Бесконтактный электронный дезинфектор для рук "Бегемот -1"»

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Бесконтактный электронный дезинфектор для рук "Бегемот -1"»

Искаков Б.А. 1
1ГУ" Гимназия №3 для Одаренных детей г Павлодара"
Брус Т.М. 1
1ГУ" Гимназия №3 для Одаренных детей г Павлодара"


Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение:

 

Цель и задачи исследования: Создать бесконтактное , автоматизированное устройство дезинфекции рук для того, чтобы поддерживать гигиену рук и защититься от распространения различных болезнетворных микроорганизмов в помещениях, в том числе и с высокой проходимостью, например, на производстве, в лечебых учрежденях, в детских и учебных заведениях, в аэропортах и др местах.

Гипотеза: гигиена рук- является эффективным средством в борьбе с наиболее распространенными болезнетворными бактериями и вирусами. Если использовать бесконтактный электронный дезинфектор в местах с большой проходимостью людей: коридорах организаций, офисах, на проходных и контрольно пропускных пунктах, а также и в других местах, то можно заметно снизить вероятность распространения различных инфекций. Подача антисептического ,дезинфицирующего раствора осуществляется без прикосновений к деталям системы, что полностью защищает от перекрестного заражения. Устройство БЭД позволит быстро обработать руки и экономно расходовать дезинфицирующий раствор.

Предмет исследования: бесконтактныйэлектронный дезинфектор для рук.

Этапы работы, процедура исследования:

- определение проблемы.

- формулировка идеи построения устройства , для бесконтактного дезинфектора.

- разработка и формулировка принципа действия устройства.

-выбор технического решения

-проведение экспериментов, для разработки электронной части бесконтактного электронного дезинфектора ,изготовление и сборка печатной платы устройства и его корпуса.

- написание кода программы для бесконтактного дезинфектора .

-испытание и наладка рабочего образца.

-выдача рекомендаций по практическому использованию дезинфектора.

Методика эксперимента:

- поставить задачу эксперимента.

- подготовить материалы и оборудование.

- проведение эксперимента.

- запись и анализ результатов.

Актуальность: Регулярное мытье рук – самый эффективный и доступный метод профилактики вирусных инфекций в разгар эпидемии. Находясь в супермаркете или другом общественном месте, вам придется прикасаться к дверным ручкам, денежным купюрам и другим предметам, с которыми возможно контактировал инфицированный человек. Поэтому при коронавирусе обработка рук антисептиком приобретает первостепенное значение. Регулярная дезинфекция рук бесконтактным способом является необходимой мерой борьбы с распространением вирусных заболеваний, так как снизит количество контактов с возможно зараженными поверхностями. Поэтому тема проекта является актуальной. 

Новизна: Данное устройство отличается многофункциональностью, универсальностью , небольшими габаритными размерами и массой, доступной ценой. Подача антисептика осуществляется без прикосновений к устройству , что полностью защищает от перекрестного заражения. Помимо надежной конструкции и длительного гарантийного срока, имеется наличие удобной электронной системы индикации и управления. Она сигнализирует в случае снижения количества антибактериального раствора ниже определенного объема и автоматически отключает электронасос подачи раствора. Разработанное электронное устройство для дезинфектора является интеллектуальным, т.к. содержит микроконтроллер и сложные узлы обработки сигналов, обеспечивающие управление устройством и индикацию. Специальный бачек устройства может применятся для любых видов антисептика.

Практическая значимость (область практического использования результатов): Бесконтактный способ дезинфекции – это инновационное решение, поддерживающее гигиену рук, обеспечивающее защиту от бактерий и вирусов. Бесконтактный дезинфектор с антисептиком размещается, где необходимо оперативно обработать руки: на фудкортах развлекательных и торговых центров, в залах ресторанов, кафе, лобби-барах,в детских и образовательных учреждениях, в аэропортах , залах ожидания, др. местах скопления людей .Идеально подходит для использования в помещениях с большой проходимостью. Является эффективным средством в борьбе со всеми вредными микроорганизмами, удобен в использовании. Также удобство при отсутствии туалетных комнат, нет необходимости ожидать очереди в туалет для мытья рук в учреждениях. Болезнетворные микроорганизмы скапливаются на различных поверхностях, контакт с ними провоцирует развитие опасных заболеваний. БЭД - это прекрасная альтернатива обычному мытью рук и эффективное средство в борьбе с самыми распространенными болезнетворными микроорганизмами.

1. Актуальность бесконтактного электронного дезинфектора для рук"Бегемот-1" (далее в тексте – БЭД) в общественных местах и в быту.

