Máy sấy tóc DIY Máy khử trùng thở N95: 13 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Theo SONG và cs. (2020) [1], nhiệt 70 ° C do máy sấy tóc tạo ra trong thời gian 30 phút là đủ để vô hiệu hóa vi rút trong ống thở N95. Vì vậy, đó là một cách khả thi cho những người thường xuyên sử dụng lại ống thở N95 của họ trong các hoạt động hàng ngày, tôn trọng một số ràng buộc như: ống thở không được dính máu, ống thở không được hỏng, v.v.

Các tác giả nói rằng máy sấy tóc nên được bật và để sưởi ấm trong 3, 4 phút. Sau đó, một ống thở N95 bị ô nhiễm phải được cho vào trong một túi ziplock và chịu nhiệt tạo ra từ máy sấy tóc trong 30 phút. Sau thời gian này, vi rút sẽ bị bất hoạt hiệu quả trên mặt nạ, theo các nghiên cứu của họ.

Tất cả các hành động nêu trên không được tự động hóa và có những ràng buộc có thể làm xấu quá trình tiệt trùng như nhiệt độ gia nhiệt quá thấp (hoặc quá cao). Vì vậy, dự án này nhằm mục đích sử dụng máy sấy tóc, vi điều khiển (atmega328, có sẵn tại Arduino UNO), tấm chắn rơ le và cảm biến nhiệt độ (lm35) để xây dựng Máy tiệt trùng mặt nạ tự động dựa trên SONG et al. những phát hiện.

Quân nhu

1x Arduino UNO;

1x Cảm biến nhiệt độ LM35;

1x Lá chắn Tiếp sức;

Máy sấy tóc tốc độ kép 1x 1700W (Taiff Black 1700W để tham khảo)

1x Breadboard;

2x dây nhảy nam sang nam (mỗi dây 15 cm);

6x dây nhảy nam-nữ (mỗi dây 15 cm);

Dây dẫn điện 2x 0,5m 15A;

1x đầu nối điện nữ (theo tiêu chuẩn quốc gia của bạn - Brazil là NBR 14136 2P + T);

1x đầu nối điện nam (theo tiêu chuẩn quốc gia của bạn - Brazil là NBR 14136 2P + T);

1x Cáp USB loại A (để lập trình Arduino);

1x Máy tính (Máy tính để bàn, Máy tính xách tay, Bất kỳ);

1x Vise;

1x Nắp nồi;

2x dây cao su;

1x sổ tay xoắn ốc bìa cứng;

1x túi Ziploc® Quart Size (17,7cm x 18,8cm);

1x cuộn băng dính

Nguồn điện 1x 5V USB

Bước 1: Mô hình hóa máy tiệt trùng thở N95 tự động

Như đã nêu trước đây, dự án này nhằm mục đích xây dựng một máy tiệt trùng tự động dựa trên SONG et. Các phát hiện sau đây là cần thiết để đạt được nó:

1. Làm nóng máy sấy tóc trong 3 ~ 4 phút để đạt được nhiệt độ 70 ° C;

2. Để máy sấy tóc bật trong 30 phút trong khi hướng máy vào ống xả N95 bên trong túi Ziploc® để khử hoạt tính của vi rút trên ống thở

Vì vậy, các câu hỏi mô hình hóa đã được hình thành để xây dựng một giải pháp:

Một. Có phải tất cả các máy sấy tóc đều tạo ra nhiệt độ 70 ° C sau khi làm nóng trong 3 ~ 4 phút?

NS. Liệu (các) máy sấy tóc có giữ được nhiệt độ 70 ° C không đổi sau 3 ~ 4 phút làm nóng không?

NS. Nhiệt độ bên trong túi Ziploc® có bằng với nhiệt độ bên ngoài túi sau 3 ~ 4 phút làm nóng không?

NS. Nhiệt độ bên trong túi Ziploc® có tăng cùng tốc độ với nhiệt độ bên ngoài không?

