Hladnjak za cjepivo i inzulin s temperaturnom kontrolom: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Čuvanje hladnoće spašava živote

U svijetu u razvoju, vakcine su prva linija odbrane od opasnih bolesti kao što su ebola, gripa, kolera, tuberkuloza i denga. Prijevoz cjepiva i drugih materijala koji spašavaju živote, poput inzulina i krvi, zahtijeva pažljivu kontrolu temperature.

Logistika prvog svijeta ima tendenciju kvara kada se zalihe transportiraju u regije s ograničenim resursima. Mnogim seoskim medicinskim klinikama nedostaju sredstva ili energija za obične rashladne sisteme.

Inzulin, ljudska krv i mnoga uobičajena cjepiva moraju se držati u temperaturnom rasponu od 2-8 ˚C. Na terenu ovo može biti teško održavati jer električno hlađenje zahtijeva previše energije, a pasivnim hladnjacima za led nedostaje kontrola termostata.

Arduino u pomoć

Ovaj projekt kombinira kompaktnu snagu hlađenja suhog leda (čvrsti ugljikov dioksid) s preciznošću digitalne kontrole temperature. Kada se sam koristi, suhi led je prehladan za transport cjepiva, inzulina ili krvi, jer lako može dovesti do smrzavanja. Hladnjak ovog projekta rješava problem smrzavanja postavljanjem suhog leda u zasebnu komoru ispod hladnjaka za teret. PC ventilator bez četkica koristi se za cirkulaciju malih doza super-rashlađenog zraka kroz odjeljak za teret po potrebi. Ovim ventilatorom upravlja robusni Arduino mikrokontroler, koji pokreće preciznu (PID) petlju za kontrolu temperature. Budući da Arduino sistem radi na vrlo malo električne energije, ovaj sistem može biti pokretan poput ledene škrinje, ali temperaturno regulisan kao priključni frižider.

Kome je namijenjen ovaj projekat?

Nadam se da će, učinivši ovaj sistem besplatnim i otvorenim kodom, inspirisati humanitarne inženjere i humanitarne radnike da traže načine za proizvodnju korisnih tehnologija blizu tačke potrebe.

Ovaj projekt osmišljen je za izgradnju studenata, inženjera i humanitarnih radnika u područjima koja se suočavaju s humanitarnim izazovima ili u njihovoj blizini. Materijali, dijelovi i zalihe općenito su dostupni u većini svjetskih gradova, čak i u najsiromašnijim zemljama. Čineći planove besplatnim putem Instructables, mi pružamo tehnologiju fleksibilnost u smislu cijene i skalabilnosti. Decentralizirana proizvodnja ovih arduino-hladnjaka za led može biti važna opcija s potencijalom za spašavanje života.

Specifikacije gotovog hladnjaka:

• Zapremina tereta: maksimalno 6,6 galona (25L), preporučeno 5 galona (19L) sa tampon bocama.
• Maksimalne dimenzije tereta: 35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm

Kapacitet hlađenja: Održava 5 ° C 10-7 dana u okolini 20-30 ° C

Izvor napajanja: suhi led i poplavljena 12 voltna baterija pomorskih ćelija

Preko svih dimenzija: 24 inča x 24 in x 32 inča (61 cm x 61 cm x 66,6 cm visoko)

Preko cele težine: prazna bez leda (15,1 kg) bez leda / 28,6 kg (63,6 lb) sa punim ledom i teretom

Regulacija temperature: PID kontrola drži 5 ° C +-0,5 ° C

Materijali: građevinska pena zatvorenih ćelija i građevinski lepkovi sa IR reflektujućom izolacionom oblogom

Korak 1: Postavljanje projekta

Radni prostor:

Ovaj projekt zahtijeva odrezivanje i lijepljenje izolacije od stiren pjene. To može proizvesti malo prašine, pogotovo ako se odlučite za uporabu pile umjesto noža. Obavezno koristite masku za zaštitu od prašine. Također, vrlo je korisno imati pri ruci usisavač za čišćenje kako biste očistili prašinu

Građevinsko ljepilo može osloboditi nadražujuće pare prilikom sušenja. Korake lijepljenja i brtvljenja obavezno dovršite u dobro prozračenom prostoru

Sklapanje arduino dodatnih komponenti zahtijeva upotrebu lemilice. Koristite lemljenje bez olova kad god je to moguće i radite u dobro osvijetljenom i dobro prozračenom prostoru

Svi alati:

• Kružna pila ili nož za bodovanje
• Akumulatorska bušilica sa pilom za rupu od 1,75 inča
• Lemilica i lemljenje
• Upaljač ili toplotni pištolj
• Ravan rub od 4 stope
• Oštri marker
• Trake sa čegrtaljkom
• Traka za mjerenje
• Dozator za brtvljenje cijevi
• Rezač žice
• Odvijači veliki i mali Phillips & regular

Sve zalihe:

Elektronički pribor

• Skupljajuće cijevi 1/8 i 1/4 inča
• Zaglavlja pinova na ploči (ženske utičnice i muški igle)
• ABS plastična električna kutija s prozirnim poklopcem, veličine 7,9 "x4,7" x2,94 "(200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Olovna akumulatorska baterija koja se može puniti, 12V 20AH. NPP HR1280W ili slično.
• Arduino Uno R3 ploča mikrokontrolera ili slična
• Arduino složena prototipna ploča: prototip štita Alloet mini matične ploče V.5 ili sličan.
• MOSFET upravljački modul IRF520 ili sličan
• Digitalni senzor temperature DFRobot DS18B20 u vodootpornom kabelu
• PC -ventilator za hlađenje bez četkica od 12 V: 40 mm x 10 mm, 12 V 0,12A
• Čitač mikro SD kartica: Adafruit ADA254
• Sat u stvarnom vremenu: DIYmore DS3231, baziran na DS1307 RTC
• Baterija za sat u stvarnom vremenu: dugmasta ćelija LIR2032)
• 4.7 K-ohmski otpornik
• Namotane žičane kalemove 26 mjerila (crvena, crna, žuta)
• Dužina žice s 2 vodiča (3 ft ili 1 m) 12 žica namotana (žica za spajanje baterije)
• Automatski držač osigurača s oštricom i osigurač s oštricom od 3 amp (za upotrebu s baterijom)
• USB kabel pisača (upišite muško na b muško)
• Žičana matica (mjerač 12)

Trake i ljepila

• Pomoćna traka s visokim prianjanjem 2 inča širine x 50 stopa (Gorilla traka ili slično)
• Silikonski zatvarač, jedna cijev
• Građevinsko ljepilo, 2 cijevi. (Tečni nokti ili slično)
• Aluminijska traka za peć, 2 inča široka x 50 stopa.
• Samoljepljive trake sa kukom i omčom (potrebno 1 inča širine x ukupno 12 inča potrebno)

Dobava građevinskog materijala

• 2 x 4 stope x 8 stopa x 2 inča debljine (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) izolacijski listovi od pjene
• 2 ft x 25 ft rola izolacije peći sa dvostrukim reflektirajućim valjkom, srebrni mjehurić.
• 2 x kratke PVC cijevi, unutrašnji promjer 1 1/2 inča x Sch 40. izrezane na 13 inča.

Specialty Supplies

• Termometar za vakcinu: „Thomas Traceable hladnjak/zamrzivač Plus termometar sa sondom za bocu vakcine“i sljedivi certifikat o umjeravanju ili slično.
• 2 x boce sa cvetnim stabljikom za puferisanje tečnosti DS18B20 sondi za temperaturu.

Korak 2: Izrežite dijelove pjene

Odštampajte uzorak za rezanje koji prikazuje određeni broj pravokutnika za rezanje iz dva lista dimenzija 4 ft x 8 ft x 2 in (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) krute izolacije od pjene sa zatvorenom ćelijom.

Ravnom ivicom i markerom pažljivo povucite linije za rezanje listova pjene. Pjena se može rezati bodanjem nožem, ali najjednostavnije je upotrijebiti kružnu pilu za obavljanje posla. Rezanjem pjene pilama nastaje prašina koju ne treba udisati. Treba se pridržavati važnih mjera opreza:

• Nosite masku za zaštitu od prašine.
• Za sakupljanje prašine koristite vakuumsko crijevo pričvršćeno na pilu.
• Rezanje izvodite vani ako je moguće.

Korak 3: Sastavite hladnjak sa listova pjene

Uključeni slajdovi detaljno opisuju kako sastaviti kompletan hladnjak od listova pjene i izolacije od omotača od srebrnih mjehurića. Važno je ostaviti građevinsko ljepilo da se osuši između nekoliko različitih koraka, pa biste trebali planirati potrošiti oko 3 dana da dovršite sve ove korake.

Korak 4: Sastavite sistem kontrolera

Sljedeće slike pokazuju kako sastaviti elektroničke komponente na prototipnu ploču kako bi se stvorio sistem kontrole temperature hladnjaka. Posljednja uključena slika je potpuna shema sistema za vašu referencu.

Korak 5: Postavljanje i testiranje softvera

Prvo isprobajte ovu skicu za postavljanje

Skica za postavljanje čini dvije stvari. Prvo, omogućuje vam postavljanje vremena i datuma u satu za realno vrijeme (RTC). Drugo, testira sve periferne komponente kontrolera hladnjaka i daje vam mali izvještaj kroz serijski monitor.

Ovdje preuzmite najnoviju skicu za postavljanje: CoolerSetupSketch sa GitHub -a

Otvorite skicu u Arduino IDE -u. Pomaknite se dolje do bloka koda koji je komentiran kao "Ovdje postavite vrijeme i datum." Unesite trenutno vrijeme i datum. Sada dvaput provjerite jesu li sljedeće periferne jedinice postavljene i spremne prije postavljanja skice (pogledajte priloženu električnu shemu):

• Sonda za temperaturu priključena je u jednu od 3 -polne utičnice zaglavlja
• Micro SD kartica umetnuta u modul čitača
• Dugmasta baterija umetnuta u modul sata realnog vremena (RTC)
• Spojite žice spojene na ventilator računara
• Osigurač u držaču osigurača na žici akumulatora.
• Arduino je spojen na bateriju (SIGURNO da nije ožičen unatrag! + Na VIN, - na GND!)

U Arduino IDE -u odaberite Arduino UNO s popisa ploča i prenesite. Kada se prijenos završi, s padajućeg izbornika pri vrhu odaberite Alati / Serijski monitor. Ovo bi trebalo prikazati mali sistemski izvještaj. U idealnom slučaju, trebalo bi da glasi ovako:

Skica za postavljanje hladnjaka-verzija 190504POKRET TESTIRANJA SISTEMA ---------------------- TESTIRANJE SATNIKA U REALNOM VREMENU: vrijeme [20:38] datum [1.6.2019.] TEMPIRANJE TEMP. SENZOR: 22,25 C TESTIRANJE SD KARTICE: init gotovo Zapisivanje na dataLog.txt… dataLog.txt: Ako ovo možete pročitati, vaša SD kartica radi! VENTILATOR ISPITIVANJA: Je li ventilator uključen i isključen? ZAVRŠETAK TESTIRANJA SUSTAVA ----------------------

Rešavanje problema sa sistemom

Obično za mene stvari nikada ne idu baš po planu. Neki sistem vjerovatno nije radio kako treba. Nadamo se da će skica za postavljanje dati trag - sat? SD kartica? Najčešći problemi s bilo kojim projektom mikrokontrolera obično se odnose na jedno od sljedećeg:

• zaboravili ste umetnuti osigurač u žicu baterije, tako da nema napajanja
• zaboravili ste staviti mikro SD karticu u čitač, pa sistem visi
• zaboravili ste staviti bateriju u sat realnog vremena (RTC) tako da sistem visi
• spojeni senzori su labavi, isključeni ili povezani obrnuto
• žice za komponente ostaju isključene ili spojene na pogrešne Arduino pinove
• pogrešna komponenta je priključena na pogrešne pinove ili je spojena unazad
• postoji žica koja je nepropisno pričvršćena i sve skraćuje

Instalirajte skicu kontrolera

Nakon što ste uspješno testirali CoolerSetupSketch, vrijeme je da instalirate potpunu skicu kontrolera.

Ovdje preuzmite najnoviju skicu kontrolera: CoolerControllerSketch

Spojite Arduino na računalo USB kabelom i prenesite skicu s Arduino IDE -om. Sada ste spremni fizički instalirati cijeli sistem u tijelo hladnjaka.

Korak 6: Instalirajte Arduino sistem

Sljedeći se koraci mogu tretirati kao kontrolna lista ili instaliranje sve elektronike. Za sljedeće korake pogledajte uključene fotografije gotovog projekta. Slike pomažu!

1. Priključite par žica ventilatora na Arduino UNO modul.
2. Priključite par 12-voltnih žica za napajanje na Arduino UNO modul.
3. Priključite senzore temperature DS18B20 na Arduino UNO modul. Samo priključite senzor u jednu od 3-polnih utičnica (a) koje smo instalirali na prototipnu ploču. Obratite pažnju na boje žice, crvena ide na pozitivnu, crna na negativnu, a žuta ili bijela ide na treći pin podataka.
4. Priključite USB kabel pisača u USB priključak Arduina.
5. Testerom za rupe od 1,75 "izbušite veliku okruglu rupu na dnu elektroničke kutije.
6. Pričvrstite Arduino UNO modul na dno elektroničke kutije pomoću samoljepljivih traka za pričvršćivanje kukom i omčom.
7. Pričvrstite kalibrirani termometar za vakcinu na donju stranu prozirnog poklopca kutije sa trakama za pričvršćivanje sa kukom i omčom. Spojite njegovu malu žicu sonde za boce s puferom.

8. Provucite sljedeće žice iz kutije kroz okruglu rupu na dnu:

   • 12-voltne žice za napajanje (bakrena žica zvučnika sa 2 vodiča kalibra 12-18)
   • Arduino senzori (i) temperature (DS18B20 sa muškim 3 -polnim konektorom zaglavlja na svakom)
   • USB kabel pisača (muški tip A do muški tip B)
   • Sonda termometra za vakcinu (uključeno sa kalibriranim termometrom)
   • Žice ventilatora (upleteni par namotanih žica za spajanje 26 kalibra)
9. Otvorite poklopac hladnjaka i nožem ili bušilicom probušite rupu od 3 cm kroz poklopac blizu jednog od stražnjih uglova. (Pogledajte priložene slike) Provirite kroz omotač omotača od mjehurića.
10. Provucite sve osim USB žice iz upravljačke kutije prema dolje kroz poklopac s gornje strane. Stavite kutiju na poklopac s USB kablom koji visi kako biste joj kasnije mogli pristupiti. Učvrstite kutiju visokoljepljivom trakom.
11. Zašrafite poklopac kutije za elektroniku na kutiju.
12. Napravite preklop od dodatne izolacije od omotača od mjehurića od srebrnog milara koji će pokriti kutiju i zaštititi je od direktne sunčeve svjetlosti. (Pogledajte uključene slike.)
13. Unutar hladnjaka postavite bateriju od 12 volti 20AH blizu stražnjeg dijela odjeljka. Baterija će ostati unutar komore zajedno s teretom. Radit će dobro čak i pri 5 ° C, a poslužit će i kao termički pufer, slično boci za vodu.
14. Pričvrstite obje temperaturne sonde (sondu na termometru i Arduino sondu) na podnožje središnje cijevi pomoću visokoljepljive trake.
15. Unutar hladnjaka, pomoću aluminijske trake pričvrstite ventilator tako da se ispuše u kutnu cijev. Spojite njegove žice na žice iz kontrolera. Ventilator puše niz ugaonu cijev, a super rashlađen će iz centralne cijevi ući u prtljažnu komoru.

Korak 7: Pokretanje i rad hladnjaka

1. Formatirajte Micro SD karticu - temperatura će biti zabilježena na ovom čipu
2. Napunite 12 -voltnu bateriju
3. Kupite komad suvog leda (11,34 kg), isečen na dimenzije 8 x 8 x 5 x 5 inča (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Instalirajte ledeni blok tako da ga prvo postavite ravno na ručnik na stol. Gurnite srebrnu košulju Mylar preko bloka tako da bude izložena samo donja površina. Sada podignite cijeli blok, preokrenite ga tako da goli led gleda prema gore i gurnite cijeli blok u komoru za suhi led ispod hladnijeg poda.
5. Zamenite hladniji pod. Aluminijskom trakom zalijepite vanjski rub poda.
6. Umetnite 12 -voltnu bateriju u kućište hladnjaka. Možda ćete ga htjeti pričvrstiti na hladniji zid trakama visoke ljepljive trake.
7. Priključite žicu za napajanje kontrolera na bateriju.
8. Provjerite jesu li temperaturne sonde dobro zalijepljene.
9. Stavite boce vode u prtljažni prostor kako biste ispunili gotovo sav prostor. Oni će zaštititi temperaturu.
10. Stavite hladnjak negdje dalje od direktne sunčeve svjetlosti i ostavite 3-5 sati da se temperatura stabilizuje na 5C.
11. Nakon što se temperature stabiliziraju, osjetljivi na temperaturu se mogu dodati uklanjanjem boca za vodu i punjenjem te zapremine teretom.
12. Ovaj hladnjak sa svježim nabojem leda i snage izdržat će kontroliranu temperaturu od 5 ° C do 10 dana bez ikakve dodatne energije ili leda. Performanse su bolje ako hladnjak držite podalje od direktne sunčeve svjetlosti. Hladnjak se može pomicati i otporan je na udarce u većini aspekata; ipak ga treba držati uspravno. Ako se prevrne, jednostavno ga podignite, nema štete.
13. Preostala električna snaga u bateriji može se mjeriti izravno pomoću malog voltmetra. Za pravilno funkcioniranje sistema potrebno je najmanje 9 volti.
14. Preostali led može se mjeriti izravno metalnom trakom mjerenjem prema dolje u središnjoj rupi do gornje ivice PVC cijevi. Pogledajte tablicu u prilogu za mjerenja preostale težine leda.
15. Podaci o mjerenju temperature mogu se preuzeti priključivanjem USB žice na prijenosno računalo s Arduino IDE -om. Povežite se i otvorite serijski monitor. Arduino će se automatski ponovo pokrenuti i čitati cijelu odjavu putem serijskog monitora. Hladnjak će nastaviti raditi bez prekida.
16. Podaci se mogu preuzeti sa priložene MicroSD kartice, ali sistem morate isključiti prije izvlačenja sićušnog čipa!

Korak 8: Bilješke i podaci

Ovaj hladnjak je dizajniran za pristojnu ravnotežu veličine, težine, kapaciteta i vremena hlađenja. Tačne dimenzije opisane u planovima mogu se smatrati zadanim polazištem. Mogu se izmijeniti kako bi bolje odgovarale vašim potrebama. Na primjer, ako vam je potrebno duže vrijeme hlađenja, komora za suhi led može se izgraditi s većom zapreminom za više leda. Isto tako, teretna komora može biti izgrađena šira ili viša. Međutim, treba voditi računa da eksperimentalno dokažete sve promjene u dizajnu koje napravite. Male promjene mogu imati veliki utjecaj na ukupne performanse sistema.

Priloženi dokumenti uključuju eksperimentalne podatke snimljene razvojem hladnjaka. Uključena je i opsežna lista dijelova za kupovinu svih potrepština. Osim toga, priložio sam radne verzije Arduino skica, iako će gore preuzeti GitHub najvjerojatnije biti aktualniji.

Korak 9: Veze na mrežne resurse

PDF verzija ovog priručnika može se preuzeti u cijelosti, pogledajte priloženu datoteku za ovaj odjeljak.

Posjetite GitHub spremište za ovaj projekt:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Druga nagrada na Arduino takmičenju 2019