1.2 Современные аспекты гигиены рук

Согласно данным ВОЗ, гигиена рук – наиболее эффективный метод борьбы с распространением 80% возбудителей опасных инфекционных болезней[1]. Но в общественных местах, офисах и других учреждениях не всегда есть возможность своевременно мыть руки. Использование бесконтактных дезинфекторов с антисептиками в разы эффективнее, чем использование спиртосодержащих «влажных» салфеток, которых недостаточно для надежной дезинфекции.

Регулярное мытье и обработка рук антисептиком – самый эффективный и доступный метод профилактики вирусных инфекций в разгар эпидемии. На сегодняшний день новый штамм вируса COVID-19 опасен не только серьезными осложнениями, но и легкостью передачи инфекции от одного человека к другому.  Опасность COVID-19 это- бессимптомное течение болезни. Больные с отсутствием кашля и высокой температуры, продолжают ходить на работу и вести активную жизнь, подвергая риску заражения окружающих людейДо сих пор используются в основном дезинфекторы для рук контактной конструкции: это обычные флаконы с дозаторами или конструкции с локтевым нажатием, не всегда соответствующие требованиям современной обработки рук.

Предлагаемая разработка представляет собой бесконтактный способ обработки рук при помощи электронного устройства (БЭД) Бегемот1.Главное достоинство которого – бесконтактная подача антисептического средства. Достаточно поднести руки к устройству, и оно выдаст дезинфицирующий раствор. Пользователям нет необходимости прикасаться к элементам системы, что гарантирует защиту от перекрестного заражения.

Это прекрасная альтернатива обычному мытью рук и эффективное средство в борьбе с болезнетворными микроорганизмами. Антисептические растворы, подаваемые бесконтактно, мгновенно уничтожают микробы, в том числе вирусы с грибками. Благодаря высокой производительности обработки рук при небольшой стоимости устройства, может широко использоваться для залов заведений общественного питания, торговых и развлекательных центров, детских и образовательных учреждений и многих других общественных местах.

1.3 Сравнение бесконтактного электронного дезинфектора для рук"Бегемот-1" с существующими на данный момент аналогами.

Ассортимент производимых автоматических дезинфекторов достаточно велик. Хотя конструктивно они достаточно схожи, технические детали могут сильно отличаться. Наиболее важные характеристики:

Габариты. Чем больше размер аппарата – тем сложнее его будет установить, он будет занимать больше полезного пространства. Небольшие агрегаты также имеют недостаток – небольшой запас антисептика, их нужно чаще обслуживать.

Эргономика. На удобство в основном влияет месторасположение и ориентация места для дезинфекции рук, а также габариты и особенности дизайна устройства.

Запас дезраствора. Чем больше объем для канистры в аппарате – тем, соответственно, реже потребуется проводить обслуживание и замену канистры с антисептиком.

Возможность регулировки подачи антисептика. Не все устройства оснащаются этой полезной функцией, которая нужна для изменения дозировки распыляемого дезраствора в зависимости от его состава и концентрации.

Слив. В конструкции необходимо предусматривать слив или поддон , т.к. остатки антисептика остаются в камере и если аппаратом пользуется большое число людей, то внутри устройства будет скапливаться остатки антисептика.  

Удобство обслуживания устройства. Поддон для обработки необходимо своевременно убирать и обрабатывать. Некоторые бесконтактные аппараты дезинфекции не предусматривают такой возможности, у них могут повредиться датчики или туда может затечь вода. Не стоит забывать, что бесконтактный дезинфектор для рук производится для гигиены, а не для распространения бактерий. 

Во многих дезинфекторах для распыления дезраствора используется инжекторная система с мощными форсунками, что обеспечивает равномерное «измельчение» жидкого антисептика и его распределение по поверхности рук. Но малое количество раствора в стандартной дозе для обработки (менее 1 мл) и невозможность использовать более емкие канистры (используется стандартная на 5 л), сводит на нет это преимущество в отличии от дезинфектора

БЕД " Бегемот -1"

Сравнение бесконтактных дезинфекторов

Рассмотрим несколько существующих устройств: 1Модель 1 2. Модель 2

3.Модель 3 4. Бесконтактный электронный дезинфектор для рук"Бегемот-1"

Ниже будет приведена таблица плюсов и минусов этих устройств

Фото и описание устройства

Наименование

Плюсы

Минусы

Напольный дезинфектор и металла

Модель 1

Небольшие размеры для наполь-

ного дезинфектора

Эргономичный дизайн

Удобное расположение камеры дезинфектора

Возможность регуляции расхода антисептика (2, 3 либо 4 мл

за одну обработку)

Антивандальный корпус

 

Предусмотрена возможность

уборки камеры для рук

моющими средствами

Дороговизна

Если нет возможности выделить под установку аппарата площадь 0,2 кв.м – этот аппарат не подойдет

Только сменные канистры

Риск травмирования при установке в дошкольных учреждениях

Настольный дезинфектор с рамкой

Модель 2

Небольшие размеры и вес.

