智能紫外线 C 波与热力口罩消毒装置：Arduino 控制

组件与供应

Seeed Grove 红外测温传感器	×1
Arduino UNO	×1
Seeed Base Shield V2	×1
Seeed Grove 光敏传感器 (P) v1.1	×1
Adafruit 四位字母数字显示屏 0.54" 白色 I2C 背包	×1
Seeed 12mm 圆顶按钮	×1
压电蜂鸣器	×1
Seeed 12V 1.2A 墙插电源适配器	×1

项目简介

口罩消毒装置

UV-C / 热力，Arduino 控制，针对冠状病毒 (SARS-CoV-2) 的口罩消毒设备

开源项目，遵循 CC BY-NC-SA 协议。
免责声明：本文档受“好撒玛利亚人法”保护。
原始发布：needlab.org

背景

FFP1/FFP2 口罩为疫情期间不可或缺的防护用品，设计为一次性，但危机下重复使用成必然，需消毒机制。医院等机构采用紫外线杀菌照射 (UVGI) 和/或加热，但弱势群体难以获得。证据显示 SARS-CoV-2 在外科口罩表面 7 天仍稳定存在。本项目旨在创建低成本、便携、可复制的装置，结合 UVGI 与干热有效灭活病毒。

DIY 制作指南

装置设置图

• 温度维持 65±5°C
• 灯管须提供 UV-C 波长
• 消毒周期 ≥30 分钟 (建议不超 30 分钟，避免口罩降解)

装置尺寸

首次加热测试

加热系统制作

• 22cm 直径平底锅 (感应炉兼容)，去手柄。
• 锅内贴铝箔反射 UV-C。
• 箱体底部开 20cm 孔置放平底锅。
• 四个金属支架固定锅位，锅底不得接触木箱，否则降低热效率。孔径与支架形状需匹配：

顶盖制作

UV-C 系统

使用 11W 水族杀菌灯灯管，拆出灯管固定于顶盖两端，扎带+软垫固定，顶面贴铝箔反射。若无石英管勿用玻璃替代 (玻璃阻挡 UV-C)。

⚠ 警告

UV-C 辐射对眼睛和皮肤极其危险。仅在顶盖关闭时开启 UV-C，打开时必须关闭。

Horror Coder 评论中强调：必须确保箱体绝对避光。肉眼可见光仅占辐射 3-4%，不可信赖。测试方法：箱内放入功率为灯管 10 倍的强光手电，全暗环境下检查箱体缝隙漏光。必须封堵所有孔洞，使用泡沫垫圈/边框防止 UV-C 泄漏。

内表面贴铝箔

侧面和顶面贴铝箔反射 UV-C，提升杀菌效率。双面胶固定，边缘胶带密封。

口罩放置网架制作

口罩置于网架上。用 0.3mm 铜线间距 30mm 编织，网架距底面 120mm，两端穿过箱体前后小孔固定。

Arduino 与传感器设置

Arduino 概览

物料清单 (BOM)

• Arduino UNO Rev3
• Grove Base Shield V2
• Grove 红外测温传感器
• Grove 光敏传感器 (P)
• 按钮
• 压电蜂鸣器
• 四位字母数字显示屏 0.54" I2C
• 12V 1.2A 电源适配器

(均附购买链接)

温度与光照传感器接线

另见：Arduino 测温传感器基准测试

Arduino 控制逻辑

状态机四态：

• INIT：显示温度，等待达 70°C 进入 COUNT。
• COUNT：倒计时 30→0 分钟，旁显温度。温度过低或 UV 灯熄灭转 ERR。
• END：正常结束，蜂鸣器提示，按键回 INIT。
• ERR：异常 (温度低/UV 熄灭)，蜂鸣器报警，按键回 INIT。

