Temperatūros kontroliuojama vakcina ir insulino aušintuvas: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Išlaikyti vėsumą gelbsti gyvybes

Besivystančiame pasaulyje vakcinos yra pagrindinė gynybos linija nuo pavojingų ligų, tokių kaip Ebola, gripas, cholera, tuberkuliozė ir dengės karštligė. Gabenant vakcinas ir kitas gyvybę gelbstinčias medžiagas, tokias kaip insulinas ir kraujas, reikia atidžiai kontroliuoti temperatūrą.

Pirmojo pasaulio logistika dažniausiai sugenda, kai tiekiamos medžiagos į ribotų išteklių regionus. Daugelyje kaimo medicinos klinikų trūksta finansavimo ar energijos įprastoms šaldymo sistemoms.

Insulinas, žmogaus kraujas ir daugelis įprastų vakcinų turi būti laikomi 2–8 ° C temperatūroje. Lauke tai gali būti sunku išlaikyti, nes elektrinis šaldymas reikalauja per daug energijos, o pasyviems ledo aušintuvams trūksta termostato valdymo.

Arduino į pagalbą

Šis projektas sujungia kompaktišką sauso ledo (kieto anglies dioksido) aušinimo galią ir skaitmeninio temperatūros valdymo tikslumą. Naudojant sausą ledą per šaltą vakcinai, insulinui ar kraujui transportuoti, nes jis gali lengvai užšalti. Šio projekto aušintuvo konstrukcija išsprendžia užšalimo problemą, įdėjus sausą ledą į atskirą kamerą po krovinių aušintuvu. Bešepetėlinis kompiuterio ventiliatorius naudojamas, jei reikia, per krovinių skyrių cirkuliuoti mažas atšaldyto oro dozes. Šį ventiliatorių valdo tvirtas „Arduino“mikrovaldiklis, veikiantis tikslumo (PID) temperatūros valdymo kilpa. Kadangi „Arduino“sistema veikia labai mažai elektros energijos, ši sistema gali būti mobili kaip ledo skrynia, tačiau reguliuojama temperatūra kaip įjungiamas šaldytuvas.

Kam skirtas šis projektas?

Tikiuosi, kad padarydama šią sistemą nemokamą ir atviro kodo, ji įkvėps humanitarinius inžinierius ir pagalbos darbuotojus ieškoti būdų, kaip gaminti naudingas technologijas beveik iki poreikio.

Šį projektą ketina statyti studentai, inžinieriai ir pagalbos darbuotojai vietovėse, kuriose susiduria humanitariniai iššūkiai. Medžiagos, dalys ir reikmenys paprastai yra prieinami daugelyje pasaulio miestų net skurdžiausiose šalyse. Pateikdami planus nemokamai per „Instructables“, mes suteikiame technologijoms lankstumo kaštų ir mastelio atžvilgiu. Šių arduino-ledo aušintuvų decentralizuota gamyba gali būti svarbi galimybė, galinti išgelbėti gyvybes.

Baigtos aušintuvo specifikacijos:

• Krovinio tūris: ne daugiau kaip 6,6 galono (25 l), rekomenduojama 5 litrai (19 l) su buferiniais buteliais.
• Didžiausias krovinio tūris: 35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm

Aušinimo galia: Išlaiko 5 ° C 10–7 dienas atitinkamai 20–30 ° C aplinkos aplinkoje

Maitinimo šaltinis: sausas ledas ir užtvindyta 12 voltų jūrinių elementų baterija

Visiems matmenims: 24 x 24 x 32 colių aukščio (61 cm x 61 cm x 66,6 cm aukščio)

Visam svoriui: 33,3 svaro (15,1 kg) tuščias be ledo / 63,6 svaras (28,6 kg) su visu ledu ir kroviniu

Temperatūros reguliavimas: PID valdiklis palaiko 5 ° C +-0,5 ° C

Medžiagos: statybinės klasės uždaros putos ir statybiniai klijai su IR atspindinčia izoliacine danga

1 žingsnis: projekto sąranka

Darbo sritis:

Šiam projektui reikia šiek tiek pjauti ir klijuoti stireno putplasčio izoliaciją. Dėl to gali susidaryti dulkių, ypač jei pasirinksite naudoti peilį, o ne pjūklą. Būtinai naudokite dulkių kaukę. Be to, labai naudinga po ranka turėti parduotuvę-valytuvą, kad išvalytumėte dulkes

Džiovinant statybiniai klijai gali išskirti dirginančius dūmus. Būtinai atlikite klijavimo ir glaistymo veiksmus gerai vėdinamoje vietoje

Norint surinkti „arduino“priedus, reikia naudoti lituoklį. Jei įmanoma, naudokite lydmetalį be švino ir būtinai dirbkite gerai apšviestoje, gerai vėdinamoje vietoje

Visi įrankiai:

• Diskinis pjūklas arba peilis
• Akumuliatorinis gręžtuvas su 1,75 colio skylės pjūklo antgaliu
• Lituoklis ir lydmetalis
• Lengvesnis arba šilumos pistoletas
• 4 pėdų tiesus kraštas
• Sharpie žymeklis
• Ratchet dirželiai
• Ruletė
• Sandarinimo vamzdelio dozatorius
• Vielos pjaustytuvas/nuėmikliai
• Dideli ir maži atsuktuvai ir įprasti

Visi reikmenys:

Elektronikos reikmenys

• Susitraukiantis vamzdelis 1/8 ir 1/4 colio
• Grandinės plokštės kaiščių antgaliai (kištukiniai lizdai ir kaiščiai)
• ABS plastikinė elektros dėžutė su skaidriu dangteliu, dydis 7,9 x 4,7 x 2,94 colio (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Įkraunama sandari švino rūgšties baterija, 12V 20AH. AE HR1280W ar pan.
• „Arduino Uno R3“mikrovaldiklio plokštė ar pan
• „Arduino“sukraunama prototipo plokštė: „Alloet mini“duonos lentos prototipo skydas V.5 arba panašus.
• MOSFET tvarkyklės modulis IRF520 arba panašus
• Skaitmeninis temperatūros jutiklis DFRobot DS18B20 vandeniui nepralaidžių kabelių pakuotėje
• Bešepetėlis 12 V kompiuterio aušinimo ventiliatorius: 40 mm x 10 mm 12 V 0,12 A.
• „Micro SD“kortelių skaitytuvas: „Adafruit ADA254“
• Realaus laiko laikrodis: „pasidaryk pats“DS3231, pagrįstas DS1307 RTC
• Realaus laiko laikrodžio baterija: LIR2032 monetos elementas)
• 4,7 K omų rezistorius
• 26 gabaritinės sukabintos vielos ritės (raudona, juoda, geltona)
• Dviejų laidų laido ilgis (3 pėdos arba 1 m) 12 gabaritų sruogos (akumuliatoriaus prijungimo laidas)
• Automobilio ašmenų saugiklių laikiklis ir 3 amperų ašmenų saugiklis (skirtas naudoti su baterija)
• USB spausdintuvo kabelis (įveskite nuo vyrų iki b vyrų)
• Vielinė veržlė (12 gabaritų)

Juostos ir klijai

• Didelio sukibimo įrankių juosta 2 colių pločio x 50 pėdų ritinys („Gorilla“juosta ar panaši)
• Silikoninis sandariklis, vienas vamzdelis
• Statybiniai klijai, 2 vamzdeliai. (Skysti nagai ar panašūs)
• Aliuminio krosnies juosta, 2 colių pločio x 50 pėdų ritinys.
• Lipnios kabliuko ir kilpos juostelės (viso reikia 1 colio pločio x 12 colių)

Statybinių medžiagų reikmenys

• 2 x 4 pėdų x 8 pėdų x 2 colių storio (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) putplasčio izoliaciniai lakštai
• 2 pėdų x 25 pėdų ritinys dvigubos atspindinčios oro ritininės krosnies izoliacijos, sidabrinis burbulas.
• 2 x trumpi PVC vamzdžiai, 1 1/2 colio vidinio skersmens x Sch 40. supjaustyti iki 13 colių ilgio.

Specialios prekės

• Vakcinos termometras: „Thomas Traceable šaldytuvas/šaldiklis plius termometras su vakcinos butelio zondu“ir atsekamas kalibravimo sertifikatas ar panašiai.
• 2 x gėlių stiebo buteliai, skirti skysčiui buferizuoti vandeniui atsparius temperatūros daviklius DS18B20.

2 žingsnis: Iškirpkite putų dalis

Išspausdinkite išpjovos raštą, kuriame yra daugybė stačiakampių, kuriuos reikia iškirpti iš dviejų 4 mm x 8 pėdų x 2 colių (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) lakštų iš standžių uždarų porolono putų.

Tiesiu kraštu ir žymekliu atsargiai nubrėžkite putų lakštų pjovimo linijas. Putplastis gali būti nupjautas, nubraukiant jį peiliu, tačiau lengviausia tai atlikti naudojant diskinį pjūklą. Pjaustant putas pjūklu, susidaro dulkės, kurių negalima įkvėpti. Reikia laikytis svarbių atsargumo priemonių:

• Dėvėkite dulkių kaukę.
• Dulkių surinkimui naudokite prie pjūklo pritvirtintą vakuuminę žarną.
• Jei įmanoma, pjaukite lauke.

3 žingsnis: Surinkite aušintuvą iš putplasčio lakštų

Pridedamose skaidrėse išsamiai aprašoma, kaip surinkti visą aušintuvą iš putplasčio lakštų ir sidabrinės burbulinės plėvelės izoliacijos. Svarbu, kad statybiniai klijai išdžiūtų tarp kelių skirtingų žingsnių, todėl turėtumėte planuoti maždaug tris dienas, kad atliktumėte visus šiuos veiksmus.

4 žingsnis: Surinkite valdiklio sistemą

Šie vaizdai rodo, kaip surinkti elektronikos komponentus ant prototipo plokštės, kad būtų sukurta aušintuvo temperatūros valdymo sistema. Paskutinis įtrauktas vaizdas yra visa sistemos schema.

5 veiksmas: programinės įrangos sąranka ir testavimas

Pirmiausia išbandykite šį sąrankos eskizą

Sąrankos eskizas atlieka du dalykus. Pirma, tai leidžia nustatyti laiką ir datą realiojo laiko laikrodyje (RTC). Antra, jis išbando visus aušintuvo valdiklio išorinius komponentus ir suteikia jums nedidelę ataskaitą per serijinį monitorių.

Atsisiųskite naujausią sąrankos eskizą čia: „CoolerSetupSketch“iš „GitHub“

Atidarykite eskizą „Arduino IDE“. Slinkite žemyn iki kodo bloko, komentuojamo kaip „Nustatyti laiką ir datą čia“. Įveskite dabartinį laiką ir datą. Dabar, prieš įkeldami eskizą, dar kartą patikrinkite, ar šie išoriniai įrenginiai yra nustatyti ir paruošti (žr. Pridėtą elektros schemą):

• Temperatūros zondas prijungtas prie vieno iš trijų kontaktų lizdų
• „Micro SD“kortelė įdėta į skaitytuvo modulį
• Monetų baterija įdėta į realaus laiko laikrodžio (RTC) modulį
• Prijunkite laidus, prijungtus prie kompiuterio ventiliatoriaus
• Saugiklis akumuliatoriaus laido saugiklių laikiklyje.
• „Arduino“prijungtas prie akumuliatoriaus (BŪTINAS, kad jis nėra prijungtas atgal! + Prie VIN, - prie GND!)

„Arduino IDE“lentų sąraše pasirinkite „Arduino UNO“ir įkelkite. Kai įkėlimas bus baigtas, viršuje esančiame išskleidžiamajame meniu pasirinkite Įrankiai / Serijinis monitorius. Tai turėtų parodyti nedidelę sistemos ataskaitą. Idealiu atveju jis turėtų perskaityti kažką panašaus:

Aušintuvo sąrankos eskizas-versija 190504SISTEMOS BANDYMO PASTABA ---------------------- TIKRINIMAS REALIAUS LAIKO LAIKRODIS: laikas [20:38] data [2019-06-06] BANDYMO TEMP. JUTIKLIS: 22.25 C TESTING SD CARD: init done Rašymas į dataLog.txt … dataLog.txt: Jei galite tai perskaityti, jūsų SD kortelė veikia! BANDYMO VENTILIATORIUS: Ar ventiliatorius pulsuoja ir įjungia? SISTEMOS BANDYMO PABAIGA ----------------------

Ištaisykite sistemą

Paprastai man viskas niekada nevyksta taip, kaip planuota. Kai kuri sistema tikriausiai neveikė tinkamai. Tikimasi, kad sąrankos eskizas suteiks užuominą - laikrodį? SD kortelė? Dažniausios bet kurio mikrovaldiklio projekto problemos paprastai yra susijusios su vienu iš šių:

• pamiršote įdėti saugiklį į akumuliatoriaus laidą, todėl nėra energijos
• pamiršote įdėti „micro SD“kortelę į skaitytuvą, todėl sistema kabo
• pamiršote įdėti bateriją į realaus laiko laikrodį (RTC), todėl sistema kabo
• prijungti jutikliai yra laisvi, atjungti arba prijungti atvirkščiai
• komponentų laidai paliekami atjungti arba prijungti prie netinkamo (-ų) „Arduino“kaiščio (-ių)
• netinkamas komponentas prijungtas prie netinkamų kaiščių arba prijungtas atgal
• yra netinkamai pritvirtinta viela, kuri viską sutrumpina

Įdiekite valdiklio eskizą

Sėkmingai išbandžius „CoolerSetupSketch“, laikas įdiegti visą valdiklio eskizą.

Atsisiųskite naujausią valdiklio eskizą čia: „CoolerControllerSketch“

Prijunkite „Arduino“prie kompiuterio naudodami USB kabelį ir įkelkite eskizą naudodami „Arduino IDE“. Dabar esate pasirengęs fiziškai įdiegti visą sistemą į aušintuvo korpusą.

6 veiksmas: įdiekite „Arduino“sistemą

Šie veiksmai gali būti laikomi kontroliniu sąrašu arba visos elektronikos įdiegimu. Norėdami atlikti šiuos veiksmus, žiūrėkite pridėtas gatavo projekto nuotraukas. Nuotraukos padeda!

1. Prie „Arduino UNO“modulio prijunkite porą ventiliatoriaus laidų.
2. Prie „Arduino UNO“modulio prijunkite porą 12 voltų maitinimo laidų.
3. Pritvirtinkite DS18B20 temperatūros jutiklius prie „Arduino UNO“modulio. Tiesiog prijunkite jutiklį prie vieno iš 3 kontaktų lizdo (-ų), kurį įdiegėme prototipo plokštėje. Atkreipkite dėmesį į laidų spalvas, raudona - teigiama, juoda - neigiama, o geltona arba balta - trečią duomenų kaištį.
4. Prijunkite USB spausdintuvo kabelį prie „Arduino“USB jungties.
5. Naudokite 1,75 colių skylių pjūklą, kad išgręžtumėte didelę apvalią skylę elektronikos dėžutės apačioje.
6. Pritvirtinkite „Arduino UNO“modulį prie elektronikos dėžutės apačios, naudodami lipnias kablio ir kilpos tvirtinimo juosteles.
7. Pritvirtinkite kalibruotą vakcinos termometrą prie skaidraus dėžutės dangtelio apačios su kabliukais ir kilpomis. Prijunkite mažą skysčio buferinio butelio zondo laidą.

8. Per dėžutę apačioje išveskite šiuos laidus:

   • 12 voltų maitinimo laidai (12-18 gabaritų varinė 2 laidų garsiakalbio viela)
   • „Arduino“temperatūros jutiklis (-ai) (DS18B20 su 3 kontaktų antgalio jungtimi kiekvienoje)
   • USB spausdintuvo kabelis (nuo A tipo iki B tipo vyrų)
   • Vakcinos termometro zondas (įeina su kalibruotu termometru)
   • Ventiliatoriaus laidai (susukta 26 vnt. Jungiamoji viela)
9. Atidarykite aušintuvo dangtį ir peiliu arba gręžtuvu padarykite 3/4 colio (2 cm) skylę per dangtelį šalia vieno iš galinių kampų. (Žiūrėkite pridėtas nuotraukas) Išspauskite per „mylar“burbulo plėvelės dangą.
10. Visą, išskyrus USB laidą, perjunkite iš valdymo dėžutės žemyn per dangtelį iš viršaus. Uždėkite dėžutę ant dangtelio, kai USB kabelis pakabinamas, kad vėliau galėtumėte jį pasiekti. Pritvirtinkite dėžutę didelio lipnumo juostele.
11. Ant dėžutės užsukite skaidrų elektronikos dėžės dangtį.
12. Sukurkite papildomos sidabrinės mylar burbulinės plėvelės izoliacijos dangtelį, kad uždengtumėte dėžutę ir apsaugotumėte ją nuo tiesioginių saulės spindulių. (Žiūrėkite pridėtas nuotraukas.)
13. Šaldytuvo viduje įdėkite 12 voltų 20AH bateriją šalia skyriaus. Baterija liks kameros viduje kartu su kroviniu. Jis veiks gerai net esant 5 ° C temperatūrai ir tarnaus kaip terminis buferis, panašus į vandens buteliuką.
14. Pritvirtinkite abu temperatūros zondus (termometro butelio zondą ir „Arduino“zondą) prie centrinio vamzdžio pagrindo, naudodami lipnią juostelę.
15. Aušintuvo viduje naudokite aliuminio juostą, kad pritvirtintumėte ventiliatorių taip, kad jis pūstų į kampinį vamzdį. Prijunkite jo laidus prie laidų iš valdiklio. Ventiliatorius pučia kampinį vamzdį, o ypač atšaldytas iš centrinio vamzdžio pateks į krovinių kamerą.

7 žingsnis: aušintuvo paleidimas ir veikimas

1. Formatuokite „Micro SD“kortelę - temperatūra bus registruojama šiame luste
2. Įkraukite 12 voltų bateriją
3. Įsigykite 25 svarų (11,34 kg) sauso ledo bloką, supjaustytą 20 x 20 cm x 13 cm dydžio.
4. Įdiekite ledo bloką, pirmiausia padėdami jį ant stalo rankšluosčiu. Stumkite sidabrinį „Mylar“įdėklą ant bloko taip, kad būtų matomas tik apatinis paviršius. Dabar pakelkite visą bloką, apverskite, kad plikas ledas būtų į viršų, ir įstumkite visą bloką į sauso ledo kamerą žemiau aušintuvo grindų.
5. Pakeiskite aušintuvo grindis. Naudokite aliuminio juostą, kad pritvirtintumėte aplink išorinį grindų kraštą.
6. Įdėkite 12 voltų bateriją į aušintuvo korpusą. Galbūt norėsite jį pritvirtinti prie vėsesnės sienos aukštos lipnios juostos juostelėmis.
7. Prijunkite valdiklio maitinimo laidą prie akumuliatoriaus.
8. Patikrinkite, ar temperatūros zondai yra saugiai užklijuoti.
9. Įdėkite vandens butelius į krovinių skyrių, kad užpildytumėte beveik visą erdvę. Jie sumažins temperatūrą.
10. Nustatykite aušintuvą kur nors nuo tiesioginių saulės spindulių ir palaukite 3–5 valandas, kol temperatūra stabilizuosis 5 ° C temperatūroje.
11. Kai temperatūra stabilizuojasi, temperatūrai jautrių daiktų galima įdėti išimant vandens butelius ir užpildant tą kiekį kroviniu.
12. Šis aušintuvas su nauju ledo ir galios įkrovimu palaikys kontroliuojamą 5C temperatūrą iki 10 dienų be jokios papildomos galios ar ledo. Veikimas bus geresnis, jei aušintuvas bus apsaugotas nuo tiesioginių saulės spindulių. Aušintuvą galima perkelti ir jis daugeliu atžvilgių yra atsparus smūgiams; tačiau jis turėtų būti laikomas vertikaliai. Jei apvirsite, tiesiog pastatykite jį atgal, jokios žalos nepadarysite.
13. Likusią elektros energiją akumuliatoriuje galima išmatuoti tiesiogiai mažu voltmetru. Norint tinkamai veikti, sistemai reikia mažiausiai 9 voltų.
14. Likusį ledą galima išmatuoti tiesiogiai metaline matavimo juosta, matuojant centrinę vamzdžio angą iki viršutinio PVC vamzdžio krašto. Likusio ledo svorio matavimus rasite pridedamoje lentelėje.
15. Temperatūros registravimo duomenis galima atsisiųsti prijungus USB laidą prie nešiojamojo kompiuterio, kuriame veikia „Arduino IDE“. Prijunkite ir atidarykite serijinį monitorių. „Arduino“automatiškai paleidžiamas iš naujo ir perskaito visą atsijungimą per serijinį monitorių. Aušintuvas ir toliau veiks be pertraukų.
16. Duomenis galima atsisiųsti iš pridedamos „MicroSD“kortelės, tačiau prieš ištraukiant mažą mikroschemą, sistema turi būti išjungta!

8 žingsnis: pastabos ir duomenys

Šis aušintuvas buvo sukurtas taip, kad būtų tinkamai suderintas dydis, svoris, talpa ir aušinimo laikas. Tikslūs planuose aprašyti matmenys gali būti laikomi numatytu pradiniu tašku. Jie gali būti modifikuoti, kad geriau atitiktų jūsų poreikius. Jei, pavyzdžiui, jums reikia ilgesnio aušinimo laiko, sauso ledo kamera gali būti pastatyta didesnio tūrio, kad būtų daugiau ledo. Panašiai krovinių kamera gali būti pastatyta platesnė arba aukštesnė. Tačiau reikia pasirūpinti, kad eksperimentiškai įrodytumėte visus jūsų atliktus dizaino pakeitimus. Maži pakeitimai gali turėti didelės įtakos bendram sistemos veikimui.

Pridedami dokumentai apima eksperimentinius duomenis, įrašytus kuriant aušintuvą. Taip pat yra išsamus dalių sąrašas, skirtas visoms reikmenims įsigyti. Be to, pridėjau darbines „Arduino“eskizų versijas, nors aukščiau pateikti „GitHub“atsisiuntimai greičiausiai bus naujesni.

9 veiksmas: nuorodos į internetinius išteklius

Šios instrukcijos PDF versiją galima atsisiųsti visiškai, žr. Įtrauktą šio skyriaus failą.

Aplankykite šio projekto „GitHub“saugyklą:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Antrasis prizas „Arduino“konkurse 2019 m