Устройство для ультрафиолетовой стерилизации своими руками (UVClean): 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Вступление

Всем привет и добро пожаловать на мой самый первый инструктаж! В этом пошаговом руководстве вы узнаете, как создать свое собственное устройство для стерилизации ультрафиолетом, которое можно использовать как палочку или как камеру для автоматической стерилизации. В устройстве под названием UVClean используется специальная лампа UVC, которая может стерилизовать непористые поверхности за считанные минуты.

Возможности включают:

-Прочный и эргономичный дизайн

-Подлинная УФ-лампа мощностью 253,7 нм, 3,5 Вт

-Bi-цветной OLED-дисплей

-Защищенный паролем интерфейс

-Полная система меню

-Непрерывный ручной режим и автоматический режим таймера

ВАЖНЫЕ РЕДАКТИРОВАНИЯ: я не знал, что это так сильно взорвется, но спасибо всем, кто взглянул! У меня есть несколько важных обновлений, основанных на том, что я видел в комментариях.

1) Создавайте это устройство на свой страх и риск, многие люди могут многое сказать о защите от ультрафиолета, и я, конечно, не эксперт. Я постараюсь ответить на некоторые вопросы по этому поводу, но в конце концов вам следует хорошо изучить меры безопасности, необходимые для воздействия УФ-излучения, прежде чем вы решите построить это устройство.

2) Это устройство фактически является дезинфицирующим средством, а не стерилизатором. Санитарная обработка - это процесс удаления большинства организмов с поверхности на 99,9%, а стерилизация - это процесс удаления ВСЕХ организмов с поверхности. Это устройство не медицинского назначения и не должно восприниматься как таковое.

3) Это устройство еще не доказало, что оно убивает вирусы и бактерии. Скоро буду тестировать, см. Пункт 4.

4) Скоро буду тестировать эффективность устройства. Для этого я буду выращивать некоторые культуры бактерий и подвергать их воздействию своего устройства в течение разного времени. Затем я буду наблюдать за ростом бактерий, чтобы увидеть, насколько эффективно это устройство уничтожает их. Я обязательно опубликую фотографии и видео этого эксперимента в своем инстаграмме и на этой странице в ближайшие недели, так что следите за обновлениями!

ВНИМАНИЕ: это устройство испускает УФ-излучение, которое вредно для кожи и глаз человека. При проверке цепи лампы и при работе устройства в ручном режиме необходимо использовать подходящие защитные очки от ультрафиолета и защитные кожухи всего тела. Запрещается использовать это устройство в присутствии животных или незащищенных людей. В качестве меры безопасности необходимо ввести пароль для постановки устройства на охрану, чтобы предотвратить включение лампы неавторизованными пользователями.

Все САПР, коды и принципиальные схемы были изначально созданы мной в свете пандемии COVID-19. Если у кого-то из вас есть предложения по его улучшению, или если вы хотите внести какие-либо изменения, пожалуйста, сделайте это и дайте мне знать все об этом! Если вы все же решите сделать такой, пришлите мне его фото!

Обо мне:

Меня зовут Генри Мэйн, в настоящее время я учусь на 3-м курсе по специальности «Электротехника» Северо-Восточного университета в Бостоне. Мне и моему соседу по комнате нравится создавать подобные проекты, и мы хотим поделиться своими идеями, поэтому, пожалуйста, загляните в наш Instagram, чтобы увидеть некоторые из наших других проектов и того, чем мы занимались. Если вы хотите узнать о моей карьере, посетите мою страницу в LinkedIn.

Запасы

Необходимые инструменты:

-3д принтер

-Лазерный резак или пила

-Мультиметр

-Паяльник

-Паяльный фитиль или присоска для припоя

-Пистолет для горячего клея

-Зажигалка или термофен

-UV лазерные очки

-Перчатки для тяжелых условий эксплуатации

-Рука помощи

-Allen гаечный ключ

-Отвертка

-Ножницы

-Точный нож

-Плоскогубцы

-Стрипперы для проводов

Общие материалы:

-Нить PLA (любой цвет)

-Алюминиевая лента

-Электроизоляционная лента

Припой для стержней из канифоли

-Горячий клей

-Супер клей

-8x 20 мм болтов M3

-18x 10 мм болты M3

-26 гаек M3

-Скрученный медный провод

-Термоусадочная трубка

Прозрачный акрил толщиной 2 мм

Электронные компоненты (для работы должны быть именно эти детали, я дам ссылки):

-GTL-3 UVC лампа

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

-E17 патрон для лампы (очень важно, чтобы вы получили ТОЧНЫЙ патрон, чтобы он поместился на принте)

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

-Питание (очень важно, чтобы вы получили ТОЧНЫЙ источник питания, иначе у вас возникнут проблемы)

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

-Плата повышающего преобразователя (очень важно, чтобы вы получили эту ТОЧНУЮ плату, иначе у вас возникнут проблемы)

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

-MOSFET Плата переключателя высокой мощности

www.amazon.com/gp/product/B07XJSRY6B/ref=p…

-3 резистора по 150 Ом 5 Вт

Я купил их в местном магазине электроники, но, возможно, вы найдете их в Интернете.

