Temperatūras kontrolēta vakcīna un insulīna dzesētājs: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Saglabājot vēsumu, tiek glābtas dzīvības

Jaunattīstības valstīs vakcīnas ir pirmā aizsardzības līnija pret tādām bīstamām slimībām kā Ebola, gripa, holēra, tuberkuloze un tropu drudzis. Lai pārvadātu vakcīnas un citus dzīvību glābjošus materiālus, piemēram, insulīnu un asinis, nepieciešama rūpīga temperatūras kontrole.

Pirmās pasaules loģistikai ir tendence sabrukt, ja piegādes tiek nogādātas reģionos ar ierobežotiem resursiem. Daudzām lauku medicīnas klīnikām trūkst finansējuma vai enerģijas parastajām saldēšanas sistēmām.

Insulīns, cilvēka asinis un daudzas parastās vakcīnas jāglabā temperatūrā no 2 līdz 8 ˚C. Laukos to var būt grūti uzturēt, jo elektriskā dzesēšana prasa pārāk lielu jaudu, un pasīvajiem ledus dzesētājiem trūkst termostata kontroles.

Arduino palīgā

Šis projekts apvieno sausā ledus (cietā oglekļa dioksīda) kompakto dzesēšanas jaudu un digitālās temperatūras kontroles precizitāti. Lietojot sausu ledu pats par sevi, tas ir pārāk auksts, lai pārvadātu vakcīnu, insulīnu vai asinis, jo tas var viegli izraisīt sasalšanu. Šī projekta dzesētāja dizains atrisina sasalšanas problēmu, ievietojot sauso ledu atsevišķā kamerā zem kravas dzesētāja. Izmantojot bezsuku datora ventilatoru, pēc nepieciešamības cirkulē caur kravas nodalījumu nelielas super atdzesēta gaisa devas. Šo ventilatoru kontrolē spēcīgs Arduino mikrokontrolleris, kas darbojas ar precizitātes (PID) temperatūras kontroles cilpu. Tā kā Arduino sistēma darbojas ar ļoti mazu elektroenerģiju, šī sistēma var būt mobila kā ledus lāde, bet regulējama temperatūra kā ledusskapis ar kontaktdakšu.

Kam paredzēts šis projekts?

Es ceru, ka, padarot šo sistēmu par brīvu un atvērtu pirmkodu, tā iedvesmos humanitāros inženierus un palīdzības darbiniekus meklēt veidus, kā ražot noderīgas tehnoloģijas tuvu vajadzīgajam punktam.

Šo projektu ir paredzēts būvēt studentiem, inženieriem un palīdzības darbiniekiem apgabalos, kas saskaras ar humānām problēmām. Materiāli, detaļas un piederumi parasti ir pieejami lielākajā daļā pasaules pilsētu pat nabadzīgākajās valstīs. Padarot plānus pieejamus bez maksas, izmantojot Instructables, mēs nodrošinām tehnoloģiju elastību izmaksu un mērogojamības ziņā. Šo arduino ledus dzesētāju decentralizēta ražošana var būt svarīga iespēja, kas var glābt dzīvības.

Gatavo dzesētāju specifikācijas:

• Kravas tilpums: ne vairāk kā 25 litri (6,6 galoni), ieteicams 5 litri (19 litri) ar buferšķīduma pudelēm.
• Maksimālie kravas tilpuma izmēri: = ~ 14 collas x 14 collas x 8 collas (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Dzesēšanas jauda: Uztur 5 ° C 10-7 dienas attiecīgi 20-30 ° C apkārtējā vidē

Barošanas avots: sausais ledus un applūdušais 12 voltu jūras elementu akumulators

Visiem izmēriem: 24 x 24 x 32 collas garš (61 cm x 61 cm x 66,6 cm garš)

Ar visu svaru: 33,1 mārciņa (15,1 kg) tukša bez ledus / 63,6 mārciņas (28,6 kg) ar pilnu ledu un kravu

Temperatūras regulēšana: PID kontrole saglabā 5 ° C +-0,5 ° C

Materiāli: celtniecības putas ar slēgtām šūnām un celtniecības līmes ar IR atstarojošu izolācijas apvalku

1. darbība: iestatīšana projektam

Darbvieta:

Šim projektam nepieciešama zināma putupolistirola izolācijas griešana un līmēšana. Tas var radīt putekļus, it īpaši, ja izvēlaties izmantot zāģi, nevis nazi. Noteikti izmantojiet putekļu masku. Ir arī ļoti noderīgi, ja pa rokai ir veikals, lai notīrītu putekļus

