Dispositivo di sterilizzazione a raggi ultravioletti fai da te (UVClean): 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

introduzione

Ciao a tutti e benvenuti nel mio primo tutorial! In questa guida passo passo imparerai come creare il tuo dispositivo di sterilizzazione a raggi ultravioletti che può essere utilizzato come bacchetta magica o come camera di sterilizzazione automatica. Il dispositivo, chiamato UVClean, utilizza una speciale lampadina UVC in grado di sterilizzare le superfici non porose in pochi minuti.

Le caratteristiche includono:

-Design robusto ed ergonomico

-Lampadina UVC originale da 253,7 nm da 3,5 W

-Display OLED bicolore

-Interfaccia protetta da passcode

-Sistema di menu completo

-Modalità palmare continua e modalità timer automatico

MODIFICHE IMPORTANTI: non sapevo che sarebbe esploso così tanto, ma grazie a tutti coloro che hanno dato un'occhiata! Ho alcuni aggiornamenti importanti da dire in base a qualcosa che ho visto nei commenti.

1) Costruisci questo dispositivo a tuo rischio, molte persone hanno molte cose da dire sulla sicurezza UV e io non sono certamente un esperto. Cercherò di rispondere ad alcune domande al riguardo, ma alla fine della giornata dovresti fare delle buone ricerche sulle precauzioni di sicurezza necessarie per l'esposizione ai raggi UV prima di decidere di costruire questo dispositivo.

2) Questo dispositivo è infatti un disinfettante, non uno sterilizzatore. La sanificazione è il processo di rimozione della maggior parte degli organismi da una superficie del 99,9%, mentre la sterilizzazione è il processo di rimozione di TUTTI gli organismi da una superficie. Questo dispositivo non è di grado medico e non dovrebbe essere percepito come tale.

3) Questo dispositivo non ha ancora dimostrato di uccidere virus e batteri. Lo proverò presto, vedi punto 4.

4) Verificherò presto l'efficacia del dispositivo. Per fare questo coltiverò alcune colture di batteri e le esporrò al mio dispositivo per periodi di tempo variabili. Osserverò quindi la crescita dei batteri per vedere quanto sia efficace questo dispositivo nell'eliminarli. Non mancherò di pubblicare immagini e video di questo esperimento sul mio instagram e su questo istruibile nelle prossime settimane, quindi restate sintonizzati!

AVVERTENZA: questo dispositivo emette radiazioni UVC, dannose per la pelle e gli occhi umani. Quando si esegue il test del circuito della lampadina e quando si utilizza il dispositivo in modalità portatile, è necessario utilizzare occhiali protettivi UV adeguati e rivestimenti per la pelle del corpo. Questo dispositivo non deve essere utilizzato in presenza di animali o persone non protette. Come misura di sicurezza, è necessario inserire un passcode per armare il dispositivo, in modo da impedire a utenti non autorizzati di accendere la lampadina.

Tutti i CAD, il codice e gli schemi circuitali sono stati originariamente creati da me alla luce della pandemia di COVID-19. Se qualcuno di voi ha qualche suggerimento per migliorarlo, o se desidera apportare modifiche personali, lo faccia e me lo faccia sapere! Se decidi di farne uno, per favore mandami una foto!

A proposito di me:

Mi chiamo Henry Mayne e attualmente sono uno studente di ingegneria elettrica del 3° anno alla Northeastern University di Boston. Io e il mio coinquilino ci divertiamo a realizzare progetti come questo e vogliamo trasmettere le nostre idee, quindi per favore controlla il nostro Instagram per vedere alcuni dei nostri altri progetti e cose che abbiamo fatto. Se vuoi conoscere la mia storia professionale, dai un'occhiata alla mia pagina LinkedIn.

