مجفف الشعر DIY N95 معقم التنفس: 13 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

وفقًا لـ SONG et al. (2020) [1] ، حرارة 70 درجة مئوية التي ينتجها مجفف الشعر خلال 30 دقيقة كافية لتعطيل الفيروسات في جهاز التنفس N95. لذلك ، فهي طريقة مجدية للأشخاص العاديين لإعادة استخدام أنفاسهم N95 أثناء الأنشطة اليومية ، مع مراعاة قيود معينة مثل: يجب ألا يتلوث التنفس بالدم ، ويجب ألا ينكسر التنفس ، إلخ.

يذكر المؤلفون أنه يجب تشغيل مجفف الشعر والسماح بالتسخين لمدة 3 ، 4 دقائق. بعد ذلك ، يجب وضع جهاز التنفس N95 الملوث داخل كيس ziplock وإخراجه إلى 30 دقيقة من الحرارة التي ينتجها مجفف الشعر. بعد هذا الوقت ، سيتم تعطيل الفيروسات بشكل فعال على القناع ، وفقًا لدراساتهم.

جميع الإجراءات المذكورة أعلاه ليست آلية وهناك قيود يمكن أن تؤدي إلى تدهور عملية التعقيم مثل درجة حرارة التدفئة منخفضة جدًا (أو مرتفعة جدًا). لذلك يهدف هذا المشروع إلى استخدام مجفف شعر ، متحكم دقيق (atmega328 ، متوفر في Arduino UNO) ، ودرع مرحل ومستشعر درجة حرارة (lm35) لبناء معقم قناع آلي يعتمد على SONG et al. الموجودات.

اللوازم

1x اردوينو UNO ؛

1x LM35 مستشعر درجة الحرارة ؛

1x تتابع درع ؛

1x 1700W مجفف شعر مزدوج السرعة (Taiff Black 1700W كمرجع)

1x اللوح.

2x كابل توصيل ذكر إلى ذكر (15 سم لكل منهما) ؛

6x كابل توصيل من ذكر إلى أنثى (15 سم لكل منهما) ؛

سلك كهربائي 2x 0.5m 15A ؛

1x موصل كهربائي أنثى (وفقًا لمعيار بلدك - البرازيل هي NBR 14136 2P + T) ؛

موصل كهربائي ذكر 1x (وفقًا لمعيار بلدك - البرازيل هي NBR 14136 2P + T) ؛

1x كبل USB من النوع A (لبرمجة Arduino) ؛

1x كمبيوتر (سطح المكتب ، دفتر الملاحظات ، أي) ؛

1x ملزمة

1x غطاء وعاء

2x الأربطة المطاطية.

1x غلاف دفتر ملاحظات حلزوني.

كيس 1x Ziploc® Quart بحجم (17.7 سم × 18.8 سم) ؛

1x لفة شريط لاصق

1x 5V USB امدادات الطاقة

الخطوة 1: النمذجة التلقائية لمعقم التنفس N95

كما ذكرنا سابقًا ، يهدف هذا المشروع إلى بناء معقم تلقائي يعتمد على SONG et. (2020) الخطوات التالية ضرورية لتحقيق ذلك:

1. تسخين مجفف الشعر لمدة 3 ~ 4 دقائق من أجل تحقيق 70 درجة مئوية من درجة الحرارة ؛

2. اترك مجفف الشعر لمدة 30 دقيقة مع توجيهه إلى جهاز التنفس N95 داخل كيس Ziploc® من أجل تعطيل الفيروسات الموجودة على جهاز التنفس

لذلك ، تمت صياغة أسئلة النمذجة من أجل بناء حل:

أ. هل تنتج جميع مجففات الشعر درجة حرارة 70 درجة مئوية بعد التسخين لمدة 3 إلى 4 دقائق؟

ب. هل / هل يحافظ مجفف (مجففات) الشعر على درجة حرارة ثابتة تبلغ 70 درجة مئوية بعد 3-4 دقائق من التسخين؟

ج. هل درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® تساوي درجة الحرارة خارجها بعد 3 إلى 4 دقائق من التسخين؟

د. هل تزداد درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® بنفس معدل درجة الحرارة خارجها؟

للإجابة على هذه الأسئلة ، تم اتخاذ الخطوات التالية:

1. سجل منحنيات التسخين من مجففي شعر مختلفين لمدة 3 ~ 4 دقائق لمعرفة ما إذا كان كلاهما يمكن أن يحقق 70 درجة مئوية

II. سجّل منحنيات تسخين مجفف (مجففات) الشعر (يجب أن يكون مستشعر LM35 خارج كيس ®Ziploc في هذه الخطوة) لمدة دقيقتين بعد 3 ~ 4 دقائق من التسخين الأولي

ثالثا. سجل درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® لمدة دقيقتين بعد 3 ~ 4 دقائق من التسخين الأولي وقارنها بالبيانات المسجلة في الخطوة الثانية.

رابعا. قارن منحنيات التسخين المسجلة في الخطوتين 2 و 3 (درجات الحرارة الداخلية والخارجية المتعلقة بكيس Ziploc®)

تم إجراء الخطوات الأولى والثانية والثالثة باستخدام مستشعر درجة حرارة LM35 وخوارزمية Arduino تم تطويرها لإبلاغ درجة الحرارة بشكل دوري (1 هرتز - من خلال اتصال تسلسلي عبر USB) بواسطة مستشعر LM35 في وظيفة الوقت.

الخوارزمية المطورة لتسجيل درجات الحرارة ودرجات الحرارة المسجلة متاحة هنا [2]

تم تحقيق الخطوة الرابعة من خلال البيانات المسجلة في الخطوتين الثانية والثالثة وكذلك من خلال نصي Python اللذان ولدا وظائف التسخين لوصف التسخين داخل وخارج كيس Ziploc® بالإضافة إلى مخططات من البيانات المسجلة في كلتا الخطوتين. نصوص Python (والمكتبات المطلوبة لتشغيل 'em) متوفرة هنا [3].

لذلك ، بعد تنفيذ الخطوات الأولى والثانية والثالثة والرابعة ، من الممكن الإجابة على الأسئلة أ ، ب ، ج ، د.

للسؤال أ. الإجابة هي لا ، حيث يمكن أن نرى ، مقارنة البيانات المسجلة من مجففي شعر مختلفين في [2] أن مجفف شعر واحد قادر على تحقيق 70 درجة مئوية بينما يمكن للآخر تحقيق 44 درجة مئوية فقط

للإجابة على السؤال ب ، يتم تجاهل مجفف الشعر الذي لا يمكنه الوصول إلى 70 درجة مئوية. فحص البيانات من تلك التي يمكنها الوصول إلى 70 درجة مئوية (متوفرة في الملف step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) الجواب على b هو أيضًا لا لأنه لا يمكنه الحفاظ على درجة حرارة ثابتة 70 درجة مئوية بعد وقت التسخين الأولي البالغ 4 دقائق.

بعد ذلك ، من الضروري معرفة ما إذا كانت درجات الحرارة داخل Ziploc وخارجها متساوية (السؤال ج) وما إذا كانت ترتفع بنفس المعدل (السؤال د). البيانات المتوفرة في الملفين step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] و step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] المقدمة إلى خوارزميات تركيب المنحنى والتخطيط في [3] توفر إجابات لكلا السؤالين ، وكلاهما لا لأن درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® وصلت إلى 70 كحد أقصى ~ 71 درجة مئوية بينما وصلت درجة الحرارة في الخارج إلى 77 ~ 78 درجة مئوية كحد أقصى ، وزادت درجة الحرارة الداخلية لحقيبة Ziploc® ببطء عن نظيرتها الخارجية.

الشكل 1 - يُظهر Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro مخططًا لدرجات حرارة خارج / داخل كيس Ziploc® وفقًا لدالة الوقت (المنحنى البرتقالي يتوافق مع درجة الحرارة الداخلية ، والمنحنى الأزرق مع الخارج). كما يمكن أن ترى ، تختلف درجات الحرارة الداخلية والخارجية وتزداد أيضًا بمعدلات مختلفة - ببطء داخل كيس Ziploc عن الخارج. يوضح الشكل أيضًا أن وظائف درجة الحرارة في شكل:

درجة الحرارة (t) = درجة حرارة البيئة + (درجة الحرارة النهائية - درجة حرارة البيئة) × (1 - e ^ (معدل زيادة درجة الحرارة × t))

بالنسبة لدرجة الحرارة خارج كيس Ziploc® ، فإن وظيفة درجة الحرارة من حيث الوقت هي:

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

وبالنسبة لدرجة الحرارة داخل كيس Ziploc® ، فإن وظيفة درجة الحرارة من حيث الوقت هي:

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

لذلك مع كل هذه البيانات (والنتائج التجريبية الأخرى) في متناول اليد ، يمكن ذكر ما يلي حول عملية النمذجة DIY N95 معقم:

- يمكن لمجففات الشعر المختلفة إنتاج درجات حرارة مختلفة - لن يتمكن البعض من الوصول إلى 70 درجة مئوية بينما سيتجاوز البعض الآخر هذا المرجع كثيرًا. بالنسبة للأجهزة التي لا يمكنها الوصول إلى 70 درجة مئوية ، يجب إيقاف تشغيلها بعد وقت التسخين الأولي (لتجنب إهدار الطاقة غير المجدي) ويجب توجيه رسالة خطأ إلى مشغل جهاز التعقيم لإبلاغ هذه المشكلة. ولكن بالنسبة لأولئك الذين يتجاوزون درجة 70 درجة مئوية ، من الضروري إيقاف تشغيل مجفف الشعر عندما تكون درجة الحرارة أعلى من درجة حرارة معينة (70 + هامش أعلى) درجة مئوية (لتجنب الأضرار التي تلحق بقدرة حماية جهاز التنفس N95) وتشغيله مرة أخرى بعد تبريد N95 إلى درجة حرارة أقل من (70 - هامش أدنى) درجة مئوية ، لمواصلة عملية التعقيم ؛

- لا يمكن أن يكون مستشعر درجة الحرارة LM35 داخل كيس Ziploc® ، لأن الكيس يحتاج إلى الإغلاق لتجنب تلوث الغرفة بسلالات الفيروسات ، لذلك ، يجب وضع درجة حرارة LM35 خارج الكيس ؛

- نظرًا لأن درجة الحرارة الداخلية أقل من نظيرتها الخارجية وتتطلب مزيدًا من الوقت للزيادة ، فمن الضروري فهم كيفية حدوث عملية التبريد (المتناقص) ، لأنه إذا كانت درجة الحرارة الداخلية تستغرق وقتًا أطول للانخفاض عن درجة الحرارة الخارجية ، لذلك ، هناك العلاقة السببية بين عملية الزيادة / النقصان في درجة حرارة كيس Ziploc® الداخلية / الخارجية وبالتالي من الممكن استخدام درجة الحرارة الخارجية كمرجع لتنظيم عملية التسخين / التبريد بأكملها. ولكن إذا لم يحدث ذلك ، فستكون هناك حاجة إلى نهج آخر. هذا يؤدي إلى سؤال النمذجة الخامس:

ه. هل تنخفض درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® بشكل أبطأ من الخارج؟

تم اتخاذ الخطوة الخامسة للإجابة على هذا السؤال وتم تسجيل درجات الحرارة التي تم الحصول عليها أثناء عملية التبريد (داخل / خارج كيس Ziploc®) (متوفر هنا [4]). من درجات الحرارة هذه ، تم اكتشاف وظائف التبريد (ومعدلات التبريد الخاصة بها) للتبريد خارج كيس Ziploc® وداخله.

كيس التبريد الخارجي Ziploc® هو: 42.17 * e ^ (- 0.0089t) + 33.88

النظير الداخلي هو: 37.31 * e ^ (- 0.0088t) + 30.36

مع وضع ذلك في الاعتبار ، من الممكن أن نرى أن كلا الوظيفتين تتناقصان بطريقة متساوية (-0.0088 -0.0089) كما في الشكل 2 - يوضح Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro: (اللون الأزرق / البرتقالي خارج / داخل كيس Ziploc® على التوالي)

نظرًا لأن درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® تنخفض بنفس معدل درجة الحرارة خارجها ، فلا يمكن استخدام درجة الحرارة الخارجية كمرجع للحفاظ على مجفف الشعر عند الحاجة إلى التسخين لأن درجة الحرارة الخارجية تزداد أسرع من درجة الحرارة الداخلية وعندما تكون درجة الحرارة الخارجية تصل إلى (70 + هامش أعلى) درجة حرارة داخلية ستكون أقل من درجة الحرارة اللازمة لتعقيم التنفس. وبمرور الوقت ، ستشهد درجة الحرارة الداخلية انخفاضًا مخففًا في قيمتها المتوسطة. لذلك ، من الضروري استخدام وظيفة درجة الحرارة الداخلية من حيث الوقت لتحديد الوقت اللازم لزيادة درجة الحرارة من (70 - الهامش السفلي) درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية على الأقل.

من الهامش السفلي 3 درجات مئوية (وبالتالي درجة حرارة البداية 67 درجة مئوية) للوصول إلى 70 درجة مئوية ، يجب الانتظار 120 ثانية على الأقل ، وفقًا لوظيفة درجة الحرارة داخل كيس Ziploc® من حيث الوقت.

