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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Čuvanje hladnoće spašava živote

U svijetu u razvoju cjepiva su prva linija obrane 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 sustave.

Inzulin, ljudska krv i mnoga uobičajena cjepiva moraju se držati u temperaturnom rasponu od 2-8 ˚C. Na terenu to 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. Kad 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) temperaturnu petlju. Budući da Arduino sustav radi na vrlo malo električne energije, ovaj sustav može biti pokretan poput ledene škrinje, ali temperaturno reguliran poput priključnog hladnjaka.

Kome je namijenjen ovaj projekt?

Nadam se da će, učinivši ovaj sustav besplatnim i otvorenim kodom, potaknuti humanitarne inženjere i humanitarne radnike da traže načine za proizvodnju korisnih tehnologija blizu točke koja im je potrebna.

Ovaj projekt osmišljen je za studente, inženjere i humanitarne radnike u ili u blizini područja suočenih s humanitarnim izazovima. Materijali, dijelovi i zalihe općenito su dostupni u većini svjetskih gradova, čak i u najsiromašnijim zemljama. Čineći planove besplatnim putem Instructables, tehnologiji pružamo 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 litara (25 litara), preporučeno 5 litara (19 litara) s tampon bocama.
• Maksimalne dimenzije tereta: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (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 svake težine: prazna bez leda (15,1 kg) bez leda / 28,6 kg (63,6 lb) s punim ledom i teretom

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

Materijali: građevinska pjena zatvorenih ćelija i građevinska ljepila s IR reflektirajućom izolacijskom oplatom

Korak 1: Postavljanje projekta

Radni prostor:

Ovaj projekt zahtijeva odrezivanje i lijepljenje izolacije od stirenske pjene. To može proizvesti malo prašine, osobito ako se odlučite za uporabu pile, a ne noža. Obavezno koristite masku za zaštitu od prašine. Također, vrlo je korisno imati pri ruci usisavač za čišćenje prašine

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. Po mogućnosti koristite lemljenje bez olova i radite u dobro osvijetljenom i dobro prozračenom prostoru

Svi alati:

• Kružna pila ili nož za bodovanje
• Akumulatorska bušilica s pilom za rupe od 1,75 inča
• Lemilica i lemljenje
• Upaljač ili toplinski pištolj
• Ravan rub od 4 stope
• Oštri marker
• Trake s čegrtaljkom
• Metar
• Dozator cijevi za brtvljenje
• Rezač žice/skidači
• 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)
• Olovo -kiselinska baterija koja se može puniti, 12V 20AH. NPP HR1280W ili slično.
• Ploča mikrokontrolera Arduino Uno R3 ili slična
• Arduino složena prototipna ploča: prototip štita Alloet mini matične ploče V.5 ili slično.
• MOSFET upravljački modul IRF520 ili sličan
• Digitalni osjetnik temperature DFRobot DS18B20 u vodootpornom kabelu
• PC ventilator 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 žice za spajanje od 26 kabela (crvena, crna, žuta)
• Duljina žice s 2 vodiča (3 ft ili 1 m) 12 žica namotana (žica za spajanje baterije)
• Držač osigurača s oštricom za automobile i osigurač s oštricom od 3 ampera (za upotrebu s baterijom)
• USB kabel pisača (unesite muško do b muško)
• Žičana matica (mjerač 12)

Trake i ljepila

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

Opskrba građevinskim materijalima

• 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 s dvostrukim reflektirajućim zračnim valjkom, srebrni mjehurić.
• 2 x kratke PVC cijevi, unutarnji promjer 1 1/2 inča x Sch 40. izrezane na 13 inča.

Posebne potrepštine

• Termometar za cjepivo: 'Thomas Traceable hladnjak/zamrzivač Plus termometar sa sondom za boce s cjepivom' i sljedivim certifikatom o umjeravanju ili slično.
• 2 x boce s cvjetnim stabljikama za puferiranje tekućina DS18B20 temperaturnih sondi.

Korak 2: Izrežite dijelove pjene

Ispišite isječeni uzorak koji prikazuje određeni broj pravokutnika za rezanje iz dva lista dimenzija 4 x 4 x 8 stopa x 2 inča (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) od čvrste izolacije od pjene zatvorenih ćelija.

Ravnim rubom i markerom pažljivo povucite crte za rezanje listova pjene. Pjena se može rezati bodanjem nožem, ali najlakše je za to upotrijebiti kružnu pilu. Rezanjem pjene pilom 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 obavite vani ako je moguće.

Korak 3: Sastavite hladnjak s listova pjene

Uključeni slajdovi detaljno opisuju kako sastaviti kompletni hladnjak od listova pjene i izolacije od omotača od srebrnih mjehurića. Građevinsko ljepilo važno je ostaviti da se osuši između nekoliko različitih koraka pa biste trebali dovršiti sve ove korake oko 3 dana.