Forniture

Strumenti richiesti:

-stampante 3d

-Taglierina laser o sega

-Multimetro

-Saldatore

- Stoppino per saldatura o ventosa per saldatura

-Pistola per colla a caldo

-Pistola più leggera o ad aria calda

-Occhiali laser UV

-Guanti resistenti

-Mani che aiutano

-Chiave a brugola

-Cacciavite

-Forbici

-Exact-o coltello

-Pinze

-Spelafili

Materiali generali:

- Filamento PLA (qualsiasi colore)

-Nastro di alluminio

-Nastro elettrico

- Saldatura a nucleo di colofonia

-Colla calda

-Super colla

-8 bulloni M3 da 20 mm

-18x 10mm M3 bulloni

-26x dadi M3

-Filo di rame intrecciato

- Guaina termorestringente

-2 mm di spessore acrilico trasparente

Componenti elettronici (devono essere questi pezzi esatti per funzionare, fornirò i collegamenti):

-Lampadina UVC GTL-3

www.amazon.com/gp/product/B07835252H/ref=p…

-Portalampada montabile E17 (è molto importante che tu abbia questo portalampada ESATTO, in modo che si adatti alla stampa)

www.amazon.com/gp/product/B07J4ZTYWZ/ref=p…

-Alimentazione (è molto importante che tu abbia questo alimentatore ESATTO, altrimenti incorrerai in problemi)

www.amazon.com/gp/product/B083DSPRQG/ref=p…

-Scheda convertitore boost (è molto importante che tu abbia questa scheda ESATTA, altrimenti incorrerai in problemi)

www.amazon.com/gp/product/B07RT8YXSH/ref=p…

-Mosfet Scheda interruttore ad alta potenza

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-3x 150 ohm 5 W resistori

Li ho presi nel mio negozio di elettronica locale, ma forse puoi trovarne alcuni online

-Arduino nano

www.amazon.com/gp/product/B07KCH534K/ref=p…

-Modulo encoder rotativo

www.amazon.com/gp/product/B07YFPV5N4/ref=p…

-Interruttore a levetta

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-Schermo OLED

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Jack a canna da -2,1 mm

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-Piccolo cicalino piezo

www.amazon.com/Gikfun-Terminals-Passive-El…

Passaggio 1: stampa 3D dei pezzi

Il primo passo è abbastanza semplice, usa i file.stl forniti e una stampante 3D con una dimensione del letto adatta per stampare tutti e 10 i pezzi personalizzati (avrai bisogno di 2 pannelli per finestre e 2 lastre di protezione). Assicurati di livellare il piano di stampa e pulirlo con alcol isopropilico prima di ogni stampa, in particolare per i grandi pannelli di protezione. Suggerisco di stampare un pezzo alla volta, perché se la tua stampante è simile alla mia, può essere soggetta a guasti. Dedica un po' di tempo nel fine settimana per stampare tutti i pezzi perché ci vorranno molte ore per essere completati. Infine, assicurati di monitorare costantemente la tua stampante 3D, poiché è un rischio di incendio se lasciata incustodita.

Passaggio 2: laminare la Sindone con nastro di alluminio

Usando un rotolo di nastro di alluminio, delle forbici e un coltello per l'esatto, laminare l'interno della piastra anteriore, della piastra posteriore, del dorso sinistro e destro, di entrambe le piastre del sudario e di entrambi i pannelli delle finestre. Ciò contribuirà a incanalare la luce dalla lampadina verso l'area di sterilizzazione, oltre a fungere da enorme dissipatore di calore per la lampadina e le resistenze. Per rendere questo più facile, prova prima a coprire grandi aree con interi pezzi di nastro adesivo per evitare di tagliare troppo. Una volta che i pezzi sono ricoperti, usa un coltellino per tagliare i bordi e i fori.

Passaggio 3: taglia e installa le finestre acriliche

Usando una sega o un laser cutter se ne hai uno, taglia dei pannelli acrilici di dimensioni appropriate che si adatteranno alle depressioni rettangolari sui pannelli delle finestre. Quindi, posiziona i pezzi nelle depressioni e fai scorrere della colla super lungo i bordi. Se fatto correttamente, la super colla penetrerà da sola nelle fessure e la finestra sarà saldamente fissata. Assicurati di usare solo una piccola quantità di colla e non toccare l'acrilico per evitare di lasciare impronte di colla su di esso. Una volta applicata la super colla, lascia asciugare i pezzi su una superficie piana per 24 ore. La radiazione UVC non passerà attraverso i pannelli acrilici, ma la luce blu visibile dalla lampadina passerà, conferendo al dispositivo un effetto fresco.

