DIY шаш кептіргіш N95 тыныс алу стерилизаторы: 13 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

SONG және т.б. (2020) [1], шаш кептіргіш 30 минут ішінде шығаратын 70 ° C жылу N95 тыныс алу жолындағы вирустарды инактивациялау үшін жеткілікті. Осылайша, қарапайым адамдар N95 тыныс алу аппараттарын күнделікті жаттығулар кезінде қайта қолданудың мүмкін әдісі, мысалы, кейбір шектеулерді ескере отырып: тыныс алушы қанмен ластанбауы керек, тыныс алушы сынбауы керек және т.

Авторлар шаш кептіргішті қосып, 3, 4 минут қыздыруға рұқсат беру керектігін айтады. Содан кейін, N95 ластанған ауа жұтқышты ілмекті сөмкеге салып, шаш кептіргіш шығаратын 30 минуттық қыздыруға жіберу керек. Осы уақыт өткеннен кейін, олардың зерттеулеріне сәйкес, вирустар маскада тиімді түрде инактивацияланады.

Жоғарыда көрсетілген барлық әрекеттер автоматтандырылмаған және қыздыру температурасы тым төмен (немесе тым жоғары) сияқты зарарсыздандыру процесін нашарлататын шектеулер бар. Бұл жоба SONG және басқаларға негізделген автоматты маска стерилизаторын құру үшін фенді, микроконтроллерді (atmega328, Arduino UNO -да бар), реле қалқанын және температура датчигін (lm35) қолдануға бағытталған. қорытындылар.

Жабдықтар

1x Arduino UNO;

1x LM35 температура сенсоры;

1x реле қалқаны;

1x 1700W қос жылдамдықты шаш кептіргіш (Taiff Black 1700W анықтама үшін)

1x Нан тақтасы;

2x еркек-еркек қосқыш кабельдері (әрқайсысы 15 см);

6x еркек пен әйелге секіргіш кабельдер (әрқайсысы 15 см);

2х 0,5м 15А электр сымы;

1х әйел электр қосқышы (сіздің елдік стандартқа сәйкес - Бразилия NBR 14136 2P+T);

1x еркек қосқышы (сіздің елдік стандартқа сәйкес - Бразилия NBR 14136 2P+T);

1x USB кабелі A түрі (Arduino бағдарламалау үшін);

1x компьютер (жұмыс үстелі, ноутбук, кез келген);

1x Висса;

1x ыдыстың қақпағы;

2x резеңке таспалар;

1х қатты мұқабалы спиральды жазу кітапшасы;

1x Ziploc® Quart Size (17,7см x 18,8см) қап;

1x жабысқақ таспа орамы

1х 5В USB қуат көзі

1 -қадам: N95 тыныс алу стерилизаторын автоматты модельдеу

Жоғарыда айтылғандай, бұл жоба SONG et негізінде автоматты стерилизатор құруға бағытталған. al (2020) нәтижелері. Оған жету үшін келесі қадамдар қажет:

1. 70 ° C температураға жету үшін шаш кептіргішті 3-4 минут қыздырыңыз;

2. Шаш кептіргішті N95 тыныс алу құрылғысына Ziploc® сөмкесінің ішіне бағыттаған кезде 30 минут ұстаңыз

Мәселен, шешім құру үшін модельдеу сұрақтары құрастырылды:

а. Барлық шаш кептіргіштер 3 ~ 4 минут қыздырғаннан кейін 70 ° C температураны шығарады ма?

б. Шаш кептіргіштер 3 ~ 4 минуттан кейін 70 ° C тұрақты температураны сақтай ма?

c) Ziploc® қапшығының ішіндегі температура 3-4 минут қыздырудан кейін оның сыртындағы температураға тең ме?

d. Ziploc® қапшығының ішіндегі температура оның сыртындағы температурамен бірдей жоғарылайды ма?

