Dispositivo de esterilização ultravioleta DIY (UVClean): 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Introdução

Olá a todos e bem-vindos ao meu primeiro instrutível! Neste guia passo a passo, você aprenderá a criar seu próprio dispositivo de esterilização ultravioleta, que pode ser usado como uma varinha ou como uma câmara de esterilização automática. O dispositivo, chamado UVClean, usa uma lâmpada UVC especial que pode esterilizar superfícies não porosas em questão de minutos.

Características incluem:

-Design robusto e ergonômico

- Lâmpada UVC de 253,7 nm 3,5 W genuína

- Visor OLED bicolor

- Interface protegida por senha

- Sistema de menu abrangente

-Modo portátil contínuo e modo de temporizador automático

EDIÇÕES IMPORTANTES: Eu não sabia que isso iria explodir tanto, mas obrigado a todos que deram uma olhada! Tenho algumas atualizações importantes a dizer com base em algo que tenho visto nos comentários.

1) Construa este dispositivo por sua própria conta e risco, muitas pessoas têm muito a dizer sobre segurança UV e certamente não sou um especialista. Tentarei responder a algumas perguntas sobre isso, mas no final do dia você deve fazer uma boa pesquisa sobre as precauções de segurança necessárias para a exposição aos raios ultravioleta antes de decidir construir este dispositivo.

2) Este dispositivo é, na verdade, um desinfetante, não um esterilizador. A higienização é o processo de remoção da maioria dos organismos de uma superfície 99,9%, enquanto a esterilização é o processo de remoção de TODOS os organismos de uma superfície. Este dispositivo não é de qualidade médica e não deve ser considerado como tal.

3) Este dispositivo ainda não foi comprovado para matar vírus e bactérias. Vou testá-lo em breve, consulte o ponto 4.

4) Em breve testarei a eficácia do dispositivo. Para fazer isso, vou cultivar algumas culturas de bactérias e expô-las ao meu dispositivo por períodos variáveis de tempo. Em seguida, observarei o crescimento das bactérias para ver a eficácia desse dispositivo em eliminá-las. Com certeza postarei fotos e vídeos desse experimento no meu instagram e neste instrutível nas próximas semanas, fique ligado!

AVISO: este dispositivo emite radiação UVC, que é prejudicial à pele e aos olhos humanos. Óculos de proteção UV adequados e coberturas de pele de corpo inteiro devem ser usados ao testar o circuito da lâmpada e ao operar o dispositivo no modo portátil. Este dispositivo não deve ser operado na presença de quaisquer animais ou humanos desprotegidos. Como medida de segurança, uma senha deve ser inserida para armar o dispositivo, de modo a evitar que usuários não autorizados acendam a lâmpada.

Todos os CAD, códigos e diagramas de circuito foram originalmente criados por mim à luz da pandemia COVID-19. Se algum de vocês tiver alguma sugestão para torná-lo melhor, ou se quiser fazer suas próprias modificações, por favor, faça-o e me diga tudo sobre isso! Se você decidir fazer um, por favor me envie uma foto dele!

Sobre mim:

Meu nome é Henry Mayne, e atualmente sou um estudante de engenharia elétrica do terceiro ano na Northeastern University em Boston. Meu colega de quarto e eu gostamos de fazer projetos como este e queremos passar nossas idéias, então confira nosso Instagram para ver alguns de nossos outros projetos e coisas que temos feito. Se você quiser saber sobre a história da minha carreira, dê uma olhada na minha página do LinkedIn.

Suprimentos

Ferramentas necessárias:

-impressora 3d

- Cortador a laser ou serra

-Multímetro

-Ferro de solda

-Tempo de solda ou sugador de solda

-Pistola de cola quente

- Isqueiro ou pistola de ar quente

- óculos de laser UV

- Luvas resistentes

-Ajudando as mãos

-Chave Allen

-Chave de fenda

-Tesoura

- Faca exata

-Pliers

- Decapantes de fios

Materiais Gerais:

-Filamento PLA (qualquer cor)

- fita de alumínio

-Fita isolante

-Solda de núcleo rosina

-Cola quente

-Super cola

-8x parafusos M3 de 20 mm

- Parafusos M3 de 18x 10 mm

-26x porcas M3

- Fio de cobre trançado

- Tubulação termorretrátil

Acrílico transparente de -2 mm de espessura

Componentes eletrônicos (devem ser essas peças exatas para funcionar, irei fornecer links):

-GTL-3 lâmpada UVC

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

- Soquete de lâmpada montável E17 (é muito importante que você obtenha este soquete EXATO, para que caiba na impressão)

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

- Fonte de alimentação (é muito importante que você obtenha esta fonte de alimentação EXATA, caso contrário, você terá problemas)

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

- Placa conversora de Boost (é muito importante que você obtenha esta placa EXATA, caso contrário, você terá problemas)