Passaggio 4: assemblare la Sindone

Usando 3 bulloni M3 da 20 mm, 16 bulloni M3 da 10 mm e 19 dadi M3, assemblare la copertura appena laminata e finestrata. Inizia attaccando i pezzi della colonna vertebrale sinistra e destra insieme con un bullone da 20 mm nel foro centrale. Quindi, fai scorrere le piastre anteriore e posteriore in posizione e fissale ciascuna con i restanti due bulloni da 20 mm. La piastra posteriore può essere identificata dai 3 fori su di essa e dovrebbe essere montata sul lato in cui andrà l'impugnatura. Ora, attacca le due grandi piastre di protezione e i pannelli delle finestre usando i 16 bulloni M3 da 10 mm. Stringere tutti i bulloni per mantenere tutto sicuro.

Passaggio 5: installare la lampadina UVC e i resistori ad alta potenza

Saldare in parallelo le 3 resistenze da 150 ohm 5W per ottenere una resistenza equivalente di 50 ohm. Il motivo per utilizzare tre resistori invece di 1 è ridurre la potenza dissipata attraverso ogni singolo resistore e aumentare la massa termica. I resistori devono dissipare molta potenza affinché la lampadina funzioni correttamente, se si utilizzasse un solo resistore, diventerebbe estremamente caldo e diventerebbe un pericolo di incendio. Quindi, saldare la resistenza equivalente di 50 ohm in serie con il portalampada E17, con le lunghezze dei cavi adeguate come mostrato nell'immagine sopra. Fissare il portalampada E17 all'interno del rivestimento utilizzando i restanti due bulloni M3 da 10 mm e utilizzare un pezzo di nastro di alluminio per fissare i resistori direttamente sotto il portalampada. Quindi, fai passare le due estremità del filo attraverso il foro al centro della piastra posteriore. Alla fine, l'interno del sudario dovrebbe assomigliare all'immagine sopra. In caso di confusione nel cablaggio della lampadina e delle resistenze, consultare lo schema elettrico fornito.

Passaggio 6: programma Arduino

Carica il codice fornito sul tuo Arduino nano, sentiti libero di modificare il mio codice quanto vuoi o persino di scriverne uno tuo da zero. Sono entusiasta di vedere cosa escogitano gli altri. Per caricare, devi prima installare entrambe le librerie Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX sul tuo Arduino IDE. Il passcode predefinito per il dispositivo è 3399, se desideri modificare il passcode devi farlo in questo passaggio. Trova la sezione nel codice visto nell'immagine sopra e sostituisci i quattro numeri del passcode a tuo piacimento. Una volta che sei soddisfatto, premi il pulsante di caricamento nell'IDE di Arduino e attendi fino a quando non viene visualizzato il messaggio di caricamento completato.

Passaggio 7: testare l'elettronica su una breadboard

Utilizzando lo schema elettrico fornito e l'Arduino precedentemente programmato, effettuare tutte le connessioni corrette su una grande breadboard. Ricordati di indossare occhiali UVC e una protezione completa per la pelle quando accendi la lampadina, i raggi UVC sono dannosi per la pelle e gli occhi umani ed è estremamente importante limitare l'esposizione diretta alla lampadina. Se tutto funziona come previsto, puoi passare al passaggio successivo. Il cablaggio a volte può essere complicato ed è importante dedicare tempo a questo passaggio in modo da ottenere le connessioni corrette e capire come funzionano. (Disclaimer: alcune delle parti in questa immagine sono parti dei primi prototipi, ma il concetto è lo stesso)

