本文作者吴汉清,原载于《无线电》杂志,经授权转载。
在最近发生的新冠肺炎疫情中,口罩成了紧缺物资,大部分人使用的是一次性口罩。一次性口罩按理说是不可以反复使用的,一般只能使用6~8小时,但在缺少口罩的情况下,可以考虑采用巴氏低温消毒的方法使之能反复多次使用。1月22日,国家卫健委高级别专家组成员、我国著名传染病学专家李兰娟院士在杭州接受采访时表示,新型冠状病毒本身抵抗力不是太强,“在56℃环境下30分钟,它就死亡了”。
本文介绍一种用micro:bit作控制器的低温消毒盒,它可以用来给口罩消毒。消毒盒既可以显示内部温度,也具有自动控制温度和定时加热的功能。
1、低温消毒法
低温消毒法,也称巴氏灭菌法,是由法国微生物学家巴斯德发明的低温杀菌法。它是一种利用较低的温度(一般为60~82℃),在规定的时间内,对食品进行加热处理的消毒法,既可杀死病菌,又能保持食物营养物质、风味不变。我们喝的鲜牛奶就是采用这种消毒方法消毒的,方法是将牛奶加热到62~65℃,保持30分钟,灭菌效率可达97.3%~99.9%。我们的低温消毒盒也使用这种消毒方法,将口罩置于盒内加热,消灭口罩中的病菌和病毒。
2、控制电路
低温消毒盒使用micro:bit制作控制电路,如图1所示。
图1:控制电路
电路中,LM35D是集成温度传感器,放在低温消毒盒内测量温度。micro:bit虽然集成了温度传感器,可以实现测温功能,但在如果将其放入温度高于60℃的盒子内,可能会影响电路板正常工作,也会影响其使用寿命,因此还是要使用外置的LM35D温度传感器。LM35D采用模拟输出,输出电压与摄氏温度成正比, 温度检测范围为0~100℃,对应输出电压为0~1V,灵敏度为10mV/℃,线性度好。其工作电压为4~30V。我将micro:bit的引脚2设置成模拟输入端,测量LM35D的输出电压即能计算出温度值。
VT2是大功率场效应管,用作加热器和风扇的电子开关,其开关与否受micro:bit的引脚1控制。当引脚1输出低电平时,三极管VT1截止,VT2的栅极输入12V电压,VT2导通,作加热器用的大功率电阻R3和散热用的风扇接通12V电源开始工作;当引脚1输出高电平时,三极管VT1导通,VT2的栅极输入低电平,VT2截止,切断12V电源,停止加热。
micro:bit引脚1输出电平由LM35D测量的温度值的确定,当温度值低于控制温度时,其输出低电平,开始加热;当温度值高于控制温度时,其输出高电平,停止加热,从而实现温度的自动控制。当电路工作时间达到定时时间时,引脚1也输出高电平,结束加热。
低温消毒盒电源使用12V/5A的电源适配器(液晶显示屏常使用这种电源适配器),12V电源直接供加热器和风扇用,加热功率为36W。12V电源经三端稳压器7805稳压输出5V电源,供micro:bit和LM35D使用。
3、程序设
程序主要实现3个功能:温度控制、温度显示和定时加热。
根据上面介绍的控制电路原理,使用MakeCode即可编写出图形化程序,如图2所示。
图2:图形化程序
程序中,控制温度设置为65℃。
micro:bit引脚2作为模拟输入端,输入电压范围为0~3V,对应获取的模拟值为0~1023。因为LM35D的灵敏度为10mV/℃,即0.01V/℃,所以测量温度的计算公式为:温度=(模拟值×3/1023)/0.01=模拟值×300/1023。
公式中有除法运算,在程序中除法运算结果为浮点数,会产生很多位小数,而我们只需要显示整数部分。为了丢弃小数部分,可在编程时使用整数除法,方法是在“数学”模块组中选择初始状态为“平方根”的模块,在下拉列表中选择整数除法运算,如图3所示。
图3:使用整数除法
定时加热使用“运行时间”实现,因为低温消毒时间至少要30分钟,开机加热达到预设温度也需要一段时间,所以这里设置加热定时时间为1小时,即3600000ms。在开机1小时内实现加热,风扇旋转,将盒内温度控制在65℃,micro:bit的LED阵列显示盒内温度;超过1小时后停止加热,风扇也停止转动,LED阵列显示“END”。
程序编写完成后将其下载到micro:bit。
4、安装与调试
消毒低温盒使用的主要元器件见附表。
附表:主要元器件
电路使用洞洞板装配,除了加热器、风扇和温度传感器LM35D需要装配在盒子内部外,其余元器件均装配在电路板上,安装在盒盖的正面,如图4所示。
图4:电路板
加热器、风扇安装在盒盖背面,温度传感器放置在离加热器稍远的地方,安装方法如图5所示。安装时风扇和盒盖之间要有1cm的间隙,供风扇进风用。
图5 加热器组件和温度传感器
安装好的低温消毒盒如题图所示,放入要消毒的口罩,接通电源,就能够正常使用了。
当环境温度较低时,消毒盒表面向外发散的热量会增加,如果发现盒内温度达不到65℃,可对消毒盒采取保温措施,如在消毒盒四周用毛巾包裹一下,或者将消毒盒放在一个比其稍大点的纸盒内。
5、BOM 推荐器件(点击可查看所有相关型号)
型号(点击进入选型) | 数量 | 主要品牌 | 品类 |
7805 | 1 |
CJ江苏长电(授权代理) |
三端稳压集成电路 |
LM35D | 1 | TI(德州仪器) |
集成温度传感器 |
9014 | 1 |
ON Semiconductor(安森美半导体) |
三极管 |
IRF3205 |
1 |
Infineon(英飞凌) |
大功率场效应管 |
本文作者吴汉清,原载于《无线电》杂志,版权归原作者所有,请自行验证。
SN65LBC184DR/RS-485/RS-422芯片 | 3.75 | |
ADS1256IDBR/模数转换芯片ADC | 42.32 | |
ADS1220IPWR/模数转换芯片ADC | 16.35 | |
LTM4644IY#PBF/电源模块 | 128.34 | |
AD7689BCPZRL7/模数转换芯片ADC | 24.69 | |
TMS320F28035PNT/单片机(MCU/MPU/SOC) | 18.66 | |
TPS54331DR/DC-DC电源芯片 | 0.8793 | |
ADS1115IDGSR/模数转换芯片ADC | 6.22 | |
ADUM1201ARZ-RL7/数字隔离器 | 4.51 | |
MAX31865ATP+T/模数转换芯片ADC | 13.18 |
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