردوینو آماده اجرا است!

مرحله 4: سیم کشی رله به اتصالات برق

ساختمان سیم برق رله سپر:

1. پایه اتصال سیم از اتصال برق نر به پین زمین اتصال زن برق با سیم برق 15A ؛

2. یک پین از کانکتور نر الکتریکی مستقیماً به اتصال C منتقل شده از سپر رله با سیم برق 15A وصل کنید.

3. پین دیگر را از اتصال دهنده نر برقی به پین سمت چپ اتصال زن برق با سیم برق 15A وصل کنید.

4. پین سمت راست را از اتصال زن برقی به طور مستقیم به NO اتصال دهنده سپر رله با سیم برق 15A وصل کنید.

اتصال سشوار به سیم برق رله سپر:

5. کانکتور نر برقی سشوار را به کانکتور زن برقی Relay Shield Power Cord وصل کنید

مرحله 5: سیم کشی رله به آردوینو

1. سیم GND از آردوینو به خط منفی Breadboard با کابل جهنده مرد به مرد.

2. پین 5 ولت را از آردوینو به خط مثبت Breadboard با کابل جهنده مرد به مرد وصل کنید.

3. پین دیجیتال شماره 2 را از آردوینو به پین سیگنال Relay Shield با کابل بلوز زن به زن منتقل کنید.

4. پین 5 ولت را از Relay Shield به خط مثبت Breadboard با کابل بلوز مردانه به زن سیم کشی کنید.

5. پین GND سیم از Relay Shield به خط منفی Breadboard با کابل بلوز مردانه به زن.

مرحله 6: سیم کشی سنسور دما LM35 به آردوینو

در نظر گرفتن سمت مسطح سنسور LM35 به عنوان مرجع جلو:

1. سیم پین 5V (پین اول از چپ به راست) از LM35 به خط مثبت Breadboard با کابل بلوز زن به مرد.

2. پین سیگنال سیم (پین دوم از چپ به راست) از LM35 به پین A0 آردوینو با کابل بلوز زن به مرد.

3. پین سیم GND (پین اول از چپ به راست) از LM35 به خط منفی Breadboard با کابل بلوز زن به مرد.

مرحله 7: اتصال سشوار به ویسن

1. گسنه را روی یک میز ثابت کنید

2. سشوار را در گياه قرار دهيد

3. گیره را طوری تنظیم کنید که سشوار به خوبی متصل شود

مرحله 8: آماده سازی کیسه Ziploc®

1. دفترچه مارپیچی با جلد سخت را انتخاب کرده و دو نوار لاستیکی را در آن قرار دهید ، همانطور که در تصویر اول نشان داده شده است.

2. یک گلدان (مانند آنچه در تصویر دوم نشان داده شده است) یا هر چیزی که می تواند به عنوان تکیه گاه استفاده شود را انتخاب کنید تا دفترچه مارپیچی جلد گالینگور را در موقعیت مستقیم قرار دهید.

3. نوت بوک مارپیچی با دو نوار لاستیکی را در بالای درب قابلمه قرار دهید (همانطور که در تصویر سوم نشان داده شده است)

مرحله 9: قرار دادن دستگاه تنفس در داخل کیسه Ziploc®

1. N95 Breather را با دقت داخل کیسه Ziploc® قرار داده و بر اساس آن مهر و موم کنید تا از آلودگی احتمالی اتاق جلوگیری شود (تصویر 1).

2. کیسه Ziploc® را در پشتی آن قرار دهید (بر اساس مرحله قبلی ساخته شده است) ، دو نوار لاستیکی را که روی نوت بوک مارپیچی گالینگور قرار گرفته اند بکشید (تصویر 2).

مرحله 10: اتصال سنسور دما به کیسه Ziploc® در خارج

1. مطابق شکل بالا ، سنسور LM35 را در بیرون کیسه Ziploc® با یک نوار چسب کوچک وصل کنید.

مرحله 11: قرار دادن دستگاه تنفس N95 و پشتیبانی از آن در موقعیت صحیح

1. N95 تنفس باید در فاصله 12.5 سانتی متر از سشوار باشد. اگر دما در فاصله بیشتری قرار گیرد ، دما از 70 درجه سانتی گراد بیشتر نمی شود و عقیم سازی آنطور که باید اتفاق نمی افتد. در صورت قرار گرفتن در فاصله نزدیکتر ، درجه حرارت بسیار بالاتر از 70 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و باعث آسیب به تنفس می شود. بنابراین 12.5 سانتی متر فاصله مطلوب برای سشوار 1700 وات است.

اگر قدرت خشک کن بیشتر یا کمتر است ، باید فاصله را به درستی تنظیم کنید تا دما تا 70 درجه سانتیگراد نزدیک باشد. نرم افزار در آردوینو هر 1 ثانیه دما را چاپ می کند تا این فرایند تنظیم برای سشوارهای مختلف امکان پذیر باشد.

مرحله دوازدهم: به کار انداختن همه چیز

با انجام کلیه اتصالات مراحل قبلی ، اتصال دهنده برق نر سیم برق رله را به پریز برق وصل کرده و کابل USB نوع A را در آردوینو و منبع تغذیه USB (یا پورت USB رایانه) وارد کنید. سپس ، دستگاه ضدعفونی کننده همانند فیلم فوق شروع به کار می کند

مرحله 13: منابع

1. آهنگ Wuhui1 ، Pan Bin2 ، Kan Haidong2. ارزیابی غیر فعال شدن آلودگی ویروس بر ماسک پزشکی [J]. مجله میکروب ها و عفونت ها ، 2020 ، 15 (1): 31-35. (موجود در https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 ، دسترسی در آوریل 08 ، 2020)

2. سانتوس ، دیه گو آسکانیو. الگوریتم ضبط دما و مجموعه داده های دما در طول زمان ، 2020. (موجود در https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83 ، در آوریل 09 ، 2020 قابل دسترسی است)

3. سانتوس ، دیه گو آسکانیو. الگوریتم های مناسب/طرح و الزامات آن ، 2020. (موجود در https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf ، در آوریل 09 ، 2020 قابل دسترسی است)

4. سانتوس ، دیه گو آسکانیو. مجموعه داده های خنک کننده دما ، 2020. (موجود در https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe ، دسترسی در آوریل 09 ، 2020)