Temperaturreguleret vaccine og insulin køler: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

At holde sig kølig redder liv

I udviklingslandene er vacciner frontlinjen i forsvaret mod farlige sygdomme som Ebola, Influenza, Kolera, Tuberkulose og Dengue for at nævne nogle få. Transport af vacciner og andre livreddende materialer som insulin og blod kræver omhyggelig temperaturkontrol.

Første verdens logistik har en tendens til at bryde sammen, når forsyninger transporteres til regioner med begrænsede ressourcer. Mange landlige lægeklinikker mangler finansiering eller energi til almindelige køleanlæg.

Insulin, humant blod og mange almindelige vacciner skal opbevares i temperaturområdet 2-8 ˚C. I marken kan dette være svært at vedligeholde, fordi elektrisk køling kræver for meget strøm, og passive iskølere mangler termostatstyring.

Arduino til undsætning

Dette projekt kombinerer den kompakte køleeffekt af tøris (fast kuldioxid) med præcisionen ved digital temperaturkontrol. Når den bruges alene, er tøris for kold til at transportere vaccine, insulin eller blod, fordi det let kan føre til frysning. Dette projekts køligere design løser problemet med frysning ved at placere tørisen i et separat kammer under lastkøleren. En børsteløs pc-ventilator bruges til at cirkulere små doser superkølet luft gennem lastafsnittet efter behov. Denne blæser styres af en robust Arduino mikrokontroller, der kører en præcisions (PID) temperaturkontrolsløjfe. Fordi Arduino-systemet kører på meget lidt elektrisk strøm, kan dette system være mobilt som en iskiste, men temperaturreguleret som et plug-in køleskab.

Hvem er dette projekt for?

Det er mit håb, at det ved at gøre dette system gratis og open source vil inspirere humanitære ingeniører og hjælpearbejdere til at lede efter måder at producere nyttige teknologier tæt på behovet.

Dette projekt er designet til at blive bygget af studerende, ingeniører og hjælpearbejdere i eller i nærheden af områder, der står over for humanitære udfordringer. Materialerne, delene og forsyningerne er generelt tilgængelige i de fleste af verdens byer i selv de fattigste lande. Ved at gøre planerne gratis tilgængelige via Instructables, giver vi teknologi fleksibilitet med hensyn til omkostninger og skalerbarhed. Den decentrale fremstilling af disse arduino-iskølere kan være en vigtig mulighed med potentiale til at redde liv.

Færdig køler specifikationer:

• Lastvolumen: maksimalt 6,6 gallon (25L), anbefalet 5 gallon (19L) med bufferflasker.
• Maksimal lastvolumenmål: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Kølekapacitet: Vedligeholder 5 ° C i 10-7 dage i henholdsvis 20-30 ° C omgivende omgivelser

Strømkilde: tøris og oversvømmet 12 volt marinecellebatteri

Over alle dimensioner: 24in x 24 in x 32 in høj (61 cm x 61 cm x 66,6 cm høj)

Over hele vægten: 33,3 lb (15,1 kg) tom uden is / 28,6 kg (63 lb) med fuld is og last

Temperaturregulering: PID-kontrol holder 5 ° C +-0,5 ° C

Materialer: lukket celleskum af konstruktionskvalitet og konstruktionslim med IR-reflekterende isoleringsjakke

Trin 1: Opsætning til projektet

Arbejdsområde:

Dette projekt kræver en vis skæring og limning af styrenskumisolering. Dette kan producere noget støv, især hvis du vælger at bruge en sav frem for en kniv. Sørg for at bruge en støvmaske. Det er også meget nyttigt at have en shop-vac til rådighed for at rense støvet, mens du går

Konstruktionsklæbemiddel kan frigive irriterende dampe under tørring. Sørg for at fuldføre limning og tætningstrin i et godt ventileret område

Montering af arduino add-on komponenter kræver brug af et loddejern. Brug blyfri loddemetal, når det er muligt, og sørg for at arbejde i et godt oplyst, godt ventileret rum

Alle værktøjer:

• Rundsav eller skærekniv
• Akku -boremaskine med 1,75 tommer hulsav
• Loddejern & lodning
• Lighter eller varmepistol
• 4 fod lige kant
• Sharpie markør
• Skralderemme
• Målebånd
• Tætningsrør dispenser
• Trådskærer/strippere
• Skruetrækkere store og små phillips & almindelige

Alle forsyninger:

Elektronikforsyninger

• Krympeslange 1/8 og 1/4 tommer
• Kretskortets pinhoveder (hunstik og hanstifter)
• Elektrisk kasse i ABS -plast med klart dæksel, størrelse 7,9 "x4,7" x2,94 "(200mmx120mmx75mm)
• Genopladeligt forseglet blybatteri, 12V 20AH. NPP HR1280W eller lignende.
• Arduino Uno R3 microcontroller board eller lignende
• Arduino stabelbart prototypebræt: Alloet mini breadboard prototype skjold V.5 eller lignende.
• MOSFET -drivermodul IRF520 eller lignende
• Digital temperatursensor DFRobot DS18B20 i vandtæt kabelpakke
• Børsteløs 12V pc -køleventilator: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Micro SD -kortlæser: Adafruit ADA254
• Realtime ur: DIYmore DS3231, baseret på DS1307 RTC
• Batteri til ur i realtid: LIR2032 møntcelle)
• 4,7 K-ohm modstand
• 26 gauge strandede hook-up wire spoler (rød, sort, gul)
• Længde på 2-leder ledning (3 fod eller 1 m) 12 gauge strandet (batteri tilslutningstråd)
• Automotive blad sikringsholder og 3 amp klinge sikring (til brug med batteri)
• USB -printerkabel (type han til b han)
• Trådmøtrik (12 gauge)

Tapes & Adhesives Supplies

• Høj vedhæftningstape 2 tommer bred x 50 fod rulle (Gorilla Tape eller lignende)
• Silikone caulk, et rør
• Konstruktionsklæbemiddel, 2 rør. (Flydende negle eller lignende)
• Ovnbånd i aluminium, 2 tommer bred x 50 ft rulle.
• Selvklæbende krog-og-løkke strimler (1 tommer bred x 12 tommer i alt nødvendig)

Byggematerialer

• 2 x 4 fod x 8 fod x 2 tommer tykke (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) skumisoleringsplader
• 2 ft x 25 ft rulle med dobbelt reflekterende luftrulleovnisolering, sølvboble.
• 2 x korte PVC -rør, 1 1/2 tommer indvendig diameter x Sch 40. skåret til 13 tommer længder.

Specialartikler

• Vaccintermometer: 'Thomas sporbart køleskab/fryser plus termometer med vaccineflaskeprobe' og sporbart kalibreringscertifikat eller lignende.
• 2 x blomsterstammeflasker til væske-buffering af DS18B20 vandtætte temperaturprober.

Trin 2: Skær skumdelene ud

Udskriv udskæringsmønsteret, der viser et antal rektangler, der skal skæres fra to 1200 x 2400 mm x 150 mm ark med stiv isolering af lukkede celler.

Brug en lige kant og markør til forsigtigt at tegne linierne til skæring af skumplader. Skummet kan skæres ved at skære det med en kniv, men det er lettest at bruge en cirkelsav til at udføre arbejdet. Skæring af skum med en sav frembringer imidlertid støv, der ikke bør inhaleres. Vigtige forholdsregler bør følges:

• Bær en støvmaske.
• Brug en vakuumslange fastgjort til saven til støvopsamling.
• Skær om muligt udenfor.

Trin 3: Saml køleren fra skumplader

De medfølgende dias beskriver, hvordan man samler den komplette kølemaskine fra skumplader og isolering af sølvbobler. Det er vigtigt at lade konstruktionsklæbemidlet tørre mellem et par forskellige trin, så du bør planlægge at bruge cirka tre dage på at fuldføre alle disse trin.

Trin 4: Saml controllersystemet

Følgende billeder viser, hvordan man samler elektronikkomponenterne på prototypekort for at oprette temperaturkontrolsystemet til køleren. Det sidste inkluderede billede er en komplet systemskema til din reference.

Trin 5: Opsætning og test af software

Prøv først denne opsætningsskitse

Opsætningsskitsen gør to ting. For det første lader det dig indstille tid og dato i Real Time Clock (RTC). For det andet tester det alle de køligere controllers perifere komponenter og giver dig en lille rapport gennem den serielle skærm.

Download den mest aktuelle opsætningsskitse her: CoolerSetupSketch fra GitHub

Åbn skitsen i Arduino IDE. Rul ned til den blok af kode, der er kommenteret som "Indstil tid og dato her." Udfyld den aktuelle tid og dato. Nu skal du dobbelttjekke, at følgende eksterne enheder er konfigureret og klar, før du uploader skitsen (se det medfølgende elektriske skematiske billede):

• Temperaturprobe tilsluttet en af de 3 -polede headerstik
• Micro SD -kort indsat i læsermodulet
• Møntcellebatteri indsat i modulet i realtid (RTC)
• Tilslut ledninger, der er tilsluttet pc -blæseren
• Sikring i sikringsholderen på batterikablet.
• Arduino tilsluttet batteriet (er sikker på at det ikke er kablet baglæns! + Til VIN, - til GND!)

I Arduino IDE skal du vælge Arduino UNO fra listen over tavler og uploade. Når upload er udført, skal du vælge Værktøjer / Seriel skærm i rullemenuen øverst. Dette skulle vise en lille systemrapport. Ideelt set skulle den læse sådan noget:

Cooler Setup Sketch-version 190504START MED SYSTEMTEST ---------------------- TESTING REAL-TIME CLOCK: time [20:38] date [1/6/2019] TESTNINGSTEMP. SENSOR: 22.25 C TESTING SD CARD: init done Skrivning til dataLog.txt … dataLog.txt: Hvis du kan læse dette, fungerer dit SD -kort! TESTVENTILATOR: Pulserer blæseren til og fra? AFSLUTNING AF SYSTEMTEST ----------------------

Fejlsøg systemet

Normalt for mig går tingene aldrig helt som planlagt. Nogle systemer fungerede sandsynligvis ikke rigtigt. Opsætningsskitsen vil forhåbentlig give et fingerpeg - uret? SD -kortet? De mest almindelige problemer med ethvert mikrokontrollerprojekt har normalt at gøre med et af disse:

• du glemte at sætte en sikring i batterikablet, så ingen strøm
• du glemte at lægge et micro SD -kort i læseren, så systemet hænger
• du glemte at sætte et batteri i realtidsuret (RTC), så systemet hænger
• tilsluttede sensorer er løse, afbrudt eller tilsluttet omvendt
• ledninger til komponenter efterlades frakoblet eller tilsluttet den forkerte Arduino -pin (r)
• den forkerte komponent er sat i de forkerte ben eller er kablet baglæns
• der er en forkert fastgjort ledning, der kortslutter alt

Installer controller -skitsen

Når du har haft en vellykket test med CoolerSetupSketch, er det tid til at installere den fulde controller -skitse.

Download den mest aktuelle controller skitse her: CoolerControllerSketch

Tilslut Arduino til din computer med et USB -kabel, og upload skitsen med Arduino IDE. Du er nu klar til fysisk at installere hele systemet i køleren.

Trin 6: Installer Arduino -systemet

Følgende trin kan behandles som en tjekliste eller installation af al elektronikken. For de følgende trin henvises til de medfølgende fotos af det færdige projekt. Billeder hjælper!

1. Sæt et par ventilatortråde på Arduino UNO -modulet.
2. Sæt et par 12 volt strømledninger til Arduino UNO-modulet.
3. Fastgør DS18B20 temperatursensorer til Arduino UNO -modulet. Tilslut bare sensoren til en af de 3-bens stikkontakter, vi har installeret i prototypekortet. Vær opmærksom på trådfarverne, rød går til positiv, sort til negativ, og gul eller hvid går til den tredje datapind.
4. Sæt et USB -printerkabel i Arduinos USB -stik.
5. Brug 1,75 "hulsaven til at bore et stort rundt hul i bunden af elektronikboksen.
6. Fastgør Arduino UNO-modulet til bunden af elektronikboksen ved hjælp af selvklæbende bøjlebånd.
7. Sæt det kalibrerede vaccinetermometer på undersiden af boksens klare låg med krog-og-løkke-lister. Tilslut sin lille væske-bufrede flaske sonde ledning.

8. Før følgende ledninger ud af kassen gennem det runde hul i bunden:

   • 12 volt strømledninger (12-18 gauge strandet kobber 2 leder højttalerledning)
   • Arduino temperaturføler (e) (DS18B20 med han 3 -polet header -stik på hver)
   • USB -printerkabel (Type A -han til Type B -han)
   • Vaccintermometer sonde (inkluderet med kalibreret termometer)
   • Ventilatorledninger (snoet par af 26-gauge tilslutningstråd)
9. Åbn låget på køleren, og brug en kniv eller en boremaskine til at bore et hul på 3/4 tommer (2 cm) gennem låget nær et af de bageste hjørner. (Se medfølgende billeder) Stik op gennem mylar -bobleplastbetrækket.
10. Før alle undtagen USB -ledningen fra kontrolboksen ned gennem låget fra toppen. Læg æsken på låget med USB -kablet hængende, så du kan få adgang til det senere. Fastgør æsken med tape med høj vedhæftning.
11. Skru det klare låg på elektronikboksen på boksen.
12. Opret en flap med ekstra sølv mylar bobleplastisolering for at dække æsken og beskytte den mod direkte sollys. (Se medfølgende billeder.)
13. Inde i køleren skal du placere 12 volt 20AH batteriet nær bagsiden af rummet. Batteriet forbliver inde i kammeret ved siden af lasten. Det vil fungere godt, selv ved 5˚C, og vil tjene som noget termisk buffering, svarende til en vandflaske.
14. Fastgør begge temperaturproberne (termometerets flaskesonde og Arduino-sonden) til bunden af centerrøret ved hjælp af klæbende tape.
15. Inde i køleren skal du bruge aluminiumstape til at fastgøre blæseren, så den blæser ned i hjørnerøret. Tilslut dets ledninger til ledningerne fra controlleren. Ventilatoren blæser ned i hjørnerøret, og superkølet springer op i lastkammeret fra midterrøret.