Để trả lời những câu hỏi này, các bước sau đã được thực hiện:

I. Ghi lại các đường cong làm nóng từ hai máy sấy tóc khác nhau trong 3 ~ 4 phút để xem liệu cả hai có thể đạt được 70 ° C hay không

II. Ghi lại (các) đường cong làm nóng của máy sấy tóc (cảm biến LM35 phải ở bên ngoài túi Ziploc® ở bước này) trong 2 phút sau 3 ~ 4 phút làm nóng ban đầu

III. Ghi lại nhiệt độ bên trong túi Ziploc® trong 2 phút sau 3 ~ 4 phút làm nóng ban đầu và so sánh với dữ liệu đã đăng ký ở bước II.

IV. So sánh các đường cong gia nhiệt đã đăng ký ở bước II và III (nhiệt độ bên trong và bên ngoài liên quan đến túi Ziploc®)

Các bước I, II, III đã được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 và thuật toán Arduino được phát triển để thông báo nhiệt độ định kỳ (1Hz - thông qua giao tiếp nối tiếp USB) được cảm biến LM35 đăng ký theo chức năng thời gian.

Thuật toán được phát triển để ghi lại nhiệt độ và nhiệt độ được ghi lại có sẵn tại đây [2]

Bước IV được thực hiện thông qua dữ liệu được ghi lại ở bước II và III cũng như thông qua hai tập lệnh Python tạo ra các chức năng sưởi ấm để mô tả việc sưởi ấm bên trong và bên ngoài túi Ziploc® cũng như đồ thị từ dữ liệu được ghi lại ở cả hai bước. Các tập lệnh Python này (và các thư viện cần thiết để chạy chúng) có sẵn tại đây [3].

Vì vậy, sau khi thực hiện các bước I, II, III và IV, bạn có thể trả lời các câu hỏi a, b, c và d.

Đối với câu hỏi a. câu trả lời là Không vì có thể thấy, so sánh dữ liệu được đăng ký từ 2 máy sấy tóc khác nhau ở [2] rằng một máy sấy tóc có thể đạt được 70 ° C trong khi máy sấy khác chỉ có thể đạt được 44 ° C

Để trả lời câu hỏi b, máy sấy tóc không thể đạt được 70 ° C được bỏ qua. Kiểm tra dữ liệu từ dữ liệu có thể đạt tới 70 ° C (có tại tệp step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) câu trả lời cho câu b cũng là không vì nó không thể giữ nhiệt độ 70 ° C không đổi sau thời gian làm nóng 4 phút ban đầu.

Sau đó, cần biết nhiệt độ bên trong và bên ngoài Ziploc có bằng nhau hay không (câu c) và chúng có tăng cùng tốc độ không (câu d). Dữ liệu có sẵn tại các tệp step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] và step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] được gửi tới các thuật toán vẽ và chỉnh đồ theo đường cong trong [3] cung cấp câu trả lời cho cả hai câu hỏi, cả hai đều là không vì nhiệt độ bên trong túi Ziploc® đạt tối đa 70 ~ 71 ° C trong khi nhiệt độ bên ngoài đạt tối đa 77 ~ 78 ° C và nhiệt độ bên trong túi Ziploc® tăng chậm hơn so với đối tác bên ngoài.

Hình 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro cho thấy biểu đồ của nhiệt độ bên ngoài / bên trong túi Ziploc® theo chức năng của thời gian (đường cong màu cam tương ứng với nhiệt độ bên trong, đường cong màu xanh lam đối với nhiệt độ bên ngoài). Có thể thấy, nhiệt độ bên trong và bên ngoài khác nhau và cũng tăng với tốc độ khác nhau - bên trong túi Ziploc chậm hơn bên ngoài. Hình này cũng thông báo rằng các chức năng nhiệt độ ở dạng:

Nhiệt độ (t) = Nhiệt độ môi trường + (Nhiệt độ cuối cùng - Nhiệt độ môi trường) x (1 - e ^ (tốc độ tăng nhiệt độ x t))

Đối với nhiệt độ bên ngoài túi Ziploc®, hàm nhiệt độ theo thời gian là:

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

Và đối với nhiệt độ bên trong túi Ziploc®, hàm nhiệt độ theo thời gian là:

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

Vì vậy, với tất cả dữ liệu này (và các kết quả thực nghiệm khác), có thể nêu những điều sau về quy trình tạo mô hình Máy tiệt trùng DIY N95 này:

-Máy sấy tóc khác nhau có thể tạo ra các nhiệt độ khác nhau - Một số sẽ không thể đạt được 70 ° C trong khi những máy khác sẽ vượt qua mức tham chiếu này rất nhiều. Đối với những thiết bị không thể đạt được 70 ° C, chúng phải được tắt sau thời gian làm nóng ban đầu (để tránh lãng phí năng lượng vô ích) và một số thông báo lỗi sẽ được nhắc cho người vận hành máy tiệt trùng để thông báo về vấn đề này. Nhưng đối với những người vượt quá 70 ° C tham chiếu, cần phải tắt máy sấy tóc khi nhiệt độ trên một nhiệt độ nhất định (70 + biên độ cao hơn) ° C (để tránh làm hỏng khả năng bảo vệ của ống xả N95) và tắt nó lại sau khi N95 được làm lạnh đến nhiệt độ dưới (70 - biên độ thấp hơn) ° C, để tiếp tục quá trình khử trùng;

-Cảm biến nhiệt độ LM35 không thể ở bên trong túi Ziploc®, vì túi cần được niêm phong để tránh nhiễm các chủng vi rút trong phòng, do đó, nhiệt độ LM35 nên được đặt bên ngoài túi;

-Nếu nhiệt độ bên trong thấp hơn nhiệt độ bên ngoài và cần nhiều thời gian hơn để tăng lên, thì bắt buộc phải hiểu quá trình làm mát (giảm) xảy ra như thế nào, bởi vì, nếu nhiệt độ bên trong cần nhiều thời gian để giảm hơn nhiệt độ bên ngoài, do đó, mối quan hệ nhân quả giữa quá trình tăng / giảm nhiệt độ bên trong / bên ngoài túi của Ziploc® và do đó có thể sử dụng nhiệt độ bên ngoài làm tham chiếu để điều chỉnh toàn bộ quá trình làm nóng / làm mát. Nhưng nếu không, sẽ cần một cách tiếp cận khác. Điều này dẫn đến câu hỏi mô hình thứ 5:

e. Nhiệt độ bên trong túi Ziploc® có giảm chậm hơn bên ngoài không?

Bước thứ 5 đã được thực hiện để trả lời câu hỏi này và nhiệt độ thu được trong quá trình làm lạnh (bên trong / bên ngoài túi Ziploc®) đã được đăng ký (có sẵn tại đây [4]). Từ những nhiệt độ này, các chức năng làm mát (và tốc độ làm mát tương ứng) đã được phát hiện để làm mát bên ngoài và bên trong túi Ziploc®.

Túi chức năng làm mát Ziploc® bên ngoài là: 42,17 * e ^ (- 0,0089t) + 33,88

Phần đối ứng bên trong là: 37,31 * e ^ (- 0,0088t) + 30,36

Với điều này, có thể thấy rằng cả hai chức năng đều giảm theo cách bằng nhau (-0,0088 ≃ -0,0089) như Hình 2 - Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro cho thấy: (màu xanh / cam lần lượt là bên ngoài / bên trong túi Ziploc®)

Vì nhiệt độ bên trong túi Ziploc® giảm cùng tốc độ với nhiệt độ bên ngoài túi, nên không thể sử dụng nhiệt độ bên ngoài làm tham chiếu để giữ máy sấy tóc khi cần sưởi vì nhiệt độ bên ngoài tăng nhanh hơn nhiệt độ bên trong và khi nhiệt độ bên ngoài đạt (70 + biên độ vượt trội) ° C nhiệt độ bên trong sẽ thấp hơn nhiệt độ cần thiết để khử trùng ống thở. Và theo thời gian, nhiệt độ bên trong sẽ bị giảm loãng trong giá trị trung bình của nó. Vì vậy, cần sử dụng chức năng nhiệt độ bên trong về thời gian để xác định thời gian cần thiết để tăng nhiệt độ của nó từ (70 - biên độ thấp hơn) ° C đến ít nhất 70 ° C.

Từ biên độ thấp hơn 3 ° C (và do đó, nhiệt độ ban đầu là 67 ° C) để đạt đến ≃ 70 ° C, cần phải đợi ít nhất 120 giây, theo chức năng nhiệt độ bên trong túi Ziploc® về mặt thời gian.

Với tất cả các câu trả lời cho các câu hỏi mô hình hóa ở trên, một giải pháp khả thi tối thiểu có thể được xây dựng. Tất nhiên, phải có các tính năng và cải tiến không thể tiếp cận ở đây - luôn có điều gì đó cần được khám phá hoặc cải thiện - nhưng tất cả các yếu tố được gợi ra đều có thể xây dựng giải pháp cần thiết.

Điều này dẫn đến việc xây dựng một thuật toán được viết trên Arduino, để đạt được mô hình đã thiết lập.

Bước 2: Thuật toán vận hành máy tiệt trùng bình thở N95 tự động

Dựa trên các yêu cầu và câu hỏi mô hình hóa được đưa ra ở bước 2, các thuật toán mô tả trong hình trên đã được phát triển và có sẵn để tải xuống tại github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

Bước 3: Tải mã lên Arduino

1. Tải xuống Thư viện hẹn giờ Arduino - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. Tải xuống mã nguồn máy tiệt trùng máy sấy tóc N95 -
3. Mở Arduino IDE
4. Thêm Thư viện Bộ hẹn giờ Arduino: Sketch -> Bao gồm Thư viện -> Thêm Thư viện. ZIP và chọn tệp Timer-master.zip, từ thư mục nơi nó đã được tải xuống
5. Giải nén tệp n95hairdryersterilizer-master.zip
6. Mở tệp n95hairdryersterilizer.ino bằng Arduino IDE
7. Chấp nhận lời nhắc để tạo một thư mục phác thảo và di chuyển n95hairdryersterilizer.ino đến đó
8. Cắm cáp USB loại A vào Arduino UNO
9. Cắm cáp USB loại A vào PC
10. Tại Arduino IDE, với bản phác thảo đã được mở, hãy nhấp vào Phác thảo -> Tải lên (Ctrl + U) để tải mã lên Arduino
11. Arduino đã sẵn sàng để chạy!

Bước 4: Đi dây lá chắn rơ le đến các đầu nối điện

Tòa nhà dây nguồn Relay Shield:

1. Dây nối đất từ đầu nối nam điện vào chốt nối đất của đầu nối điện cái với dây dẫn điện 15A;

2. Nối một chốt từ đầu nối nam điện trực tiếp đến đầu nối sinh ra C của tấm chắn rơ le với dây dẫn điện 15A;

3. Nối chân còn lại của đầu nối điện nam vào chân trái của đầu nối điện cái với dây dẫn điện 15A;

4. Nối chân phải từ đầu nối điện cái trực tiếp đến đầu nối KHÔNG sinh của lá chắn rơ le với dây dẫn điện 15A;

Cắm máy sấy tóc vào Dây nguồn Relay Shield:

5. Cắm đầu nối điện nam của máy sấy tóc vào đầu nối điện nữ của Relay Shield Power Cord

Bước 5: Nối dây Relay Shield với Arduino

1. Nối dây GND từ Arduino vào đường âm của Breadboard bằng cáp jumper đực-cái;

2. Đấu dây chân 5V từ Arduino vào dây dương của Breadboard bằng cáp jumper đực-cái;

3. Đi dây chân số 2 từ Arduino vào chân cắm tín hiệu của Relay Shield bằng cáp jumper nam-nữ;

4. Đấu dây chân 5V từ Relay Shield vào dây dương của Breadboard bằng cáp jumper nam-nữ;

5. Nối chân GND từ Relay Shield vào dây âm của Breadboard bằng cáp jumper nam-nữ;

Bước 6: Nối dây cảm biến nhiệt độ LM35 đến Arduino

Lấy mặt phẳng của cảm biến LM35 làm tham chiếu trực diện:

1. Đấu dây chân 5V (chân thứ nhất từ trái sang phải) từ LM35 vào dây dương của Breadboard bằng cáp jumper nữ sang nam;

2. Dây tín hiệu chân (chân thứ 2 từ trái sang phải) từ LM35 vào chân A0 của Arduino bằng cáp jumper nữ - nam;

3. Đi dây chân GND (chân thứ nhất từ trái sang phải) từ LM35 vào đường âm của Breadboard bằng cáp jumper nữ sang nam;

Bước 7: Gắn Máy sấy tóc vào Vise

1. Cố định vise trên bàn

2. Đặt máy sấy tóc trong vise

3. Điều chỉnh tấm che để máy sấy tóc được gắn chặt

Bước 8: Chuẩn bị hỗ trợ túi Ziploc®

1. Chọn cuốn sổ xoắn ốc bìa cứng và đặt hai dây chun vào nó như trong hình đầu tiên;

2. Chọn một miếng bìa cứng (như hình minh họa trong hình thứ hai) hoặc bất cứ thứ gì có thể được sử dụng làm giá đỡ để để sổ tay xoắn ốc bìa cứng ở vị trí thẳng hàng;

3. Đặt cuốn sổ xoắn ốc có bìa cứng với hai dây chun ở đầu nắp nồi (như trong hình thứ ba)

Bước 9: Đặt ống thở bên trong túi Ziploc®

1. Cẩn thận đặt N95 Breather bên trong Túi Ziploc® và niêm phong nó cho phù hợp, để tránh ô nhiễm phòng có thể xảy ra (Hình 1);

2. Đặt Túi Ziploc® vào giá đỡ của nó (được chế tạo ở bước trước), kéo hai dây cao su được đặt trên máy tính xách tay xoắn ốc bìa cứng (Hình 2);

Bước 10: Gắn cảm biến nhiệt độ vào túi Ziploc® bên ngoài

1. Gắn cảm biến LM35 bên ngoài Túi Ziploc® bằng một ít băng dính, như hình trên;

Bước 11: Đặt Ống thở N95 và Giá đỡ của nó vào đúng vị trí

1. Ống thở N95 phải cách máy sấy tóc 12,5 cm. Nếu được đặt ở khoảng cách xa hơn, nhiệt độ sẽ không tăng quá 70 ° C và quá trình khử trùng sẽ không diễn ra như bình thường. Nếu đặt ở khoảng cách gần hơn, nhiệt độ sẽ tăng lên trên 70 ° C, gây hại cho người thở. Vì vậy, 12,5 cm là khoảng cách tối ưu cho một máy sấy tóc 1700W.

Nếu máy sấy tóc có hiệu lực nhiều hơn hoặc ít hơn, nên điều chỉnh khoảng cách thích hợp để giữ nhiệt độ gần 70 ° C nhất có thể. Phần mềm tại Arduino in nhiệt độ sau mỗi 1 giây, để làm cho quá trình điều chỉnh này khả thi đối với các máy sấy tóc khác nhau;

Bước 12: Đưa mọi thứ vào hoạt động

Với tất cả các kết nối từ các bước trước đã được thực hiện, hãy cắm đầu nối nam dây điện Relay Shield vào ổ cắm điện và cắm Cáp USB Loại A vào Arduino và vào nguồn điện USB (hoặc cổng USB Máy tính). Sau đó, máy tiệt trùng sẽ bắt đầu hoạt động giống như video trên

Bước 13: Tham khảo

1. Bài hát Wuhui1, Pan Bin2, Kan Haidong2 等. Đánh giá quá trình bất hoạt nhiệt độ nhiễm vi rút trên khẩu trang y tế [J]. HÀNH TRÌNH CỦA VI SINH VẬT VÀ NHIỄM KHUẨN, 2020, 15 (1): 31-35. (có tại https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, truy cập vào ngày 08 tháng 4 năm 2020)

2. Santos, Diego Ascânio. Thuật toán thu nhiệt độ và tập dữ liệu nhiệt độ theo thời gian, năm 2020. (Có tại https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, truy cập vào ngày 09 tháng 4 năm 2020)

3. Santos, Diego Ascânio. Thuật toán lắp / vẽ và các yêu cầu của nó, năm 2020. (Có tại https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, truy cập vào ngày 09 tháng 4 năm 2020)

4. Santos, Diego Ascânio. Bộ dữ liệu làm mát nhiệt độ, 2020. (Có tại https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, truy cập vào ngày 09 tháng 4 năm 2020)