-Arduino nano

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

-Модуль поворотного энкодера

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

-Переключить переключатель

www.amazon.com/gp/product/B079JBF815/ref=p…

-OLED экран

www.amazon.com/gp/product/B072Q2X2LL/ref=p…

Цилиндрический домкрат -2,1 мм

www.amazon.com/gp/product/B074LK7G86/ref=p…

-Маленький пьезо-зуммер

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

Шаг 1: 3D-печать деталей

Первый шаг довольно прост: используйте предоставленные файлы.stl и 3D-принтер с подходящим размером кровати, чтобы напечатать все 10 нестандартных деталей (вам понадобятся 2 оконные панели и 2 пластины кожуха). Обязательно выровняйте платформу для печати и протирайте ее изопропиловым спиртом перед каждой печатью, особенно для больших панелей кожуха. Я предлагаю печатать по одному, потому что, если ваш принтер похож на мой, он может выйти из строя. Установите время в выходные, чтобы распечатать все детали, потому что это займет много часов. Наконец, обязательно следите за своим 3D-принтером, так как если его оставить без присмотра, он может стать причиной пожара.

Шаг 2: ламинируйте кожух алюминиевой лентой

Используя рулон алюминиевой ленты, ножницы и точный нож, ламинируйте внутреннюю часть передней панели, задней панели, левого и правого корешка, обеих пластин кожуха и обеих оконных панелей. Это поможет направить свет от лампы к зоне стерилизации, а также будет служить массивным теплоотводом для лампы и резисторов. Чтобы упростить задачу, попробуйте сначала покрыть большие площади целыми кусками ленты, чтобы не порезаться слишком сильно. Как только части будут покрыты, используйте точный нож, чтобы обрезать края и отверстия.

Шаг 3. Вырежьте и установите акриловые окна

Используя пилу или лазерный резак, если он у вас есть, вырежьте несколько акриловых стекол подходящего размера, которые войдут в прямоугольные углубления на оконных панелях. Затем поместите детали в углубления и нанесите немного суперклея по краям. Если все сделать правильно, суперклей сам просочится в трещины, и окно будет надежно закреплено. Обязательно используйте небольшое количество клея и не касайтесь акрила, чтобы на нем не остались отпечатки пальцев. После того, как вы нанесли суперклей, дайте кусочкам высохнуть на ровной поверхности в течение 24 часов. УФ-излучение не будет проходить через акриловые панели, но видимый синий свет лампы будет проходить сквозь них, придавая устройству стильный эффект.

Шаг 4: соберите кожух

Используя 3 болта M3 20 мм, 16 болтов M3 10 мм и 19 гаек M3, соберите новый ламинированный кожух с окнами. Начните с соединения левой и правой частей корешка вместе одним 20-миллиметровым болтом в среднем отверстии. Затем сдвиньте переднюю и заднюю пластины на место и закрепите их оставшимися двумя 20-миллиметровыми болтами. Заднюю пластину можно определить по 3 отверстиям на ней, и она должна быть установлена на той стороне, где будет идти ручка. Теперь прикрепите две большие пластины кожуха и оконные панели с помощью 16 болтов M3 10 мм. Затяните все болты, чтобы все было в безопасности.

Шаг 5: Установите лампу UVC и резисторы высокой мощности

Припаяйте 3 резистора по 150 Ом по 5 Вт параллельно, чтобы получить эквивалентное сопротивление 50 Ом. Причина использования трех резисторов вместо одного состоит в том, чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую через каждый отдельный резистор, и увеличить тепловую массу. Резисторы должны рассеивать довольно много энергии, чтобы лампочка работала должным образом. Если бы использовался только один резистор, он стал бы очень горячим и стал бы опасным для возгорания. Затем припаивайте эквивалентное сопротивление 50 Ом последовательно к патрону лампы E17 с проводами надлежащей длины, как показано на рисунке выше. Прикрепите патрон лампы E17 к внутренней части кожуха, используя оставшиеся два 10-миллиметровых болта M3, и используйте кусок алюминиевой ленты, чтобы закрепить резисторы непосредственно под патроном. Затем пропустите два конца провода через отверстие в центре задней панели. В итоге внутренняя часть кожуха должна выглядеть как на картинке выше. Если возникла путаница в подключении лампы и резисторов, обратитесь к прилагаемой принципиальной схеме.

Шаг 6: запрограммируйте Arduino

Загрузите предоставленный код в свой Arduino nano, не стесняйтесь изменять мой код, как хотите, или даже напишите свой собственный с нуля. Я очень рад видеть, что придумывают другие. Для загрузки вы должны сначала установить библиотеки Adafruit_SSD1306 и Adafruit_GFX в Arduino IDE. Код доступа по умолчанию для устройства - 3399, если вы хотите изменить пароль, вы должны сделать это на этом шаге. Найдите раздел кода, показанный на картинке выше, и замените четыре цифры кода доступа по своему вкусу. Когда вы будете удовлетворены, нажмите кнопку загрузки в среде Arduino IDE и дождитесь, пока не появится сообщение о завершении загрузки.