Бұл сұрақтарға жауап беру үшін келесі қадамдар жасалды:

I. Екі түрлі шаш кептіргіштің қыздыру қисықтарын 3 ~ 4 минут ішінде жазып, екеуінің де 70 ° C -қа жететінін білу үшін

II. Шаш кептіргіштің қыздыру қисықтарын жазыңыз (LM35 сенсоры осы кезеңде Ziploc® қапшығының сыртында болуы керек) бастапқы қыздырудан 3-4 минут өткен соң 2 минут бойы

III. Алғашқы қыздырудан 3 ~ 4 минуттан кейін Ziploc® қапшығының ішіндегі температураны 2 минут ішінде жазып алыңыз және оны II қадамда тіркелген деректермен салыстырыңыз.

IV. II және III қадамдарда тіркелген қыздыру қисықтарын салыстырыңыз (Ziploc® қапшығына байланысты ішкі және сыртқы температура)

I, II, III қадамдар LM35 температура датчигі мен уақыт функциясы бойынша LM35 сенсоры тіркеген температураны мезгілдік (1Гц - USB сериялық байланыс арқылы) хабарлау үшін жасалған Arduino алгоритмінің көмегімен жасалды.

Температура мен жазылған температураны тіркеу үшін әзірленген алгоритм мұнда қол жетімді [2]

IV қадам II және III қадамдарда жазылған мәліметтер арқылы, сондай -ақ Ziploc® қапшығының ішінде және сыртында жылытуды сипаттайтын қыздыру функцияларын құрайтын екі Python сценарийі арқылы, сондай -ақ екі қадамда жазылған мәліметтерден алынған сюжеттер арқылы жүзеге асырылды. Бұл Python сценарийлері (және оларды іске қосу үшін қажет кітапханалар) осында қол жетімді [3].

Сонымен, I, II, III және IV қадамдарды орындағаннан кейін a, b, c және d сұрақтарына жауап беруге болады.

Сұрақ үшін А. Жауап жоқ - бұл 2 түрлі шаш кептіргіштен алынған деректерді салыстыра отырып [2], бір фен 70 ° C дейін жетеді, ал екіншісі тек 44 ° C дейін жетеді.

B сұрағына жауап беру үшін 70 ° C температураға шыдай алмайтын шаш кептіргіш ескерілмейді. 70 ° C дейін жететін деректерді тексеру (step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] файлында бар) b жауабы да жоқ, себебі ол бастапқы 4 минуттық қыздыру уақытынан кейін тұрақты 70 ° C температураны сақтай алмайды.

Содан кейін, Ziploc ішіндегі және сыртындағы температуралар тең екенін білу қажет (c сұрақ) және олар бірдей жылдамдықпен жоғарылайды ма (d сұрақ). Step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] және step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] файлдарында қол жетімді деректер [3] қисық қондыру мен диаграмма алгоритміне берілген, екі сұраққа да жауап береді, себебі Ziploc® қапшығының ішіндегі температура максимум 70 -ке жеткен. ~ 71 ° C, ал сырттағы температура максимум 77 ~ 78 ° C дейін жеткенде және Ziploc® қапшығының ішкі температурасы сыртқы аналогына қарағанда баяу өсті.

1 -сурет - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro уақыт функциясы бойынша Ziploc® қапшық температурасының сыртқы / ішкі бөлігін көрсетеді (қызғылт сары қисық ішкі температураға сәйкес келеді, көк қисық - сыртқа). Көріп отырғаныңыздай, ішкі және сыртқы температура әр түрлі, сонымен қатар әр түрлі жылдамдықпен жоғарылайды - сыртқа қарағанда Ziploc қапшығының ішінде баяу. Сондай -ақ, суретте температура функциялары келесі түрде болатынын хабарлайды.

Температура (t) = Қоршаған ортаның температурасы + (Соңғы температура - Қоршаған ортаның температурасы) x (1 - e^(температураның жоғарылау жылдамдығы x t))

Ziploc® қапшығының сыртындағы температура үшін уақыт бойынша температура функциясы:

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

Ал Ziploc® қапшығының ішіндегі температура үшін уақыт бойынша температура функциясы:

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

Барлық осы мәліметтермен (және басқа эмпирикалық нәтижелермен) қолмен DIY N95 стерилизаторын модельдеу процесі туралы мынаны айтуға болады:

- Әр түрлі шаш кептіргіштер әртүрлі температураны шығара алады - Кейбіреулер 70 ° C -қа дейін жете алмайды, ал басқалары бұл көрсеткіштен асып түседі. 70 ° C -қа жете алмайтындар үшін оларды бастапқы қыздыру уақытынан кейін өшіру керек (энергияның пайдасыз шығынын болдырмау үшін) және стерилизатордың операторына бұл мәселе туралы хабарлау туралы қате туралы хабар беру керек. Бірақ 70 ° C градустан асатындар үшін температура белгілі бір температурадан (70 + жоғары шегі) ° C жоғары болғанда (N95 тыныс алу жүйесінің қорғаныс қабілетіне зақым келтірмеу үшін) фенді өшіру қажет. зарарсыздандыру процесін жалғастыру үшін, N95 (70 - төменгі маржа) ° C температурасына дейін салқындағаннан кейін қайтадан қосылады;

-LM35 температура сенсоры Ziploc® қапшығының ішінде болуы мүмкін емес, себебі вирустың штаммдарымен бөлмеде ластанбау үшін сөмкені тығыздау қажет, сондықтан LM35 температурасын қаптың сыртына қою керек;

-Ішкі температура сыртқы әріптеске қарағанда төмен болғандықтан және оны жоғарылату үшін көп уақыт қажет болғандықтан, салқындату (азайту) процесінің қалай жүретінін түсіну қажет, себебі егер ішкі температураның төмендеуі сыртқы температураға қарағанда көп уақытты қажет етсе, онда Ziploc® қаптың ішіндегі/сыртындағы температураның жоғарылауы/төмендеуі арасындағы себеп -салдарлық байланыс, осылайша бүкіл қыздыру/салқындату процесін реттеу үшін сыртқы температураны сілтеме ретінде қолдануға болады. Бірақ егер олай болмаса, басқа әдіс қажет болады. Бұл модельдеудің 5 -ші сұрағына әкеледі:

д. Ziploc® қапшығының ішіндегі температура сыртқа қарағанда баяу төмендей ме?

Бұл сұраққа жауап беру үшін 5 -ші қадам жасалды және салқындату кезінде алынған температуралар (Ziploc® қапшығының ішінде/сыртында) тіркелді (осында қол жетімді [4]). Осы температуралардан Ziploc® қапшығының сыртында және ішінде салқындату үшін салқындату функциялары (және олардың сәйкес салқындату жылдамдығы) ашылды.

Сыртқы Ziploc® салқындату функциясы сөмкесі: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

Ішкі әріптес: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

Осыны ескере отырып, екі функция тең түрде төмендейтінін көруге болады (-0.0088 ≃ -0.0089) 2 -сурет -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro көрсетеді: (көк/қызғылт сары тиісінше Ziploc® қапшығының сыртында/ішінде))

Ziploc® қапшығының ішіндегі температура оның сыртындағы температурамен бірдей төмендейтіндіктен, сыртқы температураны фенді қыздыру кезінде қосулы ұстау үшін қолдануға болмайды, себебі сыртқы температура ішкі температураға қарағанда тез жоғарылайды. (70 + жоғары маржа) ° С дейін жетеді, ауа температурасын зарарсыздандыру үшін қажетті температурадан төмен болады. Уақыт өте келе ішкі температураның орташа мәні төмендейді. Демек, температураны (70 - төменгі жиектен) ° C -тан кем дегенде 70 ° C -қа дейін көтеру үшін қажетті уақытты анықтау үшін ішкі температура функциясын қолдану қажет.

3 ° C төменгі жиектен (демек, бастапқы температура 67 ° C) ≃ 70 ° C дейін жету үшін, уақыт тұрғысынан Ziploc® қапшығының температуралық функциясына сәйкес, кем дегенде 120 секунд күту қажет..

Жоғарыда келтірілген модельдеу сұрақтарына барлық жауаптармен ең аз өміршең шешімді құруға болады. Әрине, мұнда қол жеткізуге болмайтын ерекшеліктер мен жетілдірулер болуы керек - әрқашан ашылатын немесе жетілдірілетін нәрсе бар - бірақ барлық элементтер қажетті шешімді құра алады.

