מייבש שיער N95 מעקר לנשימה: 13 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

על פי SONG ואחרים. (2020) [1], חום של 70 מעלות צלזיוס המיוצר על ידי מייבש שיער במהלך 30 דקות מספיק כדי להשבית וירוסים במנשם N95. אם כן, זו דרך אפשרית לאנשים רגילים לעשות שימוש חוזר בנושמי N95 שלהם במהלך הפעילות השוטפת, תוך כיבוד מגבלות מסוימות כמו: אסור לנשום מזוהם בדם, אסור לשבור את הנשימה וכו '.

המחברים קובעים כי יש להפעיל את מייבש השיער ולחמם אותו במשך 3, 4 דקות. לאחר מכן, יש להכניס נשם N95 מזוהם לתוך שקית רוכסן ולהגיש לחום של 30 דקות המיוצר על ידי מייבש שיער. לאחר זמן זה, וירוסים יושבתו ביעילות על המסכה, על פי מחקריהם.

כל הפעולות שהוזכרו לעיל אינן אוטומטיות וישנם אילוצים שיכולים להחמיר את תהליך העקרול כמו טמפרטורת חימום נמוכה מדי (או גבוהה מדי). לכן פרויקט זה נועד להשתמש במייבש שיער, מיקרו -בקר (atmega328, זמין ב- Arduino UNO), מגן ממסר וחיישן טמפרטורה (lm35) לבניית מעקר מסכות אוטומטי המבוסס על SONG ואחרים. ממצאים.

אספקה

1x ארדואינו UNO;

1x חיישן טמפרטורה LM35;

1x ממגן ממסר;

1x 1700W מייבש שיער כפול (טאיף שחור 1700W לעיון)

1x לוח לחם;

2x כבלי מגשר זכר לזכר (15 ס מ כל אחד);

6x כבלי מגשר זכר לנקבה (15 ס מ כל אחד);

2 x 0.5 מ 'חוט חשמלי 15A;

1x מחבר חשמלי נקבה (על פי תקן המדינה שלך - ברזיל היא NBR 14136 2P+T);

1x מחבר חשמלי זכר (על פי תקן המדינה שלך - ברזיל היא NBR 14136 2P+T);

1x כבל USB מסוג A (לתכנת Arduino);

1x מחשב (שולחן עבודה, מחברת, כל);

1x Vise;

1x מכסה סיר;

2x להקות גומי;

1x מחברת ספירלה בכריכה קשה;

שקית אחת בגודל Ziploc® Quart (17.7cm x 18.8cm);

1x גליל סרט דבק

ספק כוח USB 5V

שלב 1: מודלים אוטומטיים של עיקור נשימה N95

כאמור, פרויקט זה נועד לבנות מעקר אוטומטי המבוסס על SONG et. ממצאי al (2020). הצעדים הבאים נחוצים להשגתו:

1. מחממים מייבש שיער במשך 3 ~ 4 דקות על מנת להשיג טמפרטורה של 70 ° C;

2. הניחו למייבש שיער למשך 30 דקות תוך הפנייתו לנשימה N95 בתוך שקית Ziploc® על מנת להשבית וירוסים על הנשימה

אז, נוסחו שאלות דוגמנות על מנת לבנות פתרון:

א. האם כל מייבשי השיער מייצרים טמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס לאחר חימום במשך 3 ~ 4 דקות?

ב. האם/האם מייבש שיער שומר על טמפרטורה קבועה של 70 מעלות צלזיוס לאחר 3 ~ 4 דקות של חימום?

ג. האם הטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® שווה לטמפרטורה שמחוץ לה לאחר 3 ~ 4 דקות של חימום?

ד. האם הטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® עולה באותו טמפרטורה כמו הטמפרטורה שמחוצה לה?

על מנת לענות על שאלות אלה ננקטו הצעדים הבאים:

I. רשום עקומות חימום משני מייבשי שיער שונים במשך 3 ~ 4 דקות על מנת לבדוק אם שניהם יכולים להשיג 70 מעלות צלזיוס

II. הקלט עקומות חימום של מייבש שיער (חיישן LM35 חייב להיות מחוץ לשקית Ziploc® בשלב זה) למשך 2 דקות לאחר 3 ~ 4 דקות של חימום ראשוני

III. רשום את הטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® למשך 2 דקות לאחר 3 ~ 4 דקות של חימום ראשוני והשווה אותה לנתונים הרשומים בשלב II.