Trin 7: Køligere opstart og drift

1. Formater Micro SD -kortet - temperaturen registreres på denne chip
2. Genoplad 12 volt batteriet
3. Køb en 11,34 kg (25 lb) tøris, skåret til 20 x 20 cm x 13 cm.
4. Installer isblokken ved først at lægge blokken fladt på håndklæde på et bord. Skub den sølvfarvede Mylar -foring over blokken, så kun bundoverfladen er udsat. Løft nu hele blokken, vend om, så den bare is vender opad, og skub hele blokken ind i tøris -kammeret under det køligere gulv.
5. Udskift det køligere gulv. Brug aluminiumstape til at tape rundt om gulvets yderkant.
6. Placer 12 volt batteri i køleren. Det kan være en god ide at fastgøre den til den køligere væg med strimler af klæbende tape.
7. Tilslut controllerens strømledning til batteriet.
8. Kontroller, at temperaturproberne er tapet sikkert.
9. Læg vandflasker i bagagerummet for at fylde næsten hele rummet. Disse vil buffer temperaturen.
10. Stil køleren et sted ude af direkte sollys, og lad 3-5 timer, før temperaturen stabiliseres ved 5C.
11. Når temperaturen er stabiliseret, kan temperaturfølsomme genstande tilføjes ved at fjerne vandflasker og fylde volumen med last.
12. Denne køler med frisk opladning af is og strøm holder en kontrolleret 5C i op til 10 dage uden yderligere strøm eller is. Ydeevnen er bedre, hvis køleren holdes ude af direkte sollys. Køleren kan flyttes og er modstandsdygtig over for stød i de fleste henseender; den skal dog holdes oprejst. Hvis den vælter, skal du bare stille den op igen, ingen skade gjort.
13. Den resterende elektriske effekt i batteriet kan måles direkte med en lille voltmåler. Systemet kræver mindst 9 volt for at fungere korrekt.
14. Den resterende is kan måles direkte med et metalbånd ved at måle det midterste rørhul op til PVC-rørets overkant. Se den vedhæftede tabel for målinger af resterende isvægt.
15. Temperaturregistreringsdata kan downloades ved at tilslutte USB -kablet til en bærbar computer, der kører Arduino IDE. Tilslut, og åbn Serial Monitor. Arduino genstarter automatisk og læser hele loggen ud via den serielle skærm. Køleren vil fortsat fungere uden afbrydelse.
16. Dataene kan downloades fra det vedlagte MicroSD-kort, men systemet skal slukkes, før den lille chip trækkes ud!

Trin 8: Noter og data

Denne køler er designet til at være en anstændig balance mellem størrelse, vægt, kapacitet og køletid. De nøjagtige dimensioner beskrevet i planerne kan betragtes som et standardudgangspunkt. De kan ændres, så de passer bedre til dine behov. Hvis du f.eks. Har brug for en længere køletid, kan tøris-kammeret konstrueres med et større volumen til mere is. På samme måde kan lastkammeret bygges bredere eller højere. Man skal dog passe på med at eksperimentelt bevise eventuelle designændringer, man foretager. Små ændringer kan have stor indflydelse på den samlede systemydelse.

De vedhæftede dokumenter inkluderer eksperimentelle data, der er registreret gennem udvikling af køleren. Der medfølger også en omfattende reservedelsliste til køb af alle forsyninger. Derudover har jeg vedhæftet arbejdsversioner af Arduino -skitserne, selvom GitHub -downloaderne ovenfor sandsynligvis vil være mere aktuelle.

Trin 9: Links til online ressourcer

En PDF -version af denne instruktionsbog kan downloades fuldt ud, se den medfølgende fil til dette afsnit.

Besøg GitHub -depotet for dette projekt:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Anden pris i Arduino -konkurrencen 2019