Можно подойти с разных сторон

Одной заправки хватает на 5000 циклов обработки

 

Надежная конструкция из нержавеющей стали.

Во время уборки площадки для антисептика можно пользоваться щеткой (условно)

стандартная дозировка

дезраствора – 3 мл

Заправка осуществляется

доливкой антисептика в

стационарную емкость.

Дороговизна

Открытая конструкция создает

риск распыления антисептика

по помещению

 
 

Не совсем подходит для детей, 

так как распылитель может

попасть в глаза

Риск травмирования при установке в дошкольных учреждениях

Неустойчивая конструкция

Отсутствие регулировки подачи антисептика

Настенный небольшой дезинфектор корпус с объемом 250 мл

Модель 3

Металлическая крышка

Три режима дозирования

Защита от случайного срабатывания

Световой индикатор

Датчик автоматического отключения питания при открывании крышки

Маленький обьем раствора
использование батареек

Не для массового использования

 

Бесконтактный электронный дезинфектор для рук"Бегемот-1"

Универсальность , возможность установки как на стену и на стол

Экономичный , возможность выставить настройки раствора от 1 до 5 мл.

Индикаторная сигнализация и Автоматическое отключение электронасоса при окончании раствора в баке

Индикаторная сигнализция на выход из строя устройства

Имеется возможность дезинфекции нижнего поддона остатков антисептика.

Оптимальная цена

Нет автономного питания

Изучив эту таблицу, можно сделать вывод, что наш БЭД "Бегемот -1" отличается многофункциональностью, универсальностью, большим выбором и гибкостью настроек параметров, небольшими габаритными размерами и массой. БЭД способен работать с различными производителями антисептиков для рук, так как имеет бачек для антисептика. Удобный дизайн устройства может использоваться в детских учреждениях. Имеется функция автоматического отключения электронасоса при окончании антисептика в баке.

2. Формулировка требуемых потребительских параметров.

2.1 Формулировка требуемых потребительских параметров устройства. 1.БЭД "Бегемот -1" должен отличаться высокой надежностью и стабильностью.2. Добавочные узлы не должны понижать надёжность БЭД в целом.3. БЭД должен, кроме бесконтактного распыления антисептика и индикации о его окончании, уметь автоматически отключать элетронасос .4. Каждый узел БЭД должен отличаться высокой механической прочностью и потреблять минимум электроэнергии .5.БЭД должен иметь гибкий и удобный интерфейс настроек с хорошей проработкой всех нюансов эксплуатации и оптимальные размеры корпуса.

6. В идеале, желательно иметь корпус для БЭД в виде фигурки Бегемота - это привлечет внимание как детей так и взрослых ,а следовательно увеличится количество обработок рук , тем самым снизится риск заражения вирусными заболеваниями.

2.2 Выбор принципов реализации устройства.

По итогу исследовательских работ было выявлено 3 технических решения: 1) Изготовление устройства БЭД при помощи ЛЕГО-конструктора.

Достоинства: 1. простота сборки и наладки

2. простота выявления и устранения неисправностей

Недостатки: 1. Невозможность массового производства;

2. Большая масса конструкции и громоздкость;

3. Большая стоимость устройства в целом;

4. низкая надежность и стабильность

2) Изготовление устройства БЭД с использованием платформы «Ардуино».

Достоинства: 1. простота сборки и наладки

2. простота выявления и устранения неисправностей

Недостатки: 1. Невозможность массового производства;

2. Дороговизна.

3. низкая надежность и стабильность

3) Изготовление устройства БЭД на основе отдельного микроконтроллера общего применения.

Достоинства: 1. Возможность массового производства.

2. Низкая стоимость.

Недостатки: 1. высокая сложность проектировки схем и плат устройства, 2. для разработки, наладки, сборки и ремонта нужен высокий порог знаний

Принцип работы БЭД для рук заключается в дезинфекции рук, при котором данное устройство включается автоматически при срабатывании ультразвукового датчика нахождения рук под соплом дезинфектора. Имеется система настроек количества подаваемого раствора и выставление времени промежутков между распылениями. Разработан и внедрен бес поплавковый автоматической способ остановки электронасоса при окончании антисептика в баке, а также в конструкции используется не погружной, а наружный электронасос, что значительно увеличивает срок службы дезинфектора для рук. В данном устройстве разработана система сигнализации неполадок дезинфектора и окончания антисептика в баке.

Бачок является универсальным и подходит для любых видов антисептика.

При первом включении БЭД загорается зеленый индикаторсигнализируя о достаточном количестве раствора в баке и об исправности всего дезинфектора. При поднесении рук под сопло дезинфектора на руки автоматически мелкодисперсно распыляется антисептик .Емкость стандартной канистры невелика – до 2.5литров но этого объема хватает на обработку рук от 800 до 1500 раз, в зависимости от выбранной дозировки. Дозировку можно регулировать от 1мл до 10 мл. Что позволит экономить расход антисептического раствора.

2.3 Разработка структурных схем устройства.

И сходя из выбранных принципов реализации, структурная схема БЭД должна выглядеть следующим образом: Рис 2.1

Структурная схема БЭД (рисунок 2.1) содержит : МСU- микроконтроллер, УЗД- ультразвуковой датчик наличия руки, ДЖМ-джампера для выбора режима , ИНД-индикатор наличия жидкостей в баке, ИНД- индикатор статуса работы устройства , БУН-блок упрвления насосом , ЭЛН-электронасос , БПУ-блок питания.

Ядром дезинфектора является микроконтроллер MCU, который управляет практически всеми узлами схемы прибора: индикаторами, датчиком, и отключением электронасоса по окончании дез средства в баке. Основными задачами MCU являются сбор информации с датчика, обработка полученной информации и её индикация.

Разработка принципиальных схем узлов БЭД

Принципиальные схемы не представлены, т.к. подана заявка на патент.

2.5 Разработка конструкции и дизайна устройства БЭД.

Конструкция БЭД содержит : Электронную часть: основной микроконтроллер, ультразвуковой датчик, индикаторы контроля уровня раствора и неполадок , устройство для управления электронасосом , блок питания; и рабочую часть : емкость для наполнения раствора ,электронасос внешний на 40 ВТ соединенный посредством шлангов с емкостью и соплом , а также с помощью клем с электронной частью устройства , а так же разъем для блока питания.

Для принятия решения об изготовлении корпуса и устройства в целом , а так же для его тестирования и выявления всех недостатков было изготовлено постепенно исключая недостатки 3 разных прототипа дезинфектов

Прототип №1

В конструкции были применены

инфракрасные датчики для

обнаружения рук, которые

себя плохо зарекомендовали -

устройство не всегда срабатывало ,

Электронная часть устройства часто

давала помехи ,из-за этого частые

непроизвольныесрабатывания

распылений .

Был использован погружной электронасос.

Было решено переделать устройство

в прототип №2исключив все обнаруженные

недостатки

Прототип №2 Прототип №3

В прототипе № 2 полностью переработана принципиальная схема и концепт работы устройства : устройство стало помехоустойчивым и перестало "гадить" в сеть, заменены датчики : инфракрасные на ультразвуковые , использован бачек на 5 л и погружной электронасос . После неоднократных тестирований были выявлены следующие недостатки конструкции : при окончании антисептика в баке электронасос продолжает работать что значительно сокращает срок службы устройства, погружной электронасос под действием спиртсодержащих антисептиков за 2 месяца полностью вышел из строя. Было решено разработать прототип №3.

В прототипе №3 заменена емкость с 5 л бачка на 2,5 литра ,электронасос поменяли на наружный и переработана принципиальная схема устройства , внедрен способ отключения электронасоса при окончании антисептика в баке, добавлена индикация окончания раствора в баке, индикация поломки устройства.

Т еперь устройство работает без сбоев, имеет полную ЭМС (Электромагнитная совместимость), соблюдены все требуемые потребительские параметры устройства.

Прототип №4:

Было принято решение все основные компоненты рабочую часть всей конструкции поместить в корпус с небольшим размером 250х200х235 . В верхней части разместить

электронную часть устройства и сопло. На разместить поддон для остатков раствора после обработки рук. Поддон является съемной

конструкцией , что удобно для

обработки и дезинфекции самого

дезинфектора. Корпус решено изготовить из пищевого безопасного

пластика . Это решение позволит использовать БЭД не только в быту и на производствах , но и в детских и лечебных учреждениях.

2.6 Написание программы кода программы БЭД на языке высокого уровня BASCOM-AVR.

