【自造防疫】GitHub專案 - Mascobot紫外線殺菌箱設計探索

作者:陸向陽

由於COVID-19的影響,許多醫療物資一時緊缺,包含口罩、額溫槍、呼吸器等,而紫外線殺菌盒(箱)也在其中。此前已有蔡老師實作了紫外線口罩殺菌機(見Maker加入防疫行列 製作防疫神兵利器Maker防疫不落人後,自造專案對抗疫情),本文再以一GitHub專案-Mascobot為例進行剖析。

基礎認知1:紫外線運用逐漸增廣

太陽向地球照射的紫外線(Ultraviolet, UV)依波長分成A、B、C三種,地球的臭氧層已阻隔了對生物最有害的C(也稱UVC或UV-C),而穿透臭氧層到達地表的約95%為A(UVA),約5%為B(UVB)。A、B長期照射也是有害,因而需要擦防曬乳,而所謂的紫外線殺菌其實是用C。

現在UVC的殺菌應用愈來愈多,例如有對錢幣、鈔票等現金進行紫外線殺菌,掃地機器人也開始配置紫外線殺菌功能,或烘碗機、除螨吸塵器等。至於印刷油墨固化、3D列印固化、美甲光固化、驗鈔筆、捕蚊燈等所用的是波長較長的UVA,而非UVC。

紫外線A、B、C於頻譜中的位置。(Source

基礎認知2:兩種UV實現方式

要取得紫外光(UV light)目前常見的兩種方式是光管(冷陰極管CCFL)或發光二極體(LED)。前者是在中空管內用汞蒸汽(氣態)發光,原理類同於日光燈管;後者則為固態發光。光管的發光效率較佳、較平價、壽命長、低發熱,但不抗震、不環保,反之則是UV LED的優缺點。

Mascobot的GitHub專案

筆者在此剖析GitHub網站上帳號Mascobot於今(2020)年4月提出的UV_light_Box專案,且明確期望此專案能在對抗COVID-19上貢獻心力。該專案的殺菌容器直接取用一般野餐露營常見的外出用保溫箱,然後在箱子的內壁敷貼上鋁箔,這主要在避免UVC外露,因為UVC可以穿透塑膠,真的穿透了肉眼也無法察覺,然而更牢靠的作法是使用金屬,現行作法仍不夠牢靠,專案發起人也在相關說明中坦承仍在物色更合適的金屬容器中。

容器之後是主控系統,Mascobot選擇使用第四代樹莓派(Raspberry Pi 4, RPi 4),雖然專案文字中未談及樹莓派的型款,但截至今年5月為止第四代樹莓派應只有B型(Model B),不過推測也能使用其他型款的樹莓派,畢竟紫外線照明的控制應用,不會用到太多或太複雜的電路。

在人機互動的操作介面上,Mascobot專案使用一個7吋的多點觸控螢幕,而且是直接使用樹莓派基金會官方的版本,新台幣約2,905元,該觸控螢幕直接以DSI介面與樹莓派連接。

Mascobot紫外線殺菌箱外觀。(Source

接著是控制電路,由於樹莓派的GPIO接腳電流驅動力太弱,因此需要先連接繼電器(relay),再透過繼電器去驅動紫外線照明,對此Mascobot直接在亞馬遜網站上購買SainSmart的2通道繼電器模組來實現。

SainSmart的2通道繼電器模組。(Source

進一步的是紫外線照明,Mascobot沒有使用UV LED,而是使用UV光管,專案官網上沒有明確指出使用的光管廠牌與型號,只說在eBay網站有許多選擇。Mascobot專案使用了4支UV光管,每支均為8瓦功率,2支配置於箱內的上端,2支配置於箱內的下端,其波長約280nm(奈米,UVC波長範圍為100nm~280nm)。

Mascobot紫外線殺菌箱內部。(圖片來源:Source

另外Mascobot專案也談及散熱器(cooler),不過並沒有明確說明用途,可能是用於樹莓派電腦的主控晶片。

最後是控制程式的部份,目前由一個名為uvlight.py(Python語言)的程式來運作,該程式可以在觸控螢幕上顯現開始鈕、停止鈕、時間設定選單、簡訊通知設定等,時間設定以分鐘為單位,簡訊目前只能發給專案發起者自己,相關示範影片如下:

小結

以上是Mascobot專案的大致內容,不過該專案目前似乎只有發起者自己貢獻,尚未有其他成員參與貢獻,雖然有一名成員grg8881m以Mascobot專案為基礎試圖分線(folk)發展,但只是複製原有專案內容,尚未有明顯的差異化發展。

此外,Mascobot專案的內容也尚未全部揭露,例如尚未有完整的控制電路圖,且目前從實現的雛形品外觀可發現一個紅燈,估計在箱內的紫外燈管亮起時箱外的紅燈也會同步亮起,提醒使用者必須先關閉光管才能打開箱子,以免傷害到使用者。

針對此點,或許應進一步設計成具有防呆機制,無論有無注意到紅燈狀態,在開啟殺菌箱前箱內的殺菌燈均應即刻熄滅,以免傷害到人。

(責任編輯:王姵文)

陸向陽

Author: 陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。

Share This Post On

Submit a Comment

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *