专栏名称: 深圳开放创新实验室
深圳开放创新实验室是由美国未来研究所、创客大爆炸和深圳市工业设计行业协会联合筹建的一个国际创客交流合作的众创空间和平台项目。实验室致力于发展、挖掘全球创客项目及产品,研发解决方案来连接大规模生产生态系统和小型硬件创业者。
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打造紫外线消毒机,创客与武汉一同战“疫”

深圳开放创新实验室  · 公众号  · 科技创业 深圳  · 2020-02-21 16:56

正文

从1月下旬到现在,为了抗击疫情,全国人民已经在家呆了快一个月了,明明只是过年,却感觉回到了读书时期的寒假。在这一个月,宅在家里的我们趁着空闲时间练就了十八般武艺,甚至还在微博上面引起了一番话题讨论。

从“电饭煲蛋糕”到“NASA立扫把挑战”,告诉了我们人在屋子里憋久了什么稀奇古怪的想法都能冒出来,甚至到最后将NASA都给惊动并亲自下场辟谣。

而我们创客在家里呆久了,也自然会冒出一些其他时候想不到的东西。在疫情期间,青年创客工坊在Arduino中文社区发布了一篇教你如何制作《DIY紫外线无死角自动消毒机》的文章,为武汉肺炎防疫工作献一份力。


Part 1   前言

一场来源不明的爆发流行疾病在中国农历猪鼠年交的春节之际被全国大众所关注并产生深远影响,2019-nCov新型冠状病毒首先在湖北武汉爆发,进而波及整个湖北省乃至全国和海外。


我的身份之一是maker,在这场疫情当中我想我可以用我的特长做些力所能及的工作,所以有了这份本来打算用于我们自己光固化和抛光处理用途的机器,针对消毒防疫需求而改装并且整理开源共享给大家做教育和diy使用的特殊限定开源项目。


艾萨克·牛顿在欧洲鼠疫期间探究了影响后世的光色散原理。抛砖引玉也希望我们的教育开源计划可以帮助启发更多有想法和动手能力的朋友们,在居家隔离期间可以多多萌发出对未知探索的热情与勇气以及对世界的爱。


P art 2   项目背景知识


紫外线Ultraviolet,简称UV,是波长10nm至400nm之间的电磁波的通称,具体的:按照ISO-DIS-21348所规定的紫外辐射分类如下:

名称

缩写

波长范围 单位纳米(nm)

能量单位(电子伏特,eV)

备注

长波紫外光

UVA

400 nm–315 nm

3.10–3.94 eV

紫外光A或黑光

近紫外线

NUV

400 nm–300 nm

3.10–4.13 eV


中波紫外光

UVB

315 nm–280 nm

3.94–4.43 eV

紫外光B

中紫外线

MUV

300 nm–200 nm

4.13–6.20 eV


短波紫外光

UVC

280 nm–100 nm

4.43–12.4 eV

紫外光C杀菌紫外辐射

远紫外线

FUV

200 nm–122 nm

6.20–10.2 eV


真空紫外线

VUV

200 nm–10 nm

6.20–124 eV


低能紫外线

LUV

100 nm–88 nm

12.4–14.1 eV


高能紫外线

SUV

150 nm–10 nm

8.28–124 eV


极紫外线

EUV

121 nm–10 nm



太阳辐射出的紫外线包括UVA、UVB、和UVC频带。地球的臭氧层阻绝了97-99%穿透大气层的紫外线辐射。到达地球表面的紫外线98.7%是UVA(UVC和更高能的辐射会促成臭氧的生成,并且形成臭氧层)。


紫外线杀菌原理就是通过紫外线的照射,破坏及改变病毒、细菌等的 DNA(脱氧核糖核酸)核糖核酸(RNA)结构,吸收紫外线后,引起DNA链rna断裂,造成核酸和蛋白的交联破裂,杀灭核酸的生物活性,致病毒、细菌死亡或不能繁殖增殖,达到杀菌的目的。 真正具有杀菌作用的是 UVC紫外线,230-280nm之间的紫外线是有效波段 ,以 253.7nm左右的紫外线效率最佳。


现在市面上的紫外线杀菌灯的发光谱线主要有 254nm和185nm两条。 254nm紫外线通过照射微生物的DNA、RNA来杀灭病毒细菌 ,185nm紫外线可将空气中的O2变成O3(臭氧), 臭氧具有强氧化作用,可有效地杀灭细菌,臭氧的弥散性用以弥补紫外线沿直线传播、消毒有死角的缺点。

但注意臭氧会促进人体的血红蛋白凝结,造成人体供氧不足,发生头晕、恶心的感觉,影响身体健康,特别在臭氧浓度达到> 0.3ppm (mg/m2 )时,将会对人体造成严重的伤害。

另外杀菌的衡量剂量是照射强度与照射时间的乘积( 杀菌剂量=照射强度 ·照射时间/K=I·t ),即 紫外线的照射剂量则取决于紫外线的强度大小以及照射时间的长短,高强度短时间与低强度长时间的照射其效果是相同的 。根据上述知识背景,我们选用 uvc波段的紫外线并旋转均匀照射需消毒物体,为此还需要实现良好的交互设置和自动化系统,同时还需要兼顾教育和DIY特性,因此选用合适元件和如下操作进行制作。