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

- Placa de interruptor de alta potência MOSFET

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

-3x 150 ohm 5W resistores

Comprei na minha loja de eletrônicos local, mas talvez você possa encontrar alguns online

-Arduino nano

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

- Módulo codificador rotativo

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

-Interruptor

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

-Tela OLED

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

Jack de barril de -2,1 mm

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

- Pequena campainha piezoelétrica

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

Etapa 1: impressão 3D das peças

O primeiro passo é bastante simples, use os arquivos.stl fornecidos e uma impressora 3D com um tamanho de cama adequado para imprimir todas as 10 peças personalizadas (você precisará de 2 painéis de janela e 2 placas de proteção). Certifique-se de nivelar a base de impressão e limpe-a com álcool isopropílico antes de cada impressão, especialmente para os painéis de cobertura grandes. Eu sugiro imprimir uma peça por vez, porque se sua impressora for parecida com a minha, ela pode estar sujeita a falhas. Reserve algum tempo no fim de semana para imprimir todas as peças, pois levará muitas horas para ser concluído. Por último, certifique-se de monitorar constantemente sua impressora 3D, uma vez que é um risco de incêndio se não for supervisionada.

Etapa 2: laminar a cobertura com fita de alumínio

Usando um rolo de fita de alumínio, tesoura e uma faca exata, lamine o interior da placa frontal, placa traseira, lombada esquerda e direita, ambas as placas de proteção e ambos os painéis das janelas. Isso ajudará a canalizar a luz da lâmpada para a área de esterilização, além de atuar como um grande dissipador de calor para a lâmpada e os resistores. Para tornar isso mais fácil, tente primeiro cobrir grandes áreas com pedaços inteiros de fita para evitar cortes excessivos. Uma vez que as peças estejam cobertas, use uma faca exata para aparar as bordas e os orifícios.

Etapa 3: Corte e instale as janelas de acrílico

Usando uma serra ou cortador a laser, se você tiver um, corte alguns painéis de acrílico de tamanho apropriado que se encaixem nas depressões retangulares dos painéis das janelas. Em seguida, coloque as peças nas depressões e passe um pouco de super cola nas bordas. Se feito corretamente, a super cola irá infiltrar-se nas rachaduras sozinha e a janela ficará firmemente presa. Certifique-se de usar apenas uma pequena quantidade de cola e não toque no acrílico para evitar marcas de dedo de cola. Depois de aplicar a super cola, deixe as peças secarem em superfície plana por 24 horas. A radiação UVC não passará pelos painéis de acrílico, mas a luz azul visível da lâmpada passará, dando ao dispositivo um efeito de aparência legal.

Etapa 4: montar a mortalha

Usando 3 parafusos M3 de 20 mm, parafusos M3 16x 10 mm e porcas M3 19x, monte a cobertura recém-laminada e com janela. Comece prendendo as peças da coluna esquerda e direita juntas com um parafuso de 20 mm no orifício do meio. Em seguida, deslize as placas frontal e traseira no lugar e prenda cada uma com os dois parafusos restantes de 20 mm. A placa traseira pode ser identificada pelos 3 furos nela, e deve ser montada na lateral onde irá a empunhadura. Agora, prenda as duas placas de cobertura grandes e os painéis da janela usando os 16 parafusos M3 de 10 mm. Aperte todos os parafusos para manter tudo seguro.

Etapa 5: Instale o bulbo UVC e os resistores de alta potência

Solde os 3 resistores de 5W de 150 ohms em paralelo para obter uma resistência equivalente a 50 ohms. A razão para usar três resistores em vez de 1 é diminuir a potência dissipada por cada resistor individual e aumentar a massa térmica. Os resistores têm que dissipar uma grande quantidade de energia para que a lâmpada funcione corretamente, se apenas um resistor fosse usado, ele ficaria extremamente quente e se tornaria um risco de incêndio. Em seguida, solde a resistência equivalente de 50 ohms em série com o soquete de lâmpada E17, com os comprimentos de fio adequados, conforme mostrado na imagem acima. Prenda o soquete da lâmpada E17 no interior da cobertura usando os dois parafusos M3 de 10 mm restantes e use um pedaço de fita de alumínio para prender os resistores diretamente abaixo do soquete. Em seguida, passe as duas pontas do fio pelo orifício no centro da placa traseira. No final, o interior da mortalha deve se parecer com a imagem acima. Se houver alguma confusão na fiação da lâmpada e resistores, consulte o diagrama de circuito fornecido.

Etapa 6: programar o Arduino

Faça upload do código fornecido para o seu Arduino nano, fique à vontade para modificar meu código o quanto quiser ou até mesmo escrever o seu desde o início. Estou animado para ver o que outras pessoas inventam. Para fazer o upload, você deve primeiro instalar as bibliotecas Adafruit_SSD1306 e Adafruit_GFX em seu IDE Arduino. A senha padrão para o dispositivo é 3399, se desejar alterar a senha, você deve fazer isso nesta etapa. Encontre a seção do código mostrado na imagem acima e substitua os quatro números da senha de acordo com sua preferência. Quando estiver satisfeito, pressione o botão de upload no IDE do Arduino e espere até que diga que o upload foi concluído.

