Охладител за ваксини и инсулин с контролирана температура: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Охлаждането спасява животи

В развиващия се свят ваксините са първа линия на защита срещу опасни заболявания като Ебола, грип, холера, туберкулоза и денга, за да назовем само няколко. Транспортирането на ваксини и други животоспасяващи материали, като инсулин и кръв, изисква внимателен контрол на температурата.

Логистиката от първи свят има тенденция да се разпада, когато доставките се транспортират в региони с ограничени ресурси. Много селски медицински клиники нямат финансиране или енергия за обикновените хладилни системи.

Инсулинът, човешката кръв и много обичайни ваксини трябва да се съхраняват в температурния диапазон 2-8 ˚C. На място това може да бъде трудно да се поддържа, тъй като електрическото охлаждане изисква твърде много енергия, а пасивните охладители за лед нямат контрол на термостата.

Arduino на помощ

Този проект комбинира компактната охлаждаща мощност на сух лед (твърд въглероден диоксид) с прецизността на цифровия контрол на температурата. Когато се използва самостоятелно, сухият лед е твърде студен, за да транспортира ваксина, инсулин или кръв, защото лесно може да доведе до замръзване. Дизайнът на охладителя на този проект решава проблема със замразяването, като поставя сухия лед в отделна камера под охладителя на товара. Компютърният вентилатор без четки се използва за циркулация на малки дози супер охладен въздух през товарната секция, ако е необходимо. Този вентилатор се управлява от здрав микроконтролер Arduino, управляващ прецизен (PID) контур за контрол на температурата. Тъй като системата Arduino работи с много малко електричество, тази система може да бъде мобилна като леден сандък, но да се регулира температурата като хладилник с включване.

За кого е предназначен този проект?

Надявам се, че като направи тази система безплатна и с отворен код, тя ще вдъхнови хуманитарните инженери и хуманитарните работници да търсят начини за производство на полезни технологии близо до точката на нужда.

Този проект е предназначен да бъде изграден от студенти, инженери и помощни работници в или в близост до области, изправени пред хуманитарни предизвикателства. Материалите, частите и консумативите обикновено се предлагат в повечето от градовете по света дори в най -бедните страни. Чрез предоставянето на плановете безплатно на разположение чрез Instructables, ние предоставяме технология с гъвкавост по отношение на разходите и мащабируемостта. Децентрализираното производство на тези охладители с лед arduino може да бъде важен вариант с потенциал да спаси човешки живот.

Готови спецификации на охладителя:

• Обем на товара: максимум 6,6 галона (25L), препоръчителни 5 галона (19L) с буферни бутилки.
• Максимални размери на обема на товара: = ~ 14 в x 14 в x 8 инча (35,6 см x 35,6 x 20,3 см)

Охлаждащ капацитет: Поддържа 5 ° C за 10-7 дни съответно при 20-30 ° C околна среда

Източник на захранване: сух лед и наводнена 12 волта морска клетъчна батерия

Над всички размери: 24in x 24 in x 32 in височина (61 cm x 61 cm x 66,6 cm височина)

Над цялото тегло: 33,1 фунта (15,1 кг) празно без лед / 63,6 фунта (28,6 кг) с пълен лед и товар

Регулиране на температурата: PID контролът поддържа 5 ° C +-0,5 ° C

Материали: строителна пяна със затворени клетки и строителни лепила с IR отразяваща изолационна обвивка

Стъпка 1: Настройка на проекта

Работно пространство:

Този проект изисква известно рязане и залепване на изолация от стиролна пяна. Това може да предизвика прах, особено ако решите да използвате трион, а не нож. Не забравяйте да използвате маска за прах. Също така е много полезно да имате под ръка магазин за почистване, за да почистите праха

Строителното лепило може да отдели дразнещи изпарения при изсушаване. Не забравяйте да завършите стъпките на залепване и уплътняване в добре проветриво помещение

Сглобяването на допълнителните компоненти на arduino изисква използването на поялник. Използвайте спойка без олово, когато е възможно, и не забравяйте да работите в добре осветено и добре проветриво помещение

Всички инструменти:

• Циркуляр или трион
• Акумулаторна бормашина с 1,75 инчов отвор за трион
• Поялник и спойка
• Запалка или термопистолет
• 4-футов прав ръб
• Маркер Sharpie
• Храпови ремъци
• Лентова мярка
• Дозатор за тръби за уплътняване
• Резачка за тел
• Отвертки големи и малки филипи и редовни

Всички консумативи:

Консумативи за електроника

• Свиваеми тръби 1/8 и 1/4 инча
• Щифтове за контактни платки (женски гнезда и мъжки щифтове)
• Пластмасова електрическа кутия от ABS с прозрачен капак, размер 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• Акумулаторна запечатана оловно -киселинна батерия, 12V 20AH. АЕЦ HR1280W или подобен.
• Платка за микроконтролер Arduino Uno R3 или подобна
• Подреждаща се прототипна дъска на Arduino: Прототипен щит V.5 или подобен щит на Alloet.
• MOSFET драйвер модул IRF520 или подобен
• Цифров температурен сензор DFRobot DS18B20 във водоустойчив кабелен пакет
• Безчетков 12V вентилатор за охлаждане на компютър: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Четец за Micro SD карти: Adafruit ADA254
• Часовник в реално време: DIYmore DS3231, базиран на DS1307 RTC
• Батерия за часовник в реално време: LIR2032 монета клетка)
• 4.7 K-ом резистор
• 26 манометрични намотавани телени макари (червен, черен, жълт)
• Дължина на 2-проводников проводник (3 фута или 1 м) 12-ти проводник (проводник за свързване на батерията)
• Автомобилен държач за предпазител на острието и предпазител с острие от 3 ампера (за използване с батерия)
• USB кабел за принтер (въведете мъжки към b мъжки)
• Телна гайка (12 габарит)

Консумативи за ленти и лепила

• Полезна лента с висока адхезия 2 инча ширина x 50 фута ролка (Gorilla Tape или подобна)
• Силиконов уплътнител, една тръба
• Строително лепило, 2 тръби. (Течни нокти или подобни)
• Алуминиева лента за пещ, 2 инча ширина x 50 фута ролка.
• Самозалепващи се ленти с кука и контур (1 инч ширина х 12 инча общо необходими)

Консумативи за строителни материали

• 2 x 4 фута x 8 фута x 2 инча дебелина (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) изолационни листове от пяна
• 2 ft x 25 ft ролка от двойно отразяваща изолация на пещ с въздушна ролка, сребърен балон.
• 2 x къси PVC тръби, 1 1/2 инчов вътрешен диаметър x Sch 40. нарязани на дължини 13 инча.

Специални консумативи

• Термометър за ваксина: „Thomas Traceable Хладилник/Фризер плюс термометър със сонда за бутилки с ваксина“и проследим сертификат за калибриране или подобен.
• 2 x бутилки с цветни стъбла за буфериране на течности DS18B20 водоустойчиви температурни сонди.

Стъпка 2: Изрежете частите от пяна

Разпечатайте шаблона за изрязване, който показва редица правоъгълници за изрязване от два листа с диаметър 1200 мм x 2400 мм x 150 мм с твърда изолация от пяна със затворена клетка.

Използвайте прав ръб и маркер, за да начертаете внимателно линиите за изрязване на пенопластовите листове. Пяната може да бъде нарязана чрез изрязване с нож, но най -лесно е да използвате циркулярен трион, за да свършите работата. Рязането на пяна с трион обаче произвежда прах, който не трябва да се вдишва. Трябва да се спазват важни предпазни мерки:

• Носете маска за прах.
• Използвайте вакуумен маркуч, прикрепен към триона за събиране на прах.
• Изрежете, ако е възможно, навън.

Стъпка 3: Сглобете охладителя от пяна

Включените слайдове подробно описват как да сглобите пълния охладител от листове пяна и изолация от обвивка от сребърни балончета. Важно е да оставите строителното лепило да изсъхне между няколко различни стъпки, така че трябва да планирате да отделите около 3 дни, за да завършите всички тези стъпки.

Стъпка 4: Сглобете системата за управление

Следващите изображения показват как се сглобяват електронните компоненти върху прототипната платка, за да се създаде система за контрол на температурата на охладителя. Последното включено изображение е пълна схема на системата за ваша справка.

Стъпка 5: Настройка и тестване на софтуера

Първо опитайте тази скица за настройка

Скицата за настройка прави две неща. Първо, той ви позволява да зададете часа и датата в часовника в реално време (RTC). Второ, той тества всички периферни компоненти на контролера на охладителя и ви дава малък отчет чрез серийния монитор.

Изтеглете най -новата скица за настройка тук: CoolerSetupSketch от GitHub

Отворете скицата в IDE на Arduino. Превъртете надолу до блока код, коментиран като „Задайте часа и датата тук“. Попълнете текущия час и дата. Сега проверете отново дали следните периферни устройства са настроени и готови, преди да качите скицата (вижте включеното електрическо схематично изображение):

• Температурната сонда е включена в един от 3 -пиновите гнезда на хедъра
• Micro SD карта, поставена в модула на четеца
• Монетарна батерия, поставена в модула за часовник в реално време (RTC)
• Свържете проводници, свързани към вентилатора на компютъра
• Предпазител в държача на предпазителя на проводника на акумулатора.
• Arduino е свързан към батерията (СИГУРНО е, че не е свързан обратно! + Към VIN, - към GND!)

В IDE на Arduino, изберете Arduino UNO от списъка с дъски и качете. След като качването приключи, от падащото меню в горната част изберете Инструменти / Сериен монитор. Това трябва да покаже малък системен отчет. В идеалния случай трябва да прочете нещо подобно:

Скица за настройка на охладител-версия 190504СТАРТ НА ТЕСТА НА СИСТЕМАТА ---------------------- ТЕСТИРАНЕ В ЧАСОВНИК В РЕАЛНО ВРЕМЕ: час [20:38] дата [06.01.2019 г.] ТЕМПИРИРАНЕ НА ТЕМП. СЕНЗОР: 22.25 C ТЕСТИРАНЕ НА SD КАРТА: init направено Писане в dataLog.txt … dataLog.txt: Ако можете да прочетете това, значи вашата SD карта работи! ИЗПИТВАЩ ВЕНТИЛАТОР: Вентилаторът пуска ли се и изключва? КРАЙ НА СИСТЕМНИЯ ТЕСТ ----------------------

Отстраняване на неизправности в системата

Обикновено за мен нещата никога не вървят по план. Вероятно някаква система не работи както трябва. Надяваме се, че скицата за настройка ще даде представа - часовникът? SD картата? Най -често срещаните проблеми с всеки проект за микроконтролер обикновено са свързани с един от следните:

• забравихте да поставите предпазител в проводника на батерията, така че няма захранване
• забравихте да поставите микро SD карта в четеца, така че системата виси
• забравихте да поставите батерия в часовника в реално време (RTC), така че системата да виси
• свързаните сензори са разхлабени, изключени или свързани обратно
• проводниците за компоненти са оставени изключени или свързани към грешен щифт (и) на Arduino
• грешен компонент е включен в грешни щифтове или е свързан обратно
• има неправилно прикрепен проводник, който късо свързва всичко

Инсталирайте скицата на контролера

След като сте имали успешен тест с CoolerSetupSketch, е време да инсталирате пълната скица на контролера.

Изтеглете най -актуалната скица на контролера тук: CoolerControllerSketch

Свържете Arduino към вашия компютър с USB кабел и качете скицата с Arduino IDE. Вече сте готови физически да инсталирате цялата система в корпуса на охладителя.

Стъпка 6: Инсталирайте системата Arduino

Следните стъпки могат да бъдат третирани като контролен списък или инсталиране на цялата електроника. За следващите стъпки вижте включените снимки на готовия проект. Снимките помагат!

1. Прикрепете чифт вентилаторни проводници към модула Arduino UNO.
2. Прикрепете чифт 12-волтови захранващи проводници към модула Arduino UNO.
3. Прикрепете температурните сензори DS18B20 към модула Arduino UNO. Просто включете сензора в един от 3-пиновите контакти, които сме инсталирали в прототипната платка. Обърнете внимание на цветовете на проводника, червеното преминава към положително, черното към отрицателно, а жълтото или бялото отива към 3 -ия пин за данни.
4. Включете USB кабел на принтера в USB конектора на Arduino.
5. Използвайте 1,75 "трион за отвори, за да пробиете голям кръгъл отвор в дъното на кутията за електроника.
6. Прикрепете модула Arduino UNO към дъното на кутията с електроника, като използвате самозалепващи се крепежни ленти с кука и контур.
7. Прикрепете калибрирания термометър за ваксина към долната страна на прозрачния капак на кутията с ленти за закрепване с кука. Свържете малкия проводник на сондата за бутилка с буфер.

8. Прекарайте следните проводници от кутията през кръглия отвор в долната част:

   • 12-волтови захранващи проводници (медна 2-проводникова жица с високоговорители с диаметър 12-18)
   • Arduino температурен сензор (и) (DS18B20 с мъжки 3 -пинов конектор на заглавието на всеки)
   • USB кабел за принтер (тип A мъжки към тип B мъжки)
   • Сонда за термометър за ваксина (включена с калибриран термометър)
   • Проводници на вентилатора (усукана двойка многожилен свързващ проводник 26 габарита)
9. Отворете капака на охладителя и използвайте нож или бормашина, за да пробиете отвор 3/4 инча (2 см) през капака близо до един от задните ъгли. (Вижте включените снимки) Пробийте през покритието от обвивка с милар.
10. Прокарайте всички, освен USB кабела от контролната кутия надолу през капака отгоре. Поставете кутията върху капака с окачен USB кабел, така че да може да бъде достъпен по -късно. Закрепете кутията с високо адхезивна лента.
11. Завийте прозрачния капак на кутията с електроника върху кутията.
12. Създайте капак от допълнителна изолационна обвивка от сребърен милар, който да покрие кутията и да я предпази от пряка слънчева светлина. (Вижте включените снимки.)
13. Вътре в охладителя поставете 12 -волтовата батерия 20AH близо до задната част на отделението. Батерията ще остане в камерата заедно с товара. Той ще работи добре дори при 5 ° C и ще служи като някакъв термичен буфер, подобен на бутилка с вода.
14. Прикрепете двете температурни сонди (сондата на бутилката на термометъра и сондата Arduino) към основата на централната тръба с помощта на високозалепваща лента.
15. Вътре в охладителя използвайте алуминиева лента, за да прикрепите вентилатора, така че да се издуха надолу в ъгловата тръба. Свържете проводниците му към проводниците от контролера. Вентилаторът издухва ъгловата тръба и супер охладеният ще излезе в товарната камера от централната тръба.

Стъпка 7: Стартиране и работа на охладителя

1. Форматирайте Micro SD картата - температурата ще бъде записана в този чип
2. Заредете 12 -волтовата батерия
3. Купете 25,3 фунта (11,34 кг) блок сух лед, нарязан на размери 8 в х 8 в х 5 в (20 см х 20 см х 13 см).
4. Инсталирайте ледения блок, като първо поставите блока върху кърпа върху маса. Плъзнете сребърната подложка Mylar върху блока, така че да се открие само долната повърхност. Сега повдигнете целия блок, обърнете го така, че голият лед да гледа нагоре и плъзнете целия блок в камерата за сух лед под по -хладния под.
5. Сменете по -хладния под. Използвайте алуминиева лента, за да залепите външния ръб на пода.
6. Поставете 12 -волтовата батерия в корпуса на охладителя. Може да искате да го закрепите към по -хладната стена с ленти от високозалепваща лента.
7. Свържете захранващия проводник на контролера към батерията.
8. Проверете дали температурните сонди са здраво залепени.
9. Заредете бутилки с вода в товарното отделение, за да запълните почти цялото пространство. Те ще буферират температурата.
10. Поставете охладителя някъде далеч от пряка слънчева светлина и оставете 3-5 часа, за да се стабилизира температурата на 5C.
11. След като температурите се стабилизират, могат да се добавят чувствителни към температурата елементи чрез премахване на бутилки с вода и запълване на този обем с товар.
12. Този охладител с нов заряд лед и мощност ще поддържа контролиран 5C до 10 дни без допълнителна мощност или лед. Работата е по -добра, ако охладителят се пази от пряка слънчева светлина. Охладителят може да се премества и е устойчив на удари в повечето отношения; тя обаче трябва да се държи изправена. Ако се преобърне, просто го изправете назад, без да навредите.
13. Останалата електрическа мощност в батерията може да бъде измерена директно с малък волтов метър. Системата изисква минимум 9 волта, за да функционира правилно.
14. Останалият лед може да бъде измерен директно с метална лента чрез измерване надолу по централния отвор на тръбата до горния ръб на PVC тръбата. Вижте приложената таблица за измервания на оставащото тегло на леда.
15. Данните за регистриране на температурата могат да бъдат изтеглени чрез свързване на USB кабела към лаптоп, работещ с Arduino IDE. Свържете и отворете Serial Monitor. Arduino автоматично ще се рестартира и ще прочете пълното излизане през серийния монитор. Охладителят ще продължи да функционира без прекъсване.
16. Данните могат да бъдат изтеглени от приложената MicroSD карта, но системата трябва да бъде изключена, преди да извадите малкия чип!

Стъпка 8: Бележки и данни

Този охладител е проектиран да бъде приличен баланс между размер, тегло, капацитет и време на охлаждане. Точните размери, описани в плановете, могат да се считат за отправна точка по подразбиране. Те могат да бъдат модифицирани, за да отговарят по -добре на вашите нужди. Ако например имате нужда от по-дълго време за охлаждане, камерата за сух лед може да бъде конструирана с по-голям обем за повече лед. По същия начин товарната камера може да бъде изградена по -широка или по -висока. Трябва обаче да се внимава експериментално да се докажат всички промени в дизайна, които правите. Малките промени могат да окажат голямо влияние върху цялостната производителност на системата.

Приложените документи включват експериментални данни, записани чрез разработването на охладителя. Включен е и изчерпателен списък с части за закупуване на всички консумативи. Освен това прикачих работни версии на скиците на Arduino, въпреки че изтеглянията по -горе от GitHub най -вероятно ще бъдат по -актуални.

Стъпка 9: Връзки към онлайн ресурси

PDF версия на тази инструкция може да бъде изтеглена изцяло, вижте включения файл за този раздел.

Посетете хранилището на GitHub за този проект:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Втора награда в конкурса Arduino 2019