Для правильной работы Дезинфектора необходимо запрограммировать микроконтроллер системы. Ядром БЭД является микроконтроллер MCU, который управляет практически всеми узлами схемы прибора: индикаторами, датчиками и прочей периферией . Основными задачами MCU являются сбор информации с датчиков, обработка полученной информации и её индикация , отключение электронасоса при пустой емкости для раствора антисептика.

Коды программ не приведены т.к, подана заявка на патент

2.7 Изготовление, испытание и наладка и устройства БЭД.

1. Изготовлена печатная плата :распечатка и вырезка утюжного шаблона печатных плат, подготовка стеклотекстолита, его вырезка, шлифование и обработка хим. препаратами, наложение на обработанные куски стеклотекстолита, утюжка «сендвичей» ,травление, снятие тонера с готовых дорожек ,лужение медных дорожек, формовка и впайка деталей.

2. В процессе проектирования системы проведена настройка аналоговой части устройства. Обработка данных была симулирована в специализированной программе компьютера по разработке программного обеспечения для AVR микроконтроллеров. Проведено испытание и наладка устройства: прозвонка печатной платы с деталями, проверка и испытание исправности всех узлов платы и системы , настройка микроконтроллера

Фото :Пример испытание узла для отключения электронасоса.

3. Разработка инструкции эксплуатации БЭД.

Инструкция по эксплуатации БЭД включает в себя несколько пунктов, которые ниже будут расписаны в подробностях:

3.1 Настройка прибора. Для настройки прибора выполнить нижеуказанные операции:

3.1.1 Подать на прибор питание 12 В ,нажать на кнопку включения, убедиться, что устройство включено - загорится зеленый индикатор.

3.1.2. Настроить режим подачи антисептика при помощи джемперов.

3.2.При появлении неисправности в работе устройства, загорается красный индикатор, который продолжает гореть до устранения неисправности.

3.2.1 Типы неисправностей:

3.2.1.1 Отсутствие антисептика в баке.

3.2.1.2 Выход из строя УЗД

3.2.1.3 Время распыления выставлено на 0 - электронасос отключен

Заключение.

С детства мы слышим «Вымой руки». И помним строки из "МойДодыра"Я - Великий Умывальник,
Знаменитый Мойдодыр,
Умывальников Начальник
И мочалок Командир!

В 2020 году сказка Корнея Чуковского обрела новую жизнь. Теперь Бесконтактные дезинфекторы — это роботы, автоматы для гигиены рук. Это реальность, которая входит в нашу жизнь. Это прекрасная альтернатива обычному мытью рук и эффективное средство в борьбе с самыми распространенными болезнетворными микроорганизмами. Затраты на приобретение бесконтактного дезинфектора для рук Бегемот-1 несоизмеримы с затратами на борьбу с последствиями различных вирусных инфекций.

Литература:

1.Гигиена рук в здравоохранении Автор: Кампф Г. Издательство: К.: Здоровья Год выпуска: 2005

2.. Афиногенов Г.Е., Афиногенова А.Г. Современные подходы к гигиене рук медицинского персонала. 2014. Т.

3. «Технология производства печатных плат» А.С.Медведев 2008г.

4.«Сборка и монтаж электронных устройств» А.С.Медведев 2009г

5. А.В. Нефедов В.И. Гордеева. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги. Справочник 3 изд.,1990 г -318 с

6. В.Г.Борисов «Юный радиолюбитель» 1985г. -5 с,-21с, -29 с,- 45 с, 56с ,126с

7. Ф.В.Голомедов «Мощные полупроводниковые приборы и диоды» 1985г. - 6-33с

8.А.Почепа проверка исправности электрорадиодеталей в домашних условиях 1968 г – 5с ,-61 с,63 с

9.Справочник Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы…

10.Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Т.1. – М.: ООО «ИД Скимен», 2002. – 336 с., илл.

11. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. – М.:Энергоатомиздат, 1990. – 224 с

11. Справочник. Микроконтроллеры : архитектура, программирование, интерфейс. Бродин В.Б., Шагурин М.И.М.:ЭКОМ, 1999.

Дополнительная литература :

1. «Полупроводниковая схемотехника» издание 12, 2008г. У.Титце и К.Шенк.

2. «Физика 10-11 класс» Б.Конгарт, В.Кем, Н.Койшыбаева.

3. «Школа радиолюбителей» Г.П.Гендин 2003г.

4 .«Справочная книга радиолюбителя - конструктора» под редакцией Н. И. Чистякова. 1990г

 

Просмотров работы: 86