报警条件：1) ERR 状态；2) 温度 >75°C。报警时蜂鸣器特定音调序列，屏幕显示提示。

Arduino 源码

完整代码：pastebin.com/zgK7zfMh

需外部库：

• Adafruit_LEDBackpack.h：Adafruit 教程
• Metro.h：GitHub

使用手册

1. 装置置于电磁炉 (或电阻炉) 上。
2. Arduino 供电开启。
3. 合盖，感应炉 70-80% 功率加热。
4. 待温度达 60°C，降至 30% 功率。
5. 开盖放入口罩，合盖。
6. 按键启动 → 显示剩余 30 分钟。
7. 倒计时归零蜂鸣器响。
8. 再按键回 INIT 开始新周期。

注：COUNT 状态下屏幕小数点每秒闪烁一次。

温度曲线记录

热力灭活病毒原理

巴斯德时代即知湿热灭菌。本装置采用干热，研究证实：56°C 30-90 分显著灭活 SARS-CoV，65°C 20-60 分近乎完全灭活，75°C 30-45 分完全灭活。最新研究显示 SARS-CoV-2 在 56°C 30 分或 70°C 5 分失去感染力。综合考量口罩材料耐受性，选定 65°C 30 分钟。

口罩杀菌协议参考

流感病毒 (同为单链 RNA 病毒) 经 UVGI ~1 J/cm²、~18 J/cm² 或 65±5°C 湿热 3 小时均可在口罩上灭活。虽无冠状病毒口罩专门研究，但可预期相似效果。

推荐消毒流程

建立良好流程至关重要：口罩个性化标记、消毒次数计数、消毒后包装。参考 Nebraska Medicine 发布的《N95 口罩 UVGI 再处理流程》。

n-95-decon-process.pdf

结论

综合证据与技术细节，确定消毒协议为 30 分钟 UV-C 照射 + 65±5°C 干热。此时间含升温/光强稳定过程。单独 UV-C 或热力按此规格应足以清除绝大多数 SARS-CoV-2，双重作用更安全。

安全注意事项

• UV-C 伤眼伤肤，灯管仅在合盖时开启。
• 金属件加热后高温，防烫伤。

免责声明

基于现有科学证据，协议极大概率清除 SARS-CoV 感染力，且比不消毒安全得多。但 Needlab 及团队不对装置使用承担责任。未经实验室验证 SARS-CoV-2 灭活效果，亦无法预先确定口罩过滤性能保留情况。使用属个人自主决定。

后续计划 (V2)

• 增大尺寸容纳更多口罩
• 提供 CNC 铣削与激光切割两套图纸
• 三种加热方式：感应炉、电热盘、红外辐射 (含 PID 温控)
• 改用 2×16 LCD 显示
• 多模式：热力+UV-C、仅热力、仅 UV-C
• 支持多种温度传感器 (见基准测试链接)

正寻求专业实验室合作验证流程。

2020-06-11 更新：V2 容纳 12 个 FFP2/N95 口罩，荣获 OPT 一等奖，与摩洛哥大学合作本地化生产。

2020-09-02 更新：V2 项目上线 Hackaday：链接

团队：Jean Noel Lefebvre, Daniel Moreno, Dr Alejandra Duque, Dr Felipe Gutiérrez Arango, Jason Knight, Maria Isabel Velez Isaza, Sameera Chukkapalli.

#COVID19DetectProtect
原始发布：needlab.org

参考文献

(列举 15 篇相关文献，含 CDC 指南、SARS-CoV-2 环境稳定性、UVGI 灭菌、口罩再处理研究等，详见原文)

代码

TheBox V1 (C/C++)

/* * Author: Jean Noel Lefebvre - www.ootsidebox.fr - march 31th 2020 * */
// ... (完整代码见 pastebin 链接，此处省略以节省空间，保留关键结构)
#include <Wire.h>
#include "Adafruit_LEDBackpack.h"
#include <math.h>
#include <Metro.h>
#define LIGHT_SENSOR A2
#define SUR_TEMP_PIN A0
#define OBJ_TEMP_PIN A1
#define BUZZER 3
#define BP 2
#define SEUIL_TEMP 59
#define HIGH_TEMP 75
#define SEUIL_LIGHT 60
#define TIMER 30
// ... 状态机、温度计算、显示驱动等完整实现

GitHub 库：Metro-Arduino-Wiring

原理图