part 3  项目实施


接线图

电路设计
竖版

横版


程序示例


/*code by青年创造工坊@岳十二,2020.02.07未实机验证*/
#define C1 262
#define C3 330
#define C7 495
//定义编码器引脚连接
int CK = 2;//数据CLK->D2
int DT = 3;//数据DT->D3
int SW0 = 4;//按钮SW->D4
//定义7段led引脚连接
int led1=9;
int led2=8;
int led4=7;
int led7=5;
int led6=6;
int led9=10;
int led10=11;
//定义拨杆按钮引脚连接
int SW1=A6;
int SW2=A7;
//定义步进电机引脚连接
int EN=12;
int S0=A4;
int S1=A5;
int D0=1;
int D1=0;
//定义dc控制引脚连接
int P0=A0;
int P1=A1;
int P2=A2;
int P3=A3;
int BUZ=13; //蜂鸣器引脚10
//显示数字
int num_array[10][7] = { { 1,1,1,1,1,1,0 }, // 0
{ 0,1,1,0,0,0,0 }, // 1
{ 1,1,0,1,1,0,1 }, // 2
{ 1,1,1,1,0,0,1 }, // 3
{ 0,1,1,0,0,1,1 }, // 4
{ 1,0,1,1,0,1,1 }, // 5
{ 1,0,1,1,1,1,1 }, // 6
{ 1,1,1,0,0,0,0 }, // 7
{ 1,1,1,1,1,1,1 }, // 8
{ 1,1,1,0,0,1,1 }}; // 9
int val=0;//设定
int vall=0;
int t=50;
int k=800;


void setup()
{ pinMode(CK,INPUT);
pinMode(DT,INPUT);
pinMode(SW0,INPUT_PULLUP);//连接按钮的引脚设为内部上拉==pinMode(SW0, INPUT);digitalWrite(SW0, HIGH);
pinMode(SW1,INPUT_PULLUP);
pinMode(SW2,INPUT_PULLUP);
int a[]={5,6,7,8,9,10,11}; for (int i=0;i<7;i++){ pinMode(a,OUTPUT);}//分别将5-11端口设置为输出模式
pinMode(EN,OUTPUT);
pinMode(S0,OUTPUT);
pinMode(S1,OUTPUT);
pinMode(D0,OUTPUT);
pinMode(D1,OUTPUT);
pinMode(P0,OUTPUT);
pinMode(P1,OUTPUT);
pinMode(P2,OUTPUT);
pinMode(P3,OUTPUT);


Serial.begin(9600);
}


void loop()
{
Get();Num(val);
if (!digitalRead(SW0)){digitalWrite(EN,LOW); MOT();Serial.println('0');digitalWrite(EN,HIGH); }
while(digitalRead(SW1) == LOW){C0a();if (!digitalRead(SW0)){digitalWrite(EN,LOW); MOT();Serial.println('0');digitalWrite(EN,HIGH); }}
while(digitalRead(SW2) == LOW){C1b();if (!digitalRead(SW0)){digitalWrite(EN,LOW); MOT();Serial.println('0');digitalWrite(EN,HIGH); }}
}








Get()//获取编码器数字
{ int clkValue = digitalRead(CK);//读取CLK引脚的电平
int dtValue = digitalRead(DT);//读取DT引脚的电平
val=val+clkValue-dtValue;
if (val<0||val>9){val=0;}
Serial.print("NUM:");Serial.println(val);delay(333);}


void Num(int number)// 数字显示
{int pin=5;for(int j=0;j<7;j++) { digitalWrite(pin, num_array[number][j]);pin++;} }


void Num0()//数字显示清空
{for(int i=5;i<12;i++) { pinMode(i,OUTPUT);}delay(100);}


MOT()//平台旋转循环
{ int n=0; BUZ1();
while(n==val*20)//需测试
{ for(int j=0;j<30;j++)//需测试
{ M1a();M0a();}
for(int j=0;j<30;j++)///需测试
{ M1b();M0a();}
n++;
if (n%20==0){vall=val-n/20;Num(vall); }
}
BUZ0();
}




int BUZ0() ////提示音
{tone(13,C7);delay(100);tone(13,C1);delay(100);tone(13,C3);delay(100);noTone(10); }
int BUZ1() ////提示音
{tone(13,C7);delay(100);noTone(10); }
int BUZ2() ////提示音
{tone(13,C3);delay(100);noTone(10); }


C0a()//DC控制0号正向
{digitalWrite(P0,HIGH);digitalWrite(P1,LOW);}
C0b()//DC控制0号反向
{digitalWrite(P1,HIGH);digitalWrite(P0,LOW);}
C1a()//DC控制1号正向
{digitalWrite(P2,HIGH);digitalWrite(P3,LOW);}
C1b()//DC控制1号反向
{digitalWrite(P3,HIGH);digitalWrite(P2,LOW);}


M0a()//0号电机正向
{digitalWrite(D0,HIGH);int i=0;
while(i
{digitalWrite(S0,HIGH);delayMicroseconds(k);
digitalWrite(S0,LOW);delayMicroseconds(k);i++;} }
M0b()//0号电机反向
{digitalWrite(D0,LOW);int i=0;
while(i
{digitalWrite(S0,HIGH);delayMicroseconds(k);
digitalWrite(S0,LOW);delayMicroseconds(k);i++;} }
M1a()//1号电机正向
{digitalWrite(D1,HIGH);int i=0;
while(i
{digitalWrite(S1,HIGH);delayMicroseconds(k);
digitalWrite(S1,LOW);delayMicroseconds(k);i++;} }
M1b()//1号电机反向
{digitalWrite(D1,LOW);int i=0;
while(i
{digitalWrite(S1,HIGH);delayMicroseconds(k);
digitalWrite(S1,LOW);delayMicroseconds(k);i++;} }


机械设计


效果图

材料清单

型号

名称

数量

M3*14

螺丝

8

M5*15

子母铆钉

20

M5*10

螺丝

16

M5*20

隔离柱

8

M5*25

隔离柱

8

M5*45

隔离柱

8

fdm3d

非标齿

4







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