مع جميع الإجابات على أسئلة النمذجة أعلاه ، يمكن بناء حل قابل للتطبيق إلى الحد الأدنى. بالطبع ، يجب أن تكون هناك ميزات وتحسينات لا يمكن التعامل معها هنا - هناك دائمًا شيء ما يجب اكتشافه أو تحسينه - ولكن كل العناصر التي تم الحصول عليها قادرة على بناء الحل الضروري.

يؤدي هذا إلى تطوير خوارزمية يتم كتابتها في Arduino ، من أجل تحقيق النموذج المعمول به.

الخطوة 2: خوارزمية تشغيل معقم التنفس التلقائي N95

بناءً على المتطلبات وأسئلة النمذجة التي تم طرحها في الخطوة 2 ، تم تطوير الخوارزميات الموضحة في الصورة أعلاه وهي متاحة للتنزيل على github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

الخطوة 3: تحميل الكود على Arduino

1. تنزيل Arduino Timer Library - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. قم بتنزيل كود مصدر معقم مجفف الشعر N95 -
3. افتح Arduino IDE
4. أضف مكتبة Arduino Timer: Sketch -> Include Library -> Add. ZIP Library وحدد ملف Timer-master.zip ، من المجلد الذي تم تنزيله فيه
5. استخراج ملف n95hairdryersterilizer-master.zip
6. افتح ملف n95hairdryersterilizer.ino باستخدام Arduino IDE
7. اقبل المطالبة لإنشاء مجلد رسم ونقل n95hairdryersterilizer.ino إلى هناك
8. أدخل كبل USB من النوع A في Arduino UNO
9. أدخل كبل USB من النوع A في جهاز الكمبيوتر
10. في Arduino IDE ، مع وجود رسم مفتوح بالفعل ، انقر فوق Sketch -> تحميل (Ctrl + U) لتحميل الكود إلى Arduino
11. Arduino جاهز للتشغيل!

الخطوة 4: درع ترحيل الأسلاك للموصلات الكهربائية

بناء سلك الطاقة درع التتابع:

1. سلك من موصل ذكر كهربائي إلى دبوس أرضي لموصل أنثى كهربائي مع سلك كهربائي 15A ؛

2. قم بتوصيل دبوس من موصل ذكر كهربائي مباشرة إلى الموصل C المحمول لدرع الترحيل بسلك كهربائي 15A ؛

3. قم بتوصيل الدبوس الآخر من الموصل الكهربائي الذكر في الدبوس الأيسر للموصل الأنثوي الكهربائي بسلك كهربائي 15A ؛

4. قم بتوصيل الدبوس الأيمن من الموصل الأنثوي الكهربائي مباشرة إلى الموصل غير المحمل لدرع الترحيل بسلك كهربائي 15A ؛

توصيل مجفف الشعر بسلك طاقة Relay Shield:

5. قم بتوصيل الموصل الكهربائي لمجفف الشعر في الموصل النسائي الكهربائي الخاص بسلك الطاقة الخاص بمُجفف الشعر

الخطوة 5: درع ترحيل الأسلاك إلى Arduino

1. سلك GND من Arduino إلى خط سلبي من Breadboard مع كابل توصيل من ذكر إلى ذكر ؛

2. دبوس سلك 5 فولت من Arduino إلى خط إيجابي من اللوح مع كابل توصيل من الذكور إلى الذكور ؛

3. سلك رقم 2 رقمي من Arduino إلى دبوس إشارة من Relay Shield مع كابل توصيل من ذكر إلى أنثى ؛

4. سلك 5V دبوس من Relay Shield إلى خط إيجابي من Breadboard مع كابل توصيل من الذكور إلى الإناث ؛

5. سلك GND دبوس من Relay Shield إلى خط سلبي من Breadboard مع كابل توصيل من ذكر إلى أنثى ؛

الخطوة 6: توصيل مستشعر درجة الحرارة LM35 إلى Arduino

أخذ الجانب المسطح من حساس LM35 كمرجع أمامي:

1. سلك 5V دبوس (أول دبوس من اليسار إلى اليمين) من LM35 إلى الخط الإيجابي من اللوح مع كابل توصيل من أنثى إلى ذكر ؛

2. دبوس إشارة السلك (الدبوس الثاني من اليسار إلى اليمين) من LM35 إلى دبوس A0 من Arduino مع كابل توصيل من أنثى إلى ذكر ؛

3. دبوس GND السلكي (الدبوس الأول من اليسار إلى اليمين) من LM35 إلى الخط السلبي من اللوح مع كابل توصيل من أنثى إلى ذكر ؛

الخطوة 7: توصيل مجفف الشعر بملزمة

1. إصلاح الملزمة فوق طاولة

2. ضع مجفف الشعر في الملزمة

3. اضبط الملزمة من أجل ترك مجفف الشعر متصلًا جيدًا

الخطوة 8: تحضير دعامة الأكياس Ziploc®

1. اختر دفتر الملاحظات اللولبي ذي الغلاف الصلب وضع شريطين من المطاط فيه كما هو موضح في الصورة الأولى ؛

2. اختر وعاءً زجاجيًا (مثل الذي يظهر في الصورة الثانية) أو أي شيء يمكن استخدامه كدعم لترك دفتر الملاحظات اللولبي ذي الغلاف الصلب في وضع مستقيم ؛

3. ضع دفتر الملاحظات اللولبي المقوى مع شريطين مطاطيين أعلى غطاء الوعاء (كما هو موضح في الصورة الثالثة)

الخطوة 9: وضع جهاز التنفس داخل كيس ®Ziploc

1. ضع جهاز تنفس N95 بعناية داخل كيس Ziploc® وأغلقه وفقًا لذلك لتجنب تلوث الغرفة المحتمل (الصورة 1) ؛

2. ضع كيس Ziploc® في دعامة (مبني على الخطوة السابقة) ، واسحب الشريطين المطاطين الموجودين فوق دفتر ملاحظات حلزوني بغلاف صلب (الصورة 2) ؛

الخطوة العاشرة: إرفاق مستشعر درجة الحرارة بكيس Ziploc® بالخارج

1. قم بتركيب مستشعر LM35 خارج كيس ®Ziploc بشريط لاصق صغير ، كما هو موضح أعلاه ؛

الخطوة 11: وضع جهاز التنفس N95 ودعمه في الوضع الصحيح

1. يجب أن يكون جهاز التنفس N95 على مسافة 12.5 سم من مجفف الشعر. إذا تم وضعها على مسافة أكبر ، فلن تزيد درجة الحرارة عن 70 درجة مئوية ولن يحدث التعقيم كما ينبغي. إذا تم وضعها على مسافة أقرب ، سترتفع درجة الحرارة فوق 70 درجة مئوية ، مما يسبب ضررًا للتنفس. لذا فإن 12.5 سم هي المسافة المثالية لمجفف شعر بقوة 1700 واط.

إذا كانت فعالية مجفف الشعر أكثر أو أقل ، يجب ضبط المسافة بشكل صحيح للحفاظ على درجة الحرارة قريبة قدر الإمكان من 70 درجة مئوية. يقوم البرنامج في Arduino بطباعة درجة الحرارة كل ثانية واحدة ، من أجل جعل عملية التعديل هذه ممكنة لمجففات الشعر المختلفة ؛

الخطوة 12: وضع كل شيء في العمل

بعد إجراء جميع التوصيلات من الخطوات السابقة ، قم بتوصيل موصل ذكر كهربائي لسلك الطاقة Relay Shield بمأخذ طاقة وأدخل كبل USB من النوع A في Arduino وفي مصدر طاقة USB (أو منفذ USB للكمبيوتر). بعد ذلك ، سيبدأ جهاز التعقيم في العمل تمامًا مثل الفيديو أعلاه

الخطوة 13: المراجع

1. Song Wuhui1، Pan Bin2، Kan Haidong2 等. تقييم التعطيل الحراري للتلوث بالفيروس على القناع الطبي [J]. مجلة الميكروبس والعدوى ، 2020 ، 15 (1): 31-35. (متاح على https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006 ، تم الوصول إليه في 08 أبريل 2020)

2. سانتوس ، دييغو أسكانيو. خوارزمية التقاط درجة الحرارة ومجموعات بيانات درجة الحرارة بمرور الوقت ، 2020. (متاح على https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83 ، تم الوصول إليه في 09 أبريل 2020)

3. سانتوس ، دييغو أسكانيو. تركيب / رسم الخوارزميات ومتطلباتها ، 2020. (متاح على https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf ، تم الوصول إليه في 09 أبريل 2020)

4. سانتوس ، دييغو أسكانيو. مجموعات بيانات تبريد درجة الحرارة ، 2020. (متاح على https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe ، تم الوصول إليه في 09 أبريل 2020)