Etapa 7: Teste os eletrônicos em uma placa de ensaio

Usando o diagrama de fiação fornecido e o Arduino programado anteriormente, faça todas as conexões corretas em uma placa de ensaio grande. Lembre-se de usar óculos de proteção UVC e proteção de corpo inteiro para a pele ao ligar a lâmpada. Os UVC são prejudiciais à pele e aos olhos humanos e é extremamente importante limitar a exposição direta à lâmpada. Se tudo funcionar conforme o esperado, você pode seguir para a próxima etapa. A fiação pode ser complicada às vezes e é importante que você tome seu tempo com esta etapa para que você faça as conexões certas e entenda como elas funcionam. (Isenção de responsabilidade: algumas das peças nesta imagem são as primeiras peças do protótipo, mas o conceito é o mesmo)

Etapa 8: Conecte e instale os componentes eletrônicos no punho

Esta será a etapa mais desafiadora de todo o projeto. Se você não tem muita experiência em projetos de soldagem e fiação com muitas conexões, sugiro que pratique um pouco antes disso. Certifique-se de saber como descascar fios, fazer fortes conexões de solda, usar tubos termorretráteis e, principalmente, de manter tudo organizado. Eu tornei isso muito difícil para mim porque eu só tinha uma cor de fio, mas eu realmente sugiro que você saia e compre um monte de cores diferentes. Antes mesmo de ligar o ferro de solda, existem algumas coisas importantes a fazer. A primeira coisa a fazer é usar um alicate para dobrar os pinos na parte de trás da tela OLED de forma que fiquem paralelos à parte de trás da tela e apontem para a parte inferior. A segunda coisa a fazer é usar um alicate para cortar o excesso de bordas da placa codificadora rotativa para que ela se encaixe na alça. Agora que essas etapas importantes foram concluídas, ligue o ferro de solda e pegue um pavio de solda ou um sugador de solda. Usando essas ferramentas, remova todos os pinos da placa codificadora rotativa e do Arduino nano. Em seguida, use fio trançado e tubo termorretrátil para conectar fios longos à campainha, à tela e ao codificador. Depois de fazer isso, use uma pistola de cola quente para prender a tela e a campainha e aparafuse o codificador no lugar. Agora, usando um par de mãos que ajudam, corte os fios no comprimento e solde-os ao nano um por um, certificando-se de verificar seus pontos de conexão e isole tudo bem com tubo termorretrátil e fita isolante. É extremamente importante que toda a fiação seja o mais curta possível, caso contrário, não haverá espaço suficiente no punho para que tudo caiba. Em seguida, conecte o conector cilíndrico e a chave liga / desliga, prendendo o conector com uma quantidade generosa de cola quente. Para a parte final, você precisa começar ajustando o conversor boost. Para fazer isso, conecte os terminais VIN do conversor boost a uma fonte de alimentação de 5 V e use um multímetro para ler a tensão nos terminais VOUT. Gire o pequeno potenciômetro azul com uma chave de fenda até que a tensão em VOUT leia 25V. Em seguida, conecte o conversor de reforço sintonizado, a chave MOSFET e o conjunto do bulbo ao resto do circuito, usando os terminais de parafuso na placa MOSFET. Como uma medida final, cubra completamente o conversor de reforço e a placa MOSFET com fita isolante para evitar curtos.

Etapa 9: Conclua a montagem final

Antes de lacrar tudo de uma vez, faça um teste da eletrônica, certificando-se de que não haja curtos antes de conectá-lo. Se tudo funcionar como esperado, coloque o Arduino, o conversor de reforço e a placa MOSFET na base do punho próximo o conector de alimentação. Tente prender o excesso de fio em espaços abertos na empunhadura antes de tentar juntá-lo. Para montá-lo, comece colocando uma metade da alça no ponto de montagem da cobertura e coloque dois parafusos M3 de 20 mm nos orifícios de montagem para prendê-la no lugar. Em seguida, coloque a outra metade da alça no lugar e empurre-a para os dois parafusos. Em seguida, coloque os três parafusos M3 de 20 mm restantes nas duas metades do punho. Usando uma pequena chave de fenda, empurre o excesso de fios para dentro da alça até que possa fechar completamente. Finalmente, rosqueie as porcas nos parafusos e aperte até que a montagem esteja completa!

Etapa 10: Aproveite o uso de sua nova criação

Certifique-se de seguir as orientações de segurança UV adequadas ao usar este dispositivo e nunca o deixe sem supervisão enquanto estiver ligado, pois os resistores da lâmpada podem ficar muito quentes. Com isso dito, goste de usá-lo e espero obter muitos comentários úteis sobre o meu design!

Vice-campeão no Concurso de Autoria pela Primeira Vez