Бұл белгіленген модельге жету үшін Arduino -да жазылатын алгоритмді жасауға әкеледі.

2 -қадам: N95 тыныс алу стерилизаторының автоматты жұмыс алгоритмі

2 -қадамда келтірілген талаптар мен модельдеу сұрақтарының негізінде жоғарыдағы суретте сипатталған алгоритмдер әзірленді және оларды github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer сайтынан жүктеуге болады.

3 -қадам: кодты Arduino -ға жүктеу

1. Arduino таймер кітапханасын жүктеңіз - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. N95 фен стерилизаторының бастапқы кодын жүктеңіз -
3. Arduino IDE ашыңыз
4. Arduino Timer кітапханасын қосыңыз: Sketch -> Кітапхананы қосу ->. ZIP кітапханасын қосу және Timer-master.zip файлын жүктелген қалтадан таңдаңыз.
5. N95hairdryersterilizer-master.zip файлын шығарыңыз
6. N95hairdryersterilizer.ino файлын Arduino IDE көмегімен ашыңыз
7. Нобай қалтасын жасау туралы сұранысты қабылдап, n95hairdryersterilizer.ino -ны сол жерге жылжытыңыз
8. A типті USB кабелін Arduino UNO -ға салыңыз
9. Компьютерге А типті USB кабелін салыңыз
10. Arduino IDE -де эскизі ашық күйінде Arduino -ға код жүктеу үшін эскиз -> Жүктеу (Ctrl + U) түймесін басыңыз.
11. Arduino жүгіруге дайын!

4 -қадам: Электр қосқыштарына сымдық реле қалқаны

Реле қалқаны қуат сымының құрылысы:

1. Электр ерлер коннекторынан 15А электр сымы бар электрлі аналық коннектордың жерге тұйықтауышына сымдық түйреуіш;

2. Электр еркек коннекторынан түйреуішті 15А электр сымы бар реле қалқанының C коннекторына тікелей жалғаңыз;

3. Басқа штепсельді еркек қосқыштан 15А электр сымымен электр аналық қосқыштың сол жақ түйреуішіне жалғаңыз;

4. Оң жақ түйреуішті электрлі аналық коннектордан 15А электр сымы бар реле қалқанының NO қосқышына тікелей жалғаңыз;

Шаш кептіргішті Relay Shield қуат сымына қосу:

5. Шаш кептіргіштің еркек қосқышын Relay Shield қуат сымының электрлі аналық коннекторына қосыңыз

5 -қадам: Ардуиноға сымдық реле қалқаны

1. GDD Arduino-дан еркекке секіру кабелі бар Breadboard теріс сызығына қосылады;

2. Ардуинодан 5В түйреуішті еркек пен еркекке арналған кабельмен Breadboard оң позициясын жалғаңыз;

3. Ардуинодан №2 цифрлық түйреуішті реле қалқанының сигналдық түйреуішіне еркек-әйел секіргіш кабелі арқылы жалғаңыз;

4. Relay Shield-дан 5В түйреуішті еркек-әйел секіру кабелі бар Breadboard оң сызығына жалғаңыз;

5. Relay Shield-ден GND түйреуішін ерлер мен әйелдерге арналған секіргіш кабелі бар Breadboard теріс сызығына қосыңыз;

6 -қадам: LM35 температура сенсорын Arduino -ға қосу

LM35 сенсорының жазық жағын фронтальды сілтеме ретінде алу:

1. LM35-тен 5В түйреуішті (солдан оңға қарай 1-ші түйреуіш) әйелдер мен еркектерге арналған секіргіш кабелі бар Breadboard оң сызығына;

2. Сымды сигналдық түйреуіш (солдан оңға қарай 2-ші түйреуіш) LM35-тен Arduino-ның A0 түйреуішіне аналықтан еркекке дейінгі кабельмен;

