Hladilnik cepiva in insulina s temperaturno kontrolo: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ohranjanje hladnosti rešuje življenja

V svetu v razvoju so cepiva prva linija obrambe pred nevarnimi boleznimi, kot so ebola, gripa, kolera, tuberkuloza in denga. Prevoz cepiv in drugih življenjsko pomembnih materialov, kot sta insulin in kri, zahteva skrben nadzor temperature.

Logistika prvega sveta se ponavadi pokvari, ko se zaloge prevažajo v regije z omejenimi viri. Številne podeželske zdravstvene klinike nimajo sredstev ali energije za navadne hladilne sisteme.

Inzulin, človeško kri in številna običajna cepiva je treba hraniti v temperaturnem območju 2-8 ˚C. Na terenu je to težko vzdrževati, ker električno hlajenje zahteva preveč energije, pasivni hladilniki ledu pa nimajo nadzora nad termostatom.

Arduino na pomoč

Ta projekt združuje kompaktno hladilno moč suhega ledu (trdni ogljikov dioksid) z natančnostjo digitalnega nadzora temperature. Ko se sam uporablja, je suh led prehladen za transport cepiva, insulina ali krvi, ker lahko zlahka privede do zmrzovanja. Zasnova hladilnika tega projekta rešuje problem zmrzovanja tako, da suhi led postavi v ločeno komoro pod hladilnikom tovora. PC ventilator brez ščetk se uporablja za kroženje majhnih odmerkov super ohlajenega zraka po oddelku za tovor po potrebi. Ta ventilator krmili robusten mikrokrmilnik Arduino, ki vodi natančno (PID) temperaturno zanko. Ker sistem Arduino deluje na zelo majhni električni energiji, je lahko ta sistem premičen kot ledena skrinja, vendar temperaturno reguliran kot vtični hladilnik.

Komu je namenjen ta projekt?

Upam, da bo s tem, ko bo ta sistem brezplačen in odprtokoden, navdihnil humanitarne inženirje in humanitarne delavce, da poiščejo načine za proizvodnjo uporabnih tehnologij blizu točke, ki jo potrebuje.

Ta projekt so zasnovali tako, da ga bodo zgradili študenti, inženirji in humanitarni delavci na ali blizu območij, ki se soočajo s humanitarnimi izzivi. Materiali, deli in zaloge so na splošno na voljo v večini svetovnih mest celo v najrevnejših državah. Z brezplačnim dajanjem načrtov prek Instructables tehnologiji zagotavljamo fleksibilnost v smislu stroškov in razširljivosti. Decentralizirana proizvodnja teh hladilnikov arduino-led je lahko pomembna možnost s potencialom za reševanje življenj.

Specifikacije končnega hladilnika:

• Prostornina tovora: največ 6,6 litrov (25 litrov), priporočenih 5 litrov (19 litrov) z vmesnimi steklenicami.
• Največje dimenzije tovora: 35,6 x 35,6 x 20,3 cm

Hladilna zmogljivost: vzdržuje 5 ° C 10-7 dni v okolju 20-30 ° C

Vir energije: suh led in poplavljena 12 -voltna baterija morskih celic

Po vseh dimenzijah: 24 x 24 x 32 cm v višino (61 cm x 61 cm x 66,6 cm v višino)

Pri večji teži: 15,1 kg prazno brez ledu / 28,6 kg (63,6 lb) s polnim ledom in tovorom

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

Materiali: gradbena pena z zaprtimi celicami in gradbena lepila z IR odsevno izolacijsko oblogo

1. korak: Nastavitev za projekt

Delovni prostor:

Ta projekt zahteva nekaj rezanja in lepljenja izolacije iz stiren pene. To lahko povzroči nekaj prahu, še posebej, če se odločite za uporabo žage in ne noža. Uporabite masko za prah. Prav tako je zelo koristno imeti pri roki sesalnik za čiščenje prahu

Gradbeno lepilo lahko med sušenjem sprošča dražilne hlape. Korake lepljenja in tesnjenja obvezno dokončajte v dobro prezračevanem prostoru

Sestavljanje dodatnih komponent arduino zahteva uporabo spajkalnika. Kadar je mogoče, uporabite spajkanje brez svinca in delajte v dobro osvetljenem in dobro prezračevanem prostoru

Vsa orodja:

• Krožna žaga ali točkovalni nož
• Akumulatorski vrtalnik z 1,75 -palčnim svedrom za luknje
• Spajkalnik in spajkanje
• Vžigalnik ali toplotna pištola
• 4-metrski ravni rob
• Označevalec ostrine
• Trakovi z ragljo
• Merilni trak
• Razpršilnik cevnih tesnil
• Rezalnik/odstranjevalec žice
• Izvijači veliki in majhni, izvirni in navadni

Vse zaloge:

Potrošni material za elektroniko

• Skrčljive cevi 1/8 in 1/4 palca
• Glave zatičev vezja (ženske vtičnice in moški zatiči)
• ABS plastična električna škatla s prozornim pokrovom, velikost 7,9 "x4,7" x2,94 "(200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Zaprta zapečatena svinčevo -kislinska baterija, 12V 20AH. NPP HR1280W ali podobno.
• Plošča za mikrokrmilnik Arduino Uno R3 ali podobna
• Arduino zložljiva prototipna plošča: prototipni ščit Alloet mini plošče V.5 ali podoben.
• Gonilniški modul MOSFET IRF520 ali podoben
• Digitalni temperaturni senzor DFRobot DS18B20 v vodotesnem paketu kablov
• Brezkrtačni 12V ventilator za hlajenje računalnika: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Bralnik kartic Micro SD: Adafruit ADA254
• Ura v realnem času: DIYmore DS3231, ki temelji na DS1307 RTC
• Baterija za uro v realnem času: gumbna celica LIR2032)
• 4,7 K-ohmski upor
• 26-metrski nasedli priključni žični koluti (rdeča, črna, rumena)
• Dolžina 2-žilne žice (3 ft ali 1 m) 12-metrski nased (žica za priklop baterije)
• Nosilec varovalk za avtomobilske rezila in varovalka z rezilom 3 amp (za uporabo z baterijo)
• USB tiskalniški kabel (vnesite moški do b moški)
• Žična matica (12 gauge)

Dobavitelj trakov in lepil

• Uporabni trak z visoko oprijemljivostjo 2 palcev širok x 50 čevljev (Gorilla Tape ali podobno)
• Silikonska tesnila, ena cev
• Gradbeno lepilo, 2 cevi. (Tekoči nohti ali podobno)
• Trak iz aluminijeve peči, 2 palca širok x 50 čevljev.
• Samolepilni trakovi s kljukami in zankami (1 cm širok x 12 palcev skupaj)

Dobava gradbenih materialov

• 2 x 4 čevlje x 8 čevljev x 2 palca debele (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) izolacijske plošče iz pene
• 2 ft x 25 ft zvitek izolacije peči z dvojno odsevno zračno pečjo, srebrni mehurček.
• 2 x kratke PVC cevi, notranji premer 1 1/2 palca x Sch 40. razrezane na 13 palcev.

Posebne potrebščine

• Termometer za cepivo: „Thomas sledljiv hladilnik/zamrzovalnik Plus termometer s steklenico za cepivo“in sledljiv kalibracijski certifikat ali podobno.
• 2 x steklenice s cvetličnim steblom za pufriranje tekočin vodotesnih temperaturnih sond DS18B20.

2. korak: Izrežite dele pene

Natisnite rezalni vzorec, ki prikazuje številne pravokotnike, ki jih je treba izrezati iz dveh listov 4 x 4 x 8 ft x 2 in (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) iz trdne izolacije iz zaprte celice.

Z ravnim robom in markerjem previdno potegnite črte za rezanje listov pene. Peno lahko razrežete tako, da jo zarežete s pomožnim nožem, vendar je za to najlažje uporabiti krožno žago. Rezanje pene z žago pa povzroča prah, ki ga ne smete vdihavati. Upoštevati je treba pomembne varnostne ukrepe:

• Nosite masko za prah.
• Za zbiranje prahu uporabite vakuumsko cev, pritrjeno na žago.
• Rezanje naredite zunaj, če je mogoče.

3. korak: Sestavite hladilnik iz penastih listov

Priloženi diapozitivi podrobno opisujejo, kako sestaviti celoten hladilnik iz listov pene in izolacije iz mehurčkov. Pomembno je, da se gradbeno lepilo posuši med nekaj različnimi koraki, zato načrtujte porabo približno 3 dni za dokončanje vseh teh korakov.

4. korak: Sestavite krmilni sistem

Naslednje slike prikazujejo, kako sestavite elektronske komponente na prototipni plošči, da ustvarite sistem za nadzor temperature hladilnika. Zadnja vključena slika je celotna shema sistema za vašo referenco.

5. korak: Namestitev in testiranje programske opreme

Najprej poskusite to skico za nastavitev

Skica namestitve naredi dve stvari. Prvič, omogoča nastavitev časa in datuma v uri za realni čas (RTC). Drugič, preizkusi vse zunanje komponente krmilnika hladilnika in vam poda nekaj poročil prek serijskega monitorja.

Najnovejšo skico namestitve prenesite tukaj: CoolerSetupSketch z GitHub -a

Odprite skico v Arduino IDE. Pomaknite se navzdol do bloka kode, ki je komentiran kot "Tu nastavite čas in datum." Vnesite trenutni čas in datum. Preden naložite skico, dvakrat preverite, ali so naslednje zunanje naprave nastavljene in pripravljene (glejte priloženo električno shemo):

• Sonda za temperaturo je priključena v eno od 3 -polnih vtičnic
• Kartica Micro SD je vstavljena v bralni modul
• Gumbna baterija vstavljena v modul ure realnega časa (RTC)
• Priključite žice, povezane z ventilatorjem računalnika
• Varovalka v nosilcu varovalke na žici akumulatorja.
• Arduino priključen na baterijo (VARNO, da ni ožičen nazaj! + Na VIN, - na GND!)

V Arduino IDE na seznamu plošč izberite Arduino UNO in naložite. Ko je nalaganje končano, v spustnem meniju na vrhu izberite Orodja / Serijski monitor. To bi moralo prikazati malo sistemsko poročilo. V idealnem primeru bi se moralo glasiti nekako takole:

Skica nastavitve hladilnika-različica 190504ZAPAK TESTIRANJA SISTEMA ---------------------- TESTIRANJE URDIČNE URE: ura [20:38] datum [1.6.2019] TESTIRANJE TEMP. SENZOR: 22,25 C TESTIRANJE KARTICE SD: init končano Pisanje v dataLog.txt… dataLog.txt: Če to lahko preberete, potem vaša kartica SD deluje! TESTIRANJE VENTILATORJA: Ali ventilator vklopi in izklopi? KONEC PRESKUSA SISTEMA ----------------------

Odpravite težave s sistemom

Ponavadi zame stvari nikoli ne gredo po načrtih. Nekateri sistemi verjetno niso delovali pravilno. Skica za nastavitev bo upala - ura? SD kartico? Najpogostejše težave pri vsakem projektu mikrokrmilnika so običajno povezane z enim od teh:

• pozabili ste vtakniti varovalko v žico akumulatorja, zato ni napajanja
• pozabili ste vstaviti kartico micro SD v bralnik, zato sistem visi
• pozabili ste vstaviti baterijo v uro realnega časa (RTC), zato sistem visi
• priključeni senzorji so ohlapni, odklopljeni ali obrnjeni
• žice za komponente ostanejo odklopljene ali povezane z napačnimi zatiči Arduino
• napačna komponenta je priključena na napačne nožice ali je ožičena nazaj
• napačno pritrjena žica, ki vse skrajša

Namestite skico krmilnika

Ko ste uspešno opravili preizkus s CoolerSetupSketch, je čas, da namestite celotno skico krmilnika.

Najnovejšo skico krmilnika prenesite tukaj: CoolerControllerSketch

Arduino povežite z računalnikom s kablom USB in naložite skico z Arduino IDE. Zdaj ste pripravljeni, da celoten sistem fizično namestite v ohišje hladilnika.

6. korak: Namestite sistem Arduino

Naslednje korake lahko obravnavate kot kontrolni seznam ali namestite vso elektroniko. Za naslednje korake si oglejte priložene fotografije dokončanega projekta. Slike v pomoč!

1. Na modul Arduino UNO pritrdite par žic ventilatorja.
2. Na modul Arduino UNO priključite par 12-voltnih napajalnih žic.
3. Senzorje temperature DS18B20 pritrdite na modul Arduino UNO. Senzor preprosto priključite v eno od 3-polnih vtičnic, ki smo jih namestili na prototipno ploščo. Bodite pozorni na barve žic, rdeča gre na pozitivno, črna na negativno, rumena ali bela pa na tretji podatkovni zatič.
4. Kabel tiskalnika USB priključite v priključek USB Arduino.
5. Z žago za luknje 1,75 "izvrtajte veliko okroglo luknjo na dnu škatle za elektroniko.
6. Modul Arduino UNO pritrdite na dno škatle za elektroniko s pomočjo samolepilnih pritrdilnih trakov.
7. Umerjeni termometer za cepivo pritrdite na spodnjo stran prozornega pokrova škatle s trakovi za pritrditev na kljuko. Priključite njeno majhno žico za steklenico s pufrom v tekočini.

8. Skozi okroglo luknjo na dnu spustite naslednje žice iz škatle:

   • 12-voltne napajalne žice (bakreni 2-žilni zvočniški kabel merilnika 12-18)
   • Senzorji temperature Arduino (DS18B20 z moškim 3 -polnim priključkom za glavo na vsakem)
   • Kabel USB tiskalnika (od moškega tipa A do moškega tipa B)
   • Sonda termometra za cepivo (priložena kalibriranemu termometru)
   • Žice ventilatorja (sukan par nasedle 26-palčne priključne žice)
9. Odprite pokrov hladilnika in z nožem ali vrtalnikom izvrtajte luknjo 3/4 palca (2 cm) skozi pokrov blizu enega od zadnjih vogalov. (Glejte priložene slike) Pokukajte skozi ovitek iz folije iz mehurčka.
10. Vse, razen kabla USB, potisnite od krmilne omarice navzdol skozi pokrov od zgoraj. Škatlo postavite na pokrov s kablom USB, ki visi, da lahko do nje dostopate pozneje. Škatlo pritrdite s trakom z visoko oprijemljivostjo.
11. Prosti pokrov škatle z elektroniko privijte na škatlo.
12. Ustvarite loputo iz dodatne srebrne izolacije iz mehurčka, ki bo pokrila škatlo in jo zaščitila pred neposredno sončno svetlobo. (Oglejte si priložene slike.)
13. V hladilniku postavite 12 -voltno baterijo 20AH blizu zadnjega dela predelka. Baterija bo ostala v komori skupaj s tovorom. Dobro bo deloval tudi pri 5 ° C in bo služil kot toplotni pufer, podoben steklenici vode.
14. Obe temperaturni sondi (sondo s termometrsko posodo in sondo Arduino) pritrdite na dno osrednje cevi z visoko lepilnim trakom.
15. Znotraj hladilnika z aluminijastim trakom pritrdite ventilator, tako da odpihne v kotno cev. Priključite njegove žice na žice iz krmilnika. Ventilator piha po vogalni cevi in super ohlajen bo iz središčne cevi pritekel v tovorno komoro.