IV. השווה עקומות חימום הרשומות בשלבים II ו- III (טמפרטורות בפנים ובחוץ הקשורות לתיק Ziploc®)

שלבים I, II, III נעשו באמצעות חיישן טמפרטורה LM35 ואלגוריתם ארדואינו שפותח כדי ליידע מדי פעם (1 הרץ - באמצעות תקשורת USB טורי) טמפרטורה שנרשמה על ידי חיישן LM35 בתפקוד הזמן.

האלגוריתם שפותח לרישום טמפרטורות והטמפרטורות המוקלטות זמינות כאן [2]

שלב רביעי מומש באמצעות נתונים שנרשמו בשלבים II ו- III וכן באמצעות שני סקריפטים של פייתון שיצרו פונקציות חימום לתיאור חימום בתוך תיק Ziploc® ומחוצה לו וכן חלקות מהנתונים שנרשמו בשני השלבים. סקריפטים של פייתון (וספריות הנדרשות להפעלת אותם) זמינים כאן [3].

אז לאחר ביצוע שלבים I, II, III ו- IV אפשר לענות על שאלות א, ב, ג ו -ד.

לשאלה א. התשובה היא לא כפי שניתן לראות, השוואת נתונים שנרשמו משני מייבשי שיער שונים ב- [2] שמייבש שיער אחד מסוגל להשיג 70 ° C בעוד שאחרים יכולים להשיג 44 ° C בלבד

כדי לענות על שאלה ב ', אין להתייחס למייבש שיער שאינו יכול להשיג 70 מעלות צלזיוס. בחינת נתונים מהמידע שמסוגל להגיע ל -70 מעלות צלזיוס (זמין בקובץ step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2]) התשובה ל- b היא גם לא מכיוון שהיא לא יכולה לשמור על טמפרטורה קבועה של 70 ° C לאחר זמן החימום הראשון של 4 דקות.

לאחר מכן, יש צורך לדעת אם הטמפרטורות בציפוק ומחוצה לה שוות (שאלה ג) ואם הן עולות באותו קצב (שאלה ד). הנתונים הקיימים בקבצים step_II_heating_data_outside_ziploc_bag.csv [2] ו- step_III_heating_data_inside_ziploc_bag.csv [2] נשלחו לאלגוריתמים להתאמת עקומות ולשרטוט ב- [3] מספקים תשובות לשתי השאלות, ששניהם לא מכיוון שהטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® הגיעה למקסימום של 70 ~ 71 ° C בעוד שהטמפרטורה בחוץ הגיעה למקסימום של 77 ~ 78 ° C והטמפרטורה הפנימית של התיק של Ziploc® עלתה לאט ממקבילה החיצוני.

איור 1 - Curvas de Aquecimento Fora e Dentro do Involucro מציג חלקה של טמפרטורות שקית מבחוץ / בפנים Ziploc® בתפקוד הזמן (עקומה כתומה מתאימה לטמפרטורה בפנים, עקומה כחולה לאחת מבחוץ). כפי שניתן לראות, הטמפרטורות בפנים ובחוץ שונות ומגדילות בקצב שונה - לאט בתוך תיק Ziploc מאשר בחוץ. האיור גם מודיע כי פונקציות הטמפרטורה הן בצורה של:

טמפרטורה (t) = טמפרטורת סביבה + (טמפרטורה סופית - טמפרטורת סביבה) x (1 - e^(קצב עליית טמפרטורה x t))

עבור הטמפרטורה מחוץ לשקית Ziploc®, פונקציית הטמפרטורה במונחים של זמן היא:

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

ולגבי הטמפרטורה בתוך שקית Ziploc®, פונקציית הטמפרטורה במונחים של זמן היא:

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

אז עם כל הנתונים האלה (ותוצאות אמפיריות אחרות) בהישג יד, ניתן לציין את הדברים הבאים על תהליך הדוגמנות של מעקר N95 מעקר זה:

-מייבשי שיער שונים יכולים לייצר טמפרטורות שונות - חלקם לא יצליחו להשיג 70 ° C בעוד שאחרים יעלו הרבה על ההתייחסות הזו. עבור אלה שאינם יכולים להשיג 70 מעלות צלזיוס, יש לכבות אותם לאחר זמן החימום הראשוני (כדי להימנע מבזבוז אנרגיה חסר תועלת) ויש להעביר הודעת שגיאה כלשהי למפעיל המעקר המיידע את הבעיה. אך למי שעולה על התייחסות לתואר של 70 ° C, יש צורך לכבות את מייבש השיער כאשר הטמפרטורה עולה על טמפרטורה מסוימת (70 + מרווח עדיף) ° C (על מנת להימנע מפגיעה ביכולת ההגנה של נושם N95) ולהפוך אותה שוב לאחר שהתקרר N95 לטמפרטורה מתחת (70 - שוליים נחותים) ° C, כדי להמשיך בתהליך העיקור;

-חיישן הטמפרטורה LM35 לא יכול להיות בתוך שקית Ziploc®, מכיוון שצריך לאטום את השקית על מנת למנוע זיהום בחדר עם זני וירוסים, ולכן יש להציב את טמפרטורת LM35 מחוץ לשקית;

מכיוון שהטמפרטורה בפנים נמוכה יותר מהמקבילה החיצונית שלה ודורשת יותר זמן להגדיל, חובה להבין כיצד תהליך הקירור (יורד) קורה, כי אם הטמפרטורה הפנימית לוקחת יותר זמן לרדת מהטמפרטורה החיצונית, אז יש קשר סיבתי בין הגדלת/ירידה בתהליך טמפרטורת התיקים של Ziploc® בתוך/מבחוץ ובכך ניתן להשתמש בטמפרטורה החיצונית כהפניה לוויסות כל תהליך החימום/קירור. אבל אם לא אז, יהיה צורך בגישה נוספת. זה מוביל לשאלת דוגמנות חמישית:

ה. האם הטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® יורדת לאט יותר מאשר בחוץ?

נעשה שלב חמישי לענות על שאלה זו ונרשמו טמפרטורות שהושגו במהלך תהליך הקירור (בתוך/מחוץ לתיק Ziploc®) (ניתן להשיג כאן [4]). מטמפרטורות אלה התגלו פונקציות קירור (ושיעורי הקירור בהתאמה שלהן) לקירור בחוץ ובתוך שקית Ziploc®.

תיק פונקציית הקירור החיצוני של Ziploc® הוא: 42.17 * e^(-0.0089t) + 33.88

המקבילה הפנימית היא: 37.31 * e^(-0.0088t) + 30.36

עם זאת, אפשר לראות ששתי הפונקציות יורדות באופן שווה (-0.0088 ≃ -0.0089) כפי שמופיע באיור 2 -Curvas de Resfriamento Fora e Dentro do Invólucro מראה: (כחול/כתום נמצא בחוץ/בתוך תיק Ziploc® בהתאמה)

מכיוון שהטמפרטורה בתוך שקית Ziploc® יורדת באותו קצב כמו הטמפרטורה שמחוץ לה, הטמפרטורה החיצונית לא יכולה לשמש אסמכתא להשאיר את מייבש השיער דרוש כאשר יש צורך בחימום מכיוון שטמפרטורת החוץ עולה מהר יותר מאשר הטמפרטורה הפנימית וכאשר הטמפרטורה בחוץ. מגיע (70 + מרווח מעולה) ° C הטמפרטורה הפנימית תהיה נמוכה מהטמפרטורה הדרושה כדי לעקר את הנשימה. ועם הזמן הטמפרטורה הפנימית תחווה ירידה מדוללת בערך הבינוני שלה. לכן, יש להשתמש בפונקציית הטמפרטורה הפנימית במונחים של זמן כדי לקבוע את הזמן הדרוש להעלאת הטמפרטורה שלה מ (70 - שוליים נחותים) ° C לפחות ל- 70 ° C.

ממרווח נחות של 3 מעלות צלזיוס (וכתוצאה מכך, טמפרטורת התחלה של 67 מעלות צלזיוס) על מנת להגיע ל -70 מעלות צלזיוס, יש להמתין לפחות 120 שניות, בהתאם לתפקוד הטמפרטורה של תיק Ziploc® בתוך הזמן מבחינת זמן..

עם כל התשובות לשאלות הדוגמנות למעלה, ניתן לבנות פתרון מינימאלי. כמובן שחייבים להיות מאפיינים ושיפורים שלא ניתן לגשת אליהם כאן - תמיד יש מה לגלות או לשפר - אך כל האלמנטים המתעוררים מסוגלים לבנות את הפתרון הדרוש.

זה מוביל לפרט של אלגוריתם שייכתב בארדואינו, על מנת להשיג את המודל שהוקם.

שלב 2: אלגוריתם פעולת עיקור נשימה אוטומטי N95

בהתבסס על דרישות ושאלות דוגמנות שהתעוררו בשלב 2, אלגוריתמים המתוארים בתמונה למעלה פותחו וזמינים להורדה ב github.com/diegoascanio/N95HairDryerSterilizer

שלב 3: העלאת קוד ל- Arduino

1. הורד את ספריית טיימר Arduino - https://github.com/brunocalou/Timer/archive/master.zip [5]
2. הורד את קוד המקור של מעקר N95 למייבש שיער -
3. פתח את Arduino IDE
4. הוסף ספריית טיימר Arduino: סקיצה -> כלול ספרייה -> הוסף ספריית ZIP ובחר בקובץ Timer-master.zip, מהתיקייה שבה הורדה
5. חלץ קובץ n95hairdryersterilizer-master.zip
6. פתח קובץ n95hairdryersterilizer.ino עם Arduino IDE
7. קבל את הפקודה ליצירת תיקיית סקיצות והעבר את n95hairdryersterilizer.ino לשם
8. הכנס כבל USB מסוג A ל- Arduino UNO
9. הכנס כבל USB מסוג A למחשב
10. ב- Arduino IDE, כאשר הסקיצה כבר פתוחה, לחץ על Sketch -> העלה (Ctrl + U) כדי להעלות קוד ל- Arduino
11. ארדואינו מוכן לרוץ!

שלב 4: מגן ממסר חיווט למחברים חשמליים

מבנה כבל חשמל ממסר ממסר:

1. סיבוב חוט ממחבר זכר חשמלי לסיכת הארקה של מחבר נקבה חשמלית עם חוט חשמלי 15A;

2. חברו סיכה ממחבר זכר חשמלי ישירות למחבר הנישא C של מגן ממסר עם חוט חשמלי 15A;

3. חבר את הסיכה השנייה ממחבר זכר חשמלי לתוך הסיכה השמאלית של מחבר נקבה חשמלית עם חוט חשמלי 15A;

4. חברו את הסיכה הימנית ממחבר נקבה חשמלית ישירות למחבר לא נשוא של מגן ממסר עם חוט חשמלי 15A;

חיבור מייבש שיער לכבל החשמל ממסר:

5. חבר את מחבר הזכר החשמלי של מייבש השיער למחבר נקבה החשמל של כבל החשמל ממסר

שלב 5: מגן ממסר חיווט לארדואינו

1. העבר את GND מארדואינו לקו שלילי של לוח קרשים עם כבל מגשר זכר לזכר;

2. חברו סיכת 5V מחברת Arduino לקו חיובי של לוח קרשים עם כבל מגשר זכר לזכר;

3. חיבור סיכה דיגיטלית מספר 2 מארדואינו לתוך סיכת אות של מגן ממסר עם כבל מגשר זכר לנקבה;

4. חוט סיכה 5V ממגן ממסר לקו חיובי של לוח קרשים עם כבל מגשר זכר לנקבה;

5. חברו סיכת GND ממגן ממסר לקו שלילי של לוח קרשים עם כבל מגשר זכר לנקבה;

שלב 6: חיווט חיישן טמפרטורה LM35 לארדואינו

אם ניקח את הצד השטוח של חיישן LM35 כהפניה קדמית:

1. חוט סיכה 5V (סיכה ראשונה משמאל לימין) מ- LM35 לקו חיובי של לוח קרשים עם כבל מגשר נקבה לגבר;

2. סיכת אות חוט (סיכה שנייה משמאל לימין) מ- LM35 לתוך סיכת A0 של Arduino עם כבל מגשר נקבה לגבר;

3. חוט סיכת GND (סיכה ראשונה משמאל לימין) מ- LM35 לקו שלילי של לוח קרשים עם כבל מגשר נקבה לגבר;

שלב 7: חיבור מייבש שיער ל- Vise

1. חברו את המגן על שולחן

2. הניחו את מייבש השיער בספרייה

3. כוונן את המגן כדי להשאיר את מייבש השיער מחובר היטב

שלב 8: הכנת תמיכת תיק Ziploc®

1. בחר את מחברת הספירלה בכריכה קשה והנח בה שני גומיות כפי שמוצג בתמונה הראשונה;

2. בחר סיר (כמו זה שמופיע בתמונה השנייה) או כל דבר שיכול לשמש כתמיכה להשאיר את המחברת הספירלית בכריכה קשה;

3. הנח את המחברת הספירלית בכריכה קשה עם שתי גומיות בראש מכסה הסיר (כפי שמוצג בתמונה השלישית)

שלב 9: הנחת נשימה בתוך תיק Ziploc®

1. הכנס בזהירות את N95 Breather בתוך שקית Ziploc® ואטום אותה בהתאם, על מנת למנוע זיהום אפשרי בחדר (תמונה 1);

2. הניחו את תיק Ziploc® בתמיכתו (בנוי על שלב קודם), משוך את שתי הגומיות המוצבות מעל מחברת ספירלה בכריכה קשה (תמונה 2);

שלב 10: חיבור חיישן טמפרטורה לתיק Ziploc® בחוץ

1. חבר את חיישן LM35 מחוץ לתיק Ziploc® בעזרת סרט דבק קטן, כפי שמוצג למעלה;

שלב 11: הצבת נשימה N95 ותמיכתה במיקום הנכון

1. N95 Breather צריך להיות במרחק של 12.5 ס"מ ממייבש שיער. אם הוא ממוקם במרחק גדול יותר, הטמפרטורה לא תעלה מעל 70 ° C והעיקור לא יקרה כמו שצריך. אם היא ממוקמת במרחק קרוב יותר, הטמפרטורה תעלה הרבה מעל 70 מעלות צלזיוס ותגרום נזק לנשימה. אז 12.5 ס"מ הוא המרחק האופטימלי למייבש שיער 1700W.

אם למייבש שיער יש עוצמה פחות או יותר, יש להתאים את המרחק כראוי על מנת לשמור על טמפרטורה קרובה ככל האפשר ל -70 מעלות צלזיוס. התוכנה בארדואינו מדפיסה טמפרטורה כל שניה אחת, על מנת להפוך את תהליך ההתאמה הזה ליישום עבור מייבשי שיער שונים;

שלב 12: הכנת הכל לעבודה

כאשר כל החיבורים מהשלבים הקודמים בוצעו, חבר את מחבר זכר החשמל של Relay Shield לשקע חשמל והכנס כבל USB מסוג A לתוך Arduino ואל ספק כוח USB (או יציאת USB למחשב). לאחר מכן, המעקר יתחיל לפעול בדיוק כמו הסרטון לעיל

שלב 13: הפניות

1. שיר Wuhui1, פאן בינ 2, קאן האידונג 2 等. הערכה של הפעלת חום של זיהום הנגיפים על מסכה רפואית [J]. כתב העת למיקרובים ולזיהומים, 2020, 15 (1): 31-35. (זמין בכתובת https://jmi.fudan.edu.cn/EN/10.3969/j.issn.1673-6184.2020.01.006, גישה אליו באפריל 08, 2020)

2. סנטוס, דייגו אסקניו. אלגוריתם ולכידת נתוני טמפרטורות לאורך זמן, 2020. (זמין בכתובת https://gist.github.com/DiegoAscanio/865d61e3b774aa614c00287e24857f83, גישה באפריל 09, 2020)

3. סנטוס, דייגו אסקניו. התאמת/תכנון אלגוריתמים ודרישותיה, 2020. (זמין בכתובת https://gist.github.com/DiegoAscanio/261f7702dac87ea854f6a0262c060abf, גישה אליו באפריל 09, 2020)

4. סנטוס, דייגו אסקניו. מערכי נתונים לקירור טמפרטורה, 2020. (זמין בכתובת https://gist.github.com/DiegoAscanio/c0d63cd8270ee517137affacfe98bafe, גישה אליו ב- 09 באפריל 2020)