3. LM35-тен GND түйреуіші (солдан оңға қарай 1-ші түйреуіш) әйелдер мен еркектерге арналған кабельмен Breadboard теріс сызығына;

7 -қадам: Шаш кептіргішті Виссаға бекіту

1. Висканы үстел үстіне бекітіңіз

2. Шаш кептіргішті сөреге қойыңыз

3. Шаш кептіргішті жақсы бекітіп қою үшін висканы реттеңіз

8 -қадам: Ziploc® қап қолдауын дайындау

1. Қатты мұқабадан жасалған ноутбукті таңдап, оған бірінші суретте көрсетілгендей екі резеңке таспаны салыңыз;

2. Қатты мұқабалы спиральды жазу кітапшасын түзу күйде қалдыру үшін табақша (екінші суретте көрсетілгендей) немесе тірек ретінде қолдануға болатын нәрсені таңдаңыз;

3. Қатты жабылған спиральды жазу кітапшасын кастрөл қақпағының жоғарғы жағына екі резеңке жолақпен салыңыз (үшінші суретте көрсетілгендей)

9 -қадам: тыныс алу аппаратын Ziploc® сөмкесінің ішіне орналастыру

1. Бөлменің ықтимал ластануын болдырмау үшін N95 Breather препаратын Ziploc® сөмкесінің ішіне абайлап салыңыз және тиісінше тығыздаңыз (1 -сурет);

2. Ziploc® сөмкесін тіреуішке қойыңыз (алдыңғы қадамда салынған), қатты резеңке ноутбукке салынған екі резеңке таспаны тартып (2 -сурет);

10 -қадам: Ziploc® қапшығына температура сенсорын сыртқа бекіту

1. LM35 сенсорын Ziploc® қаптың сыртына жоғарыда көрсетілгендей жабысқақ таспамен бекітіңіз;

11 -қадам: N95 тыныс алу аппаратын және оны қолдауды дұрыс күйге қою

1. N95 тыныс алу құралы шаш кептіргіштен 12,5 см қашықтықта болуы керек. Егер үлкен қашықтыққа қойылса, температура 70 ° C -тан жоғары көтерілмейді және зарарсыздандыру болмайды. Егер жақынырақ жерге қойылса, температура 70 ° C -тан жоғары көтеріліп, тыныс алушыға зиян келтіреді. 12,5 см - 1700 Вт шаш кептіргіш үшін оңтайлы қашықтық.

Егер шаш кептіргіштің күші көп немесе аз болса, онда температураны мүмкіндігінше 70 ° C дейін ұстап тұру үшін қашықтықты дұрыс реттеу керек. Arduino бағдарламалық жасақтамасы әр 1 секунд сайын температураны басып шығарады, бұл процесті әр түрлі шаш кептіргіштер үшін қолайлы ету үшін;

12 -қадам: Барлығын іске қосу

Алдыңғы қадамдардың барлық қосылымдары орындалғаннан кейін, Relay Shield қуат сымының еркек қосқышын розеткаға қосыңыз және USB кабелін A Arduino мен USB қуат көзіне (немесе компьютердің USB портына) салыңыз. Содан кейін стерилизатор жоғарыдағы бейнедегідей жұмыс жасай бастайды

13 -қадам: Әдебиеттер

1. Ән Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Медициналық маскадағы вирустың ластануының жылу инактивациясын бағалау [J]. ЖУРНАЛ МИКРОБТАР МЕН Жұқпалы аурулар, 2020, 15 (1): 31-35. (https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 сайтында қолжетімді, 08.04.2020 жылы кірілген)

2. Сантос, Диего Асканио. Температураны түсіру алгоритмі мен уақыт бойынша деректер жиынтығы, 2020. (Қол жетімді https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, 09.04.2020 ж. Қолжетімді)

3. Сантос, Диего Асканио. Алгоритмдер мен оның талаптарын сәйкестендіру, 2020. (https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf сайтында қол жетімді, 09.04.2020 ж. Қолжетімді)

4. Сантос, Диего Асканио. Температураның салқындату деректерінің жиынтығы, 2020. (Қол жетімді https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, 09.04.2020 ж. Қолжетімді)