Būvniecības līme žāvējot var izdalīt kairinošus izgarojumus. Līmēšanas un blīvēšanas darbības noteikti veiciet labi vēdināmā vietā

Lai saliktu arduino papildkomponentus, ir jāizmanto lodāmurs. Ja iespējams, izmantojiet lodēšanu bez svina un noteikti strādājiet labi apgaismotā, labi vēdināmā vietā

Visi rīki:

• Ripzāģis vai nazis
• Akumulatora urbis ar 1,75 collu cauruma zāģa uzgali
• Lodāmurs un lodētava
• Šķiltavas vai siltuma lielgabals
• 4 pēdu taisna mala
• Sharpie marķieris
• Sprūdrata siksnas
• Mērlenta
• Cauruļu dozators
• Stiepļu griezējs/noņēmēji
• Lieli un mazi skrūvgrieži un parastie

Visas preces:

Elektronikas piederumi

• Saraušanās caurules 1/8 un 1/4 collas
• Shēmas plates tapas (sieviešu ligzdas un vīriešu tapas)
• ABS plastmasas elektriskā kaste ar caurspīdīgu vāku, izmērs 7,9 x 4,7 x 2,94 collas (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Uzlādējams noslēgts svina skābes akumulators, 12V 20AH. AES HR1280W vai līdzīga.
• Arduino Uno R3 mikrokontrollera plate vai līdzīga
• Arduino sakraujams prototipa dēlis: Alloet mini maizes dēļa prototipa vairogs V.5 vai līdzīgs.
• MOSFET draivera modulis IRF520 vai līdzīgs
• Digitālais temperatūras sensors DFRobot DS18B20 ūdensnecaurlaidīgā kabeļa iepakojumā
• Bez suku 12V datora dzesēšanas ventilators: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Micro SD karšu lasītājs: Adafruit ADA254
• Reāllaika pulkstenis: DIYmore DS3231, pamatojoties uz DS1307 RTC
• Akumulators reāllaika pulkstenim: LIR2032 monētu šūna)
• 4,7 K-omu rezistors
• 26 gabarītu vītņotas spoles (sarkanas, melnas, dzeltenas)
• 2 vadu stieples garums (3 pēdas vai 1 m) 12 gabarītu vītņots (akumulatora savienojuma vads)
• Automobiļu asmens drošinātāju turētājs un 3 ampēru asmens drošinātājs (lietošanai ar akumulatoru)
• USB printera kabelis (ierakstiet no vīrieša līdz b vīrietim)
• Stiepļu uzgrieznis (12 gab.)

Līmlentes un līmes

• Augstas saķeres lietderības lente 2 collu platumā x 50 pēdu rullis (Gorilla lente vai līdzīga)
• Silikona blīvējums, viena caurule
• Celtniecības līme, 2 caurules. (Šķidri nagi vai tamlīdzīgi)
• Alumīnija krāsns lente, 2 collu plata x 50 pēdu rullis.
• Pašlīmējošas āķu un cilpu sloksnes (kopā nepieciešamas 1 collas platas x 12 collas)

Būvmateriālu piegāde

• 2 x 4 pēdu x 8 pēdu x 2 collu biezas (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) putu izolācijas loksnes
• 2 pēdu x 25 pēdu rullis no dubultā atstarojošā gaisa ruļļa krāsns izolācijas, sudraba burbulis.
• 2 x īsas PVC caurules, 1 1/2 collu iekšējais diametrs x Sch 40. sagriezts līdz 13 collu garumam.

Speciālie piederumi

• Vakcīnas termometrs: “Thomas Traceable Refrigerator/Freezer Plus termometrs ar vakcīnas pudeles zondi” un izsekojams kalibrēšanas sertifikāts vai tamlīdzīgi.
• 2 x ziedu kāta pudeles šķidruma buferizācijai ūdensnecaurlaidīgās temperatūras zondēs DS18B20.

2. solis: izgrieziet putu daļas

Izdrukājiet griezuma rakstu, kurā redzams vairāki taisnstūri, ko izgriezt no divām 4 mm x 8 pēdas x 2 collu (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) loksnēm ar cietu slēgtu putu izolāciju.

Izmantojiet taisnu malu un marķieri, lai uzmanīgi uzzīmētu līnijas putu loksņu griešanai. Putas var sagriezt, nošķirot tās ar nazi, taču visvieglāk ir izmantot ripzāģi. Griežot putas ar zāģi, veidojas putekļi, kurus nevajadzētu ieelpot. Jāievēro svarīgi piesardzības pasākumi:

• Valkājiet putekļu masku.
• Putekļu savākšanai izmantojiet pie zāģa piestiprinātu vakuuma šļūteni.
• Ja iespējams, veiciet griešanu ārā.