Korak 4: Sastavite sustav kontrolera

Sljedeće slike pokazuju kako sastaviti elektroničke komponente na prototipnu ploču kako bi se stvorio sustav kontrole temperature hladnjaka. Posljednja uključena slika potpuna je shema sustava 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 s 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, prije nego što učitate skicu, provjerite jesu li sljedeće periferne jedinice postavljene i spremne (pogledajte priloženu električnu shemu):

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

U Arduino IDE -u odaberite Arduino UNO s popisa ploča i prenesite. Nakon što je prijenos dovršen, s padajućeg izbornika pri vrhu odaberite Alati / Serijski monitor. Ovo bi trebalo prikazati malo izvješće o sustavu. U idealnom slučaju, trebalo bi glasiti ovako:

Skica za postavljanje hladnjaka-verzija 190504POKRET TESTIRANJA SUSTAVA ---------------------- TESTIRANJE SAT U STVARNOM 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? KRAJ TESTIRANJA SUSTAVA ----------------------

Rješavanje problema sustava

Obično za mene stvari nikad ne idu baš po planu. Neki sustav vjerojatno nije radio ispravno. Skica za postavljanje će, nadamo se, 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 sustav visi
• zaboravili ste staviti bateriju u sat realnog vremena (RTC) pa sustav visi
• spojeni senzori su labavi, isključeni ili obrnuto
• žice za komponente ostaju isključene ili spojene na pogrešne Arduino iglice
• pogrešna komponenta priključena je na pogrešne pinove ili je spojena unatrag
• 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 sustav u tijelo hladnjaka.

Korak 6: Instalirajte Arduino sustav

Sljedeći se koraci mogu tretirati kao kontrolni popis 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 / utičnica koje smo instalirali na prototipnu ploču. Obratite pozornost na boje žice, crvena ide na pozitivnu, crna na negativnu, a žuta ili bijela ide na 3. podatkovni pin.
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 s kukom i omčom.
7. Pričvrstite kalibrirani termometar za cjepivo na donju stranu prozirnog poklopca kutije s trakama za pričvršćivanje s kukom i omčom. Spojite malu žicu sonde za bocu s puferom u tekućini.

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

   • 12-voltne žice za napajanje (bakrena žica zvučnika s 2 vodiča kalibra 12-18)
   • Arduino temperaturni osjetnici (DS18B20 sa muškim 3 -polnim priključkom zaglavlja na svakom)
   • USB kabel pisača (muški tip A do muški tip B)
   • Sonda termometra za cjepivo (uključeno s kalibriranim termometrom)
   • Žice ventilatora (upleteni par namotanih žica za spajanje 26 kalibra)
9. Otvorite poklopac hladnjaka i nožem ili bušilicom izbušite rupu od 3 cm kroz poklopac blizu jednog od stražnjih uglova. (Pogledajte uključene slike) Provirite kroz omot od 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 kabelom koji visi kako biste joj kasnije mogli pristupiti. Učvrstite kutiju ljepljivom trakom.
11. Navrtite prozirni poklopac kutije s elektronikom na kutiju.
12. Napravite poklopac dodatne izolacije od omotača od mjehurića od srebrnog milara koji će pokriti kutiju i zaštititi je od izravnog sunčevog svjetla. (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 termičko puferiranje, slično boci s vodom.
14. Obje visoko temperaturne ljepljive trake pričvrstite obje temperaturne sonde (sondu s termometrom u boci i Arduino sondu) na podnožje središnje cijevi.
15. Unutar hladnjaka aluminijskom trakom pričvrstite ventilator tako da se otpuše u kutnu cijev. Spojite njegove žice na žice iz kontrolera. Ventilator puše niz kutnu cijev, a super rashlađen će iz središnje 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 blok suhog leda (11,34 kg), izrezan na dimenzije 8 x 8 x 5 x 5 inča (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Ugradite 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. Zamijenite hladniji pod. Aluminijskom trakom zalijepite vanjski rub poda.
6. Umetnite 12 -voltnu bateriju u tijelo hladnjaka. Možda ga želite pričvrstiti na hladniji zid trakama visoke ljepljive trake.
7. Spojite 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 cijeli prostor. Oni će zaštititi temperaturu.
10. Hladnjak postavite negdje izvan izravne sunčeve svjetlosti i ostavite 3-5 sati da se temperatura stabilizuje na 5C.
11. Nakon što se temperature stabiliziraju, mogu se dodati osjetljivi predmeti na temperaturu uklanjanjem boca s vodom i punjenjem tog volumena teretom.
12. Ovaj hladnjak sa svježim nabojem leda i snage izdržat će kontroliranu temperaturu od 5 ° C do 10 dana bez dodatne energije ili leda. Performanse su bolje ako hladnjak držite dalje od izravnog sunčevog svjetla. 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 malim mjeračem volta. Sustav zahtijeva minimalno 9 volti za ispravan rad.
14. Preostali led može se izmjeriti izravno pomoću metalne trake mjerenjem po središnjoj rupi za cijev do gornjeg ruba PVC cijevi. Mjere preostale težine leda potražite u priloženoj tablici.
15. Podaci o bilježenju temperature mogu se preuzeti priključivanjem USB žice na prijenosno računalo s Arduino IDE -om. Povežite se i otvorite serijski monitor. Arduino će se automatski ponovno pokrenuti i čitati cijelu odjavu putem serijskog monitora. Hladnjak će nastaviti raditi bez prekida.
16. Podaci se mogu preuzeti s priložene MicroSD kartice, ali sustav se mora isključiti prije vađenja sićušnog čipa!

Korak 8: Bilješke i podaci

Ovaj hladnjak dizajniran je za pristojnu ravnotežu veličine, težine, kapaciteta i vremena hlađenja. Točne 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 većim volumenom za više leda. Isto tako, teretna komora može biti izgrađena šira ili viša. Međutim, treba paziti da se eksperimentalno dokažu sve promjene u dizajnu koje napravite. Male promjene mogu imati veliki utjecaj na ukupne performanse sustava.

Priloženi dokumenti uključuju eksperimentalne podatke snimljene razvojem hladnjaka. Uključen je i opsežan popis dijelova za kupnju 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 spremište GitHub za ovaj projekt:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Druga nagrada na Arduino natjecanju 2019