Passaggio 8: cablare e installare l'elettronica nell'impugnatura

Questo sarà il passo più impegnativo dell'intero progetto. Se non hai molta esperienza in progetti di saldatura e cablaggio con molte connessioni, ti suggerisco di esercitarti un po' prima. Assicurati di sapere come spellare i fili, effettuare saldature solide, utilizzare guaine termorestringenti e, soprattutto, assicurati di poter tenere tutto organizzato. L'ho reso piuttosto difficile per me stesso perché avevo un solo colore di filo, ma ti suggerisco davvero di uscire e comprare un mucchio di colori diversi. Prima ancora di accendere il saldatore, ci sono alcune cose importanti da fare. La prima cosa da fare è usare un paio di pinze per piegare i perni sul retro dello schermo OLED in modo che siano paralleli al retro dello schermo e rivolti verso il basso. La seconda cosa da fare è usare delle pinze per tagliare i bordi in eccesso della scheda dell'encoder rotativo in modo che si adatti all'impugnatura. Ora che questi importanti passaggi sono stati completati, accendi il saldatore e prendi uno stoppino per saldatura o una ventosa per saldatura. Usando questi strumenti, rimuovi tutti i pin sia dalla scheda dell'encoder rotativo che da Arduino nano. Successivamente, utilizzare un cavo intrecciato e una guaina termorestringente per collegare i cavi lunghi al cicalino, allo schermo e all'encoder. Al termine, utilizzare una pistola per colla a caldo per fissare lo schermo e il cicalino in posizione e avvitare l'encoder in posizione. Ora, aiutandoti con un paio di mani, taglia i fili a misura e saldali al nano uno per uno, assicurandoti di ricontrollare i punti di connessione e di isolare bene tutto con del tubo termoretraibile e del nastro isolante. È estremamente importante che tutto il cablaggio sia il più corto possibile, altrimenti non ci sarà spazio sufficiente nell'impugnatura perché tutto possa adattarsi. Quindi, collega il jack del barilotto e l'interruttore di alimentazione, fissando il jack con una generosa quantità di colla a caldo. Per la parte finale, devi iniziare sintonizzando il convertitore boost. Per fare ciò, collegare i terminali VIN del convertitore boost fino a una fonte di alimentazione da 5 V e utilizzare un multimetro per leggere la tensione ai terminali VOUT. Ruotare il piccolo potenziometro blu con un cacciavite finché la tensione su VOUT non è 25V. Quindi, collegare il convertitore boost sintonizzato, l'interruttore MOSFET e il gruppo lampadina nel resto del circuito, utilizzando i terminali a vite sulla scheda MOSFET. Come misura finale, coprire completamente il convertitore boost e la scheda MOSFET con nastro isolante per evitare cortocircuiti.

Passaggio 9: completare l'assemblaggio finale

Prima di sigillare tutto per bene, fai un test dell'elettronica, assicurandoti che non ci siano cortocircuiti prima di collegarlo. Se tutto funziona come previsto, infila Arduino, convertitore boost e scheda MOSFET nella base dell'impugnatura vicino la presa di alimentazione. Cerca di infilare il filo in eccesso negli spazi aperti dell'impugnatura prima di provare a mettere tutto insieme. Per assemblarlo, inizia mettendo metà dell'impugnatura sul punto di montaggio sulla protezione e inserisci due bulloni M3 da 20 mm attraverso i fori di montaggio per fissarlo in posizione. Quindi, porta l'altra metà dell'impugnatura in posizione e spingila nei due bulloni. Quindi, inserisci i restanti tre bulloni M3 da 20 mm attraverso entrambe le metà dell'impugnatura. Usando un piccolo cacciavite, spingere i fili in eccesso all'interno dell'impugnatura finché non può chiudersi completamente. Infine, avvitare i dadi sui bulloni e serrare fino al completamento dell'assemblaggio!

Passaggio 10: divertiti a usare la tua nuova creazione

Assicurati di seguire le linee guida di sicurezza UV adeguate quando usi questo dispositivo e non lasciarlo mai incustodito mentre è acceso, poiché i resistori della lampadina possono diventare piuttosto caldi. Detto questo, divertiti a usarlo e spero di ricevere molti feedback utili sul mio design!

Secondo classificato al concorso per autori per la prima volta