7. korak: zagon in delovanje hladilnika

1. Formatirajte kartico Micro SD - temperatura bo zabeležena v tem čipu
2. Napolnite 12 -voltno baterijo
3. Kupite kos suhega ledu (11,34 kg), narezan na dimenzije 8 x 8 x 5 x 5 palcev (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Ledeni blok namestite tako, da ga najprej položite na brisačo na mizo. Srebrno podlogo Mylar potisnite po bloku, tako da je izpostavljena le spodnja površina. Zdaj dvignite celoten blok, ga obrnite, tako da je goli led obrnjen navzgor, in potisnite celoten blok v komoro za suh led pod hladnejšim dnom.
5. Zamenjajte hladnejša tla. Z aluminijastim trakom zalepite zunanji rob tal.
6. 12 -voltno baterijo vstavite v ohišje hladilnika. Morda ga boste želeli pritrditi na hladnejšo steno s trakovi visokega lepilnega traku.
7. Napajalni kabel regulatorja priključite na baterijo.
8. Preverite, ali so temperaturne sonde dobro pritrjene.
9. V prtljažni prostor naložite steklenice z vodo, da zapolnite skoraj ves prostor. Ti bodo zaščitili temperaturo.
10. Hladilnik postavite nekje stran od neposredne sončne svetlobe in pustite 3-5 ur, da se temperatura stabilizira pri 5C.
11. Ko se temperature stabilizirajo, lahko dodate temperaturno občutljive predmete, tako da odstranite steklenice z vodo in napolnite to količino s tovorom.
12. Ta hladilnik s svežim nabojem ledu in moči bo vzdržal nadzorovano temperaturo 5C do 10 dni brez dodatne moči ali ledu. Učinkovitost je boljša, če hladilnik ni na neposredni sončni svetlobi. Hladilnik je mogoče premakniti in je v večini vidikov odporen na udarce; vendar ga je treba držati pokonci. Če ga prevrnete, ga preprosto dvignite in ni škode.
13. Preostalo električno moč v akumulatorju lahko izmerite neposredno z majhnim voltmetrom. Za pravilno delovanje sistem potrebuje najmanj 9 voltov.
14. Preostali led lahko izmerite neposredno z merilnikom kovinskega traku z merjenjem po sredinski luknji do zgornjega roba PVC cevi. Za meritve preostale teže ledu glejte priloženo tabelo.
15. Podatke o zapisovanju temperature lahko prenesete tako, da kabel USB priključite na prenosni računalnik z Arduino IDE. Povežite se in odprite serijski monitor. Arduino se bo samodejno znova zagnal in prebral celotno odjavo prek serijskega monitorja. Hladilnik bo še naprej deloval brez prekinitev.
16. Podatke lahko prenesete s priložene kartice MicroSD, vendar morate sistem izklopiti, preden izvlečete drobni čip!

8. korak: Opombe in podatki

Ta hladilnik je bil zasnovan kot dostojno ravnovesje velikosti, teže, zmogljivosti in časa hlajenja. Natančne mere, opisane v načrtih, se lahko štejejo za privzeto izhodišče. Lahko jih spremenite tako, da bolje ustrezajo vašim potrebam. Če na primer potrebujete daljši čas hlajenja, lahko suholedeno komoro sestavite z večjo prostornino za več ledu. Prav tako je tovorna komora lahko zgrajena širše ali višje. Vendar je treba paziti, da eksperimentalno dokažete vse spremembe v načrtu. Majhne spremembe lahko močno vplivajo na splošno delovanje sistema.

Priloženi dokumenti vključujejo eksperimentalne podatke, zabeležene z razvojem hladilnika. Priložen je tudi obsežen seznam delov za nakup vseh potrebščin. Poleg tega sem priložil delovne različice skic Arduino, čeprav bodo zgornji prenosi GitHub najverjetneje bolj aktualni.

9. korak: Povezave do spletnih virov

PDF različico tega priročnika lahko v celoti prenesete, glejte priloženo datoteko tega razdelka.

Obiščite skladišče GitHub za ta projekt:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Druga nagrada na tekmovanju Arduino 2019