3. darbība: salieciet dzesētāju no putu loksnēm

Iekļautajos slaidos ir sīki aprakstīts, kā salikt visu dzesētāju no putu loksnēm un sudraba burbuļplēves izolācijas. Ir svarīgi ļaut celtniecības līmei nožūt starp dažām dažādām darbībām, tāpēc visu šo darbību veikšanai vajadzētu plānot apmēram trīs dienas.

4. solis: salieciet kontrolieru sistēmu

Turpmākajos attēlos parādīts, kā salikt elektronikas komponentus uz prototipa plates, lai radītu dzesētāja temperatūras kontroles sistēmu. Pēdējais iekļautais attēls ir jūsu sistēmas pilnīga shēma.

5. darbība: programmatūras iestatīšana un pārbaude

Vispirms izmēģiniet šo iestatīšanas skici

Iestatīšanas skice veic divas lietas. Pirmkārt, tas ļauj iestatīt laiku un datumu reālā laika pulkstenī (RTC). Otrkārt, tas pārbauda visas dzesētāja kontroliera perifērijas sastāvdaļas un sniedz jums nelielu pārskatu, izmantojot seriālo monitoru.

Lejupielādējiet jaunāko iestatīšanas skici šeit: CoolerSetupSketch no GitHub

Atveriet skici Arduino IDE. Ritiniet uz leju līdz koda blokam, kas tiek komentēts kā “Iestatīt laiku un datumu šeit”. Ievadiet pašreizējo laiku un datumu. Pirms skices augšupielādes vēlreiz pārbaudiet, vai šādas perifērijas ierīces ir iestatītas un gatavas (skatiet pievienoto elektrisko shēmu):

• Temperatūras zonde ir pievienota vienai no 3 kontaktu kontaktligzdām
• Micro SD karte ievietota lasītāja modulī
• Monētu šūnu akumulators ir ievietots reālā laika pulksteņa (RTC) modulī
• Pievienojiet vadus, kas savienoti ar datora ventilatoru
• Drošinātājs akumulatora stieples drošinātāju turētājā.
• Arduino ir pievienots akumulatoram (PĀRLIECINOTIES, ka tas nav pieslēgts atpakaļ! + Uz VIN, - uz GND!)

Arduino IDE dēļu sarakstā atlasiet Arduino UNO un augšupielādējiet. Kad augšupielāde ir pabeigta, augšpusē esošajā nolaižamajā izvēlnē atlasiet Rīki / Sērijas monitors. Tam vajadzētu parādīt nelielu sistēmas pārskatu. Ideālā gadījumā tam vajadzētu lasīt kaut ko līdzīgu:

Dzesētāja iestatīšanas skice-versija 190504SISTĒMAS TESTA UZSĀKŠANA ---------------------- REĀLĀ LAIKA PULKSTENA TESTĒŠANA: laiks [20:38] datums [1/6/2019] TESTĒŠANAS TEMP. SENSORS: 22.25 C TESTĒŠANA SD KARTE: inicializēts Rakstīšana uz dataLog.txt… dataLog.txt: Ja jūs to varat izlasīt, tad jūsu SD karte darbojas! TESTA VENTILATORS: Vai ventilators pulsē un ieslēdzas? SISTĒMAS TESTA BEIGAS ----------------------

Problēmu novēršana sistēmā

Parasti man lietas nekad nenotiek gluži kā plānots. Iespējams, kāda sistēma nedarbojās pareizi. Iestatīšanas skice, cerams, sniegs pavedienu - pulkstenis? SD karte? Visbiežāk sastopamās problēmas ar jebkuru mikrokontrollera projektu parasti ir saistītas ar kādu no šīm darbībām:

• jūs aizmirsāt ievietot drošinātāju akumulatora vadā, tāpēc nav strāvas
• jūs aizmirsāt lasītājā ievietot micro SD karti, tāpēc sistēma karājas
• jūs aizmirsāt ievietot akumulatoru reālā laika pulkstenī (RTC), tāpēc sistēma karājas
• pievienotie sensori ir vaļīgi, atvienoti vai pievienoti atpakaļgaitā
• komponentu vadi ir atvienoti vai savienoti ar nepareizu (-ām) Arduino tapu (-ām)
• nepareiza sastāvdaļa ir pievienota nepareizajām tapām vai ir pievienota atpakaļ
• ir nepareizi piestiprināts vads, kas visu saīsina

Instalējiet kontroliera skici

Kad CoolerSetupSketch ir veiksmīgi pārbaudīts, ir pienācis laiks instalēt pilnu kontroliera skici.

Lejupielādējiet jaunāko kontroliera skici šeit: CoolerControllerSketch

Savienojiet Arduino ar datoru, izmantojot USB kabeli, un augšupielādējiet skici ar Arduino IDE. Tagad jūs esat gatavs fiziski uzstādīt visu sistēmu dzesētāja korpusā.

6. darbība: instalējiet Arduino sistēmu

Tālāk norādītās darbības var uzskatīt par kontrolsarakstu vai visas elektronikas instalēšanu. Turpmākās darbības skatiet pievienotajos gatavā projekta fotoattēlos. Bildes palīdz!

1. Pievienojiet ventilatora vadu pāri Arduino UNO modulim.
2. Pievienojiet 12 voltu barošanas vadu pāri Arduino UNO modulim.
3. Pievienojiet DS18B20 temperatūras sensorus Arduino UNO modulim. Vienkārši pievienojiet sensoru vienai no 3 kontaktu kontaktligzdām, ko mēs uzstādījām prototipa plāksnē. Pievērsiet uzmanību vadu krāsām, sarkans - pozitīvs, melns - negatīvs, bet dzeltens vai balts - 3. datu tapai.
4. Pievienojiet USB printera kabeli Arduino USB savienotājam.
5. Izmantojiet 1,75 collu caurumu zāģi, lai izurbtu lielu apaļu caurumu elektronikas kastes apakšā.
6. Pievienojiet Arduino UNO moduli elektronikas kastes apakšai, izmantojot pašlīmējošās āķa un cilpas stiprinājuma sloksnes.
7. Piestipriniet kalibrēto vakcīnas termometru kastes caurspīdīgā vāka apakšpusē ar āķa un cilpas stiprinājuma sloksnēm. Pievienojiet tās mazo šķidruma buferšķīduma pudeles zondes vadu.

8. Caur apaļo caurumu apakšā izvelciet šādus vadus no kastes:

   • 12 voltu strāvas vadi (12-18 gabarīta vītņots vara 2 vadītāju skaļruņu vads)
   • Arduino temperatūras sensors (-i) (DS18B20 ar vīriešu 3 kontaktu galvenes savienotāju katrā)
   • USB printera kabelis (no A tipa vīriešiem līdz B tipa vīriešiem)
   • Vakcīnas termometra zonde (komplektā ar kalibrētu termometru)
   • Ventilatora vadi (vītā pāra vītņotā 26 gabarīta savienojuma stieple)
9. Atveriet dzesētāja vāku un ar nazi vai urbi urbiet 3/4 collu (2 cm) caurumu caur vāku pie viena no aizmugurējiem stūriem. (Skatīt pievienotos attēlus) Ielieciet caur mylar burbuļplēves apvalku.
10. Izvadiet visu, izņemot USB vadu, no vadības kārbas uz leju caur vāku no augšas. Novietojiet kastīti uz vāka ar piekārtu USB kabeli, lai tai varētu piekļūt vēlāk. Nostipriniet kasti ar augstas saķeres lenti.
11. Uzskrūvējiet uz kastes caurspīdīgo vāku.
12. Izveidojiet atloku ar papildu sudraba mylar burbuļplēves izolāciju, lai pārklātu kastīti un pasargātu to no tiešiem saules stariem. (Skatiet pievienotos attēlus.)
13. Dzesētāja iekšpusē novietojiet 12 voltu 20AH akumulatoru netālu no nodalījuma aizmugures. Akumulators paliks kameras iekšpusē līdzās kravai. Tas labi darbosies pat pie 5 ° C un kalpos kā zināma termiska buferizācija, līdzīgi kā ūdens pudele.
14. Pievienojiet abas temperatūras zondes (termometra pudeles zondi un Arduino zondi) pie centrālās caurules pamatnes, izmantojot līmlenti.
15. Dzesētāja iekšpusē izmantojiet alumīnija lenti, lai piestiprinātu ventilatoru tā, lai tas iepūstos stūra caurulē. Pievienojiet tā vadus vadiem no kontroliera. Ventilators izpūš stūra cauruli, un īpaši atdzesēts no centrālās caurules iekļūs kravas kamerā.

7. darbība: dzesētāja palaišana un darbība

1. Formatējiet Micro SD karti - temperatūra tiks reģistrēta šajā mikroshēmā
2. Uzlādējiet 12 voltu akumulatoru
3. Iegādājieties 11,34 kg (25 mārciņas) sausa ledus bloku, sagrieztu izmēros 8 x 8 x 5 collas (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Uzstādiet ledus bloku, vispirms noliekot bloku uz galda uz dvieļa. Bīdiet sudraba krāsas Mylar oderi pār bloku tā, lai būtu redzama tikai apakšējā virsma. Tagad paceliet visu bloku, apgriezieties tā, lai ledus būtu vērsts uz augšu, un iebīdiet visu bloku sausā ledus kamerā zem vēsākas grīdas.
5. Nomainiet dzesētāja grīdu. Izmantojiet alumīnija lenti, lai līmētu apkārt grīdas ārējai malai.
6. Ievietojiet 12 voltu akumulatoru dzesētāja korpusā. Iespējams, vēlēsities to piestiprināt pie vēsākas sienas ar augstas līmlentes sloksnēm.
7. Pievienojiet kontroliera strāvas vadu akumulatoram.
8. Pārbaudiet, vai temperatūras zondes ir droši pielīmētas.
9. Ievietojiet ūdens pudeles kravas nodalījumā, lai aizpildītu gandrīz visu vietu. Tie buferēs temperatūru.
10. Novietojiet dzesētāju kaut kur prom no tiešiem saules stariem un ļaujiet 3-5 stundām, lai temperatūra stabilizētos pie 5C.
11. Kad temperatūra ir stabilizējusies, temperatūrai jutīgus priekšmetus var pievienot, noņemot ūdens pudeles un piepildot šo tilpumu ar kravu.
12. Šis dzesētājs ar jaunu ledus un jaudas lādiņu uzturēs kontrolētu 5C temperatūru līdz 10 dienām bez papildu jaudas vai ledus. Veiktspēja ir labāka, ja dzesētājs tiek pasargāts no tiešiem saules stariem. Dzesētāju var pārvietot un tas lielākajā daļā gadījumu ir izturīgs pret triecieniem; tomēr tas jāuztur vertikāli. Ja jūs apgāžat, vienkārši nolieciet to atpakaļ, nekaitējot.
13. Atlikušo elektroenerģiju akumulatorā var izmērīt tieši ar nelielu voltmetru. Lai sistēma darbotos pareizi, ir nepieciešami vismaz 9 volti.
14. Atlikušo ledu var izmērīt tieši ar metāla mērlenti, nosakot centrālo caurules atveri līdz PVC caurules augšējai malai. Atlikušā ledus svara mērījumus skatiet pievienotajā tabulā.
15. Temperatūras reģistrēšanas datus var lejupielādēt, pievienojot USB vadu klēpjdatoram, kurā darbojas Arduino IDE. Pievienojiet un atveriet sērijas monitoru. Arduino automātiski restartēsies un izlasīs pilnu izrakstīšanos, izmantojot seriālo monitoru. Dzesētājs turpinās darboties bez pārtraukuma.
16. Datus var lejupielādēt no pievienotās MicroSD kartes, taču pirms sīkās mikroshēmas izvilkšanas sistēmai jābūt izslēgtai!

8. darbība. Piezīmes un dati

Šis dzesētājs tika veidots tā, lai tas pienācīgi līdzsvarotu izmēru, svaru, ietilpību un dzesēšanas laiku. Plānos aprakstītos precīzos izmērus var uzskatīt par noklusējuma sākumpunktu. Tos var pārveidot, lai tie labāk atbilstu jūsu vajadzībām. Ja, piemēram, nepieciešams ilgāks dzesēšanas laiks, sausā ledus kameru var uzbūvēt ar lielāku tilpumu, lai iegūtu vairāk ledus. Tāpat kravas kameru var veidot platāku vai augstāku. Tomēr jārūpējas, lai eksperimentāli pierādītu visas jūsu veiktās dizaina izmaiņas. Nelielas izmaiņas var būtiski ietekmēt sistēmas darbību.

Pievienotie dokumenti ietver eksperimentālos datus, kas reģistrēti, izstrādājot dzesētāju. Iekļauts arī visaptverošs detaļu saraksts visu piederumu iegādei. Turklāt esmu pievienojis Arduino skicju darba versijas, lai gan iepriekš minētās GitHub lejupielādes, visticamāk, būs aktuālākas.

9. darbība. Saites uz tiešsaistes resursiem

Šīs instrukcijas PDF versiju var lejupielādēt pilnībā, skatiet šīs sadaļas pievienoto failu.

Apmeklējiet šī projekta GitHub krātuvi:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Otrā balva Arduino konkursā 2019