Temperatuurikontrollitud vaktsiini ja insuliini jahuti: 9 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Jahedas hoidmine päästab elusid

Arengumaades on vaktsiinid kaitseliiniks selliste ohtlike haiguste nagu ebola, gripp, koolera, tuberkuloos ja dengue vastu. Vaktsiinide ja muude elupäästvate materjalide, näiteks insuliini ja vere transportimine nõuab hoolikat temperatuuri kontrolli.

Esimese maailma logistika kipub lagunema, kui tarneid transporditakse piiratud ressurssidega piirkondadesse. Paljudel maapiirkondade meditsiinikliinikutel puudub rahastamine või energia tavaliste jahutussüsteemide jaoks.

Insuliini, inimverd ja paljusid tavalisi vaktsiine tuleb hoida temperatuurivahemikus 2–8 ˚C. Põllul võib seda olla raske hooldada, kuna elektriline jahutus nõuab liiga palju energiat ja passiivsetel jääjahutitel puudub termostaadi juhtimine.

Arduino appi

See projekt ühendab kuiva jää (tahke süsinikdioksiidi) kompaktse jahutusvõimsuse ja digitaalse temperatuuri reguleerimise täpsuse. Kui seda kasutatakse iseseisvalt, on see jää liiga külm, et transportida vaktsiini, insuliini või verd, sest see võib kergesti külmuda. Selle projekti jahedam disain lahendab külmumisprobleemi, asetades kuiva jää kaubajahuti alla eraldi kambrisse. Harjadeta personaalarvuti ventilaatorit kasutatakse vajadusel väikeste jahutatud õhu annuste ringluseks läbi kaubaruumi. Seda ventilaatorit juhib tugev Arduino mikrokontroller, mis töötab täpsuse (PID) temperatuuri reguleerimisahelaga. Kuna Arduino süsteem töötab väga väikese elektrienergiaga, võib see süsteem olla mobiilne nagu jääkast, kuid temperatuuri reguleerida nagu pistikupesaga külmik.

Kellele see projekt mõeldud on?

Loodan, et muutes selle süsteemi vabaks ja avatud lähtekoodiga süsteemiks, innustab see humanitaarinsenere ja abitöötajaid otsima võimalusi kasulike tehnoloogiate tootmiseks vajaliku koha lähedal.

See projekt on mõeldud ehitamiseks üliõpilastele, inseneridele ja abitöötajatele humanitaarprobleemidega silmitsi seisvates piirkondades või nende läheduses. Materjalid, osad ja tarvikud on üldiselt saadaval enamikus maailma linnades isegi kõige vaesemates riikides. Tehes plaanid Instructabeli kaudu tasuta kättesaadavaks, pakume tehnoloogiale paindlikkust kulude ja mastaapsuse osas. Nende arduino-jääjahutite detsentraliseeritud tootmine võib olla oluline võimalus, mis võib päästa elusid.

Valmis jahuti spetsifikatsioonid:

• Kaubamaht: maksimaalselt 6,6 gallonit (25 l), soovitatav 5 gallonit (19 l) puhverpudelitega.
• Maksimaalsed kaubamahu mõõtmed: 35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm

Jahutusvõimsus: säilitab 5 ° C 10-7 päeva vastavalt 20-30 ° C ümbritsevas keskkonnas

Toiteallikas: kuiv jää ja üleujutatud 12 -voldine mereelementide aku

Kõik mõõtmed: 24 x 24 x 32 tolli (61 cm x 61 cm x 66,6 cm pikk)

Kogu kaalu korral: 33,1 naela (15,1 kg) tühja ilma jääta / 28,6 kg täisjää ja kaubaga

Temperatuuri reguleerimine: PID-regulaator hoiab 5 ° C +-0,5 ° C

Materjalid: ehitusklassi suletud vaht ja ehitusliimid IR-peegeldava isolatsioonikattega

Samm: projekti seadistamine

Tööruum:

See projekt nõuab vahtstüreeni isolatsiooni lõikamist ja liimimist. See võib tekitada tolmu, eriti kui valite noa asemel sae. Kasutage kindlasti tolmumaski. Samuti on väga kasulik käepärast hoida pood-vac, et