Шаг 7. Проверьте электронику на макетной плате

Используя предоставленную электрическую схему и ранее запрограммированную Arduino, выполните все правильные подключения на большой макетной плате. Не забудьте надеть защитные очки UVC и защитить кожу всего тела при включении лампы. УФC вреден для кожи и глаз человека, и чрезвычайно важно ограничить прямое воздействие лампы. Если все работает, как ожидалось, можно переходить к следующему шагу. Иногда подключение может быть непростым, и на этом этапе важно не торопиться, чтобы правильно установить соединения и понять, как они работают. (Отказ от ответственности: некоторые части на этом изображении являются частями ранних прототипов, но концепция та же)

Шаг 8: Подключите и установите электронику в рукоятку

Это будет самый сложный шаг во всем проекте. Если у вас нет большого опыта пайки и электромонтажа с большим количеством соединений, я предлагаю вам немного потренироваться перед этим. Убедитесь, что вы умеете зачищать провода, делать надежные паяные соединения, использовать термоусадочные трубки и особенно следить за тем, чтобы все было организовано. Я сделал это для себя довольно сложно, потому что у меня был только один цвет проволоки, но я действительно предлагаю вам пойти и купить кучу разных цветов. Прежде чем вы даже включите паяльник, нужно сделать несколько важных вещей. Первое, что нужно сделать, это использовать плоскогубцы, чтобы согнуть штыри на задней стороне OLED-экрана так, чтобы они были параллельны задней части экрана и указывали вниз. Второе, что нужно сделать, это использовать плоскогубцы, чтобы отрезать лишние края платы поворотного энкодера, чтобы она вошла в рукоятку. Теперь, когда эти важные шаги выполнены, включите паяльник и возьмите припой или присоску для припоя. Используя эти инструменты, удалите все контакты как с платы поворотного энкодера, так и с Arduino nano. Затем используйте многожильный провод и термоусадочную трубку, чтобы прикрепить длинные провода к зуммеру, экрану и кодировщику. После этого с помощью пистолета для горячего клея закрепите экран и зуммер на месте и прикрутите кодировщик. Теперь, используя пару рук, обрежьте провода до нужной длины и припаяйте их к нано один за другим, дважды проверяя точки подключения и хорошо изолируя все с помощью термоусадочной трубки и изоленты. Чрезвычайно важно, чтобы вся ваша проводка была как можно короче, иначе в рукоятке не хватит места, чтобы все поместилось. Затем подключите разъем к цилиндру и выключатель питания, закрепив разъем большим количеством горячего клея. Для заключительной части вам нужно начать с настройки повышающего преобразователя. Для этого подключите клеммы VIN повышающего преобразователя к источнику питания 5 В и используйте мультиметр для измерения напряжения на клеммах VOUT. Поворачивайте маленький синий потенциометр с помощью отвертки, пока напряжение на VOUT не станет равным 25V. Затем подключите настроенный повышающий преобразователь, переключатель MOSFET и лампу в сборе к остальной части схемы, используя винтовые клеммы на плате MOSFET. В качестве последней меры полностью закройте повышающий преобразователь и плату MOSFET изолентой, чтобы предотвратить короткое замыкание.

Шаг 9: Завершите окончательную сборку

Перед тем, как запечатать все навсегда, проверьте электронику, убедившись, что нет коротких замыканий, прежде чем подключать ее. Если все работает, как ожидалось, вставьте Arduino, повышающий преобразователь и плату MOSFET в основание рукоятки рядом с разъем питания. Попытайтесь заправить излишки проволоки на открытое пространство в рукоятке, прежде чем пытаться собрать все вместе. Чтобы собрать его, начните с того, что наденьте одну половину рукоятки на точку крепления на кожухе и вставьте два 20-миллиметровых болта M3 в монтажные отверстия, чтобы закрепить его на месте. Затем установите на место вторую половину ручки и вставьте ее в два болта. Затем проденьте оставшиеся три 20-мм болта M3 через обе половины рукоятки. Используя небольшую отвертку, протолкните все лишние провода внутрь рукоятки, пока она полностью не сомкнется. Наконец, накрутите гайки на болты и затяните до завершения сборки!

Шаг 10: Наслаждайтесь своим новым творением

При использовании этого устройства обязательно соблюдайте надлежащие правила безопасности при УФ-излучении и никогда не оставляйте его без присмотра, пока оно включено, поскольку резисторы лампы могут сильно нагреваться. С учетом сказанного, наслаждайтесь им, и я надеюсь получить много полезных отзывов о моем дизайне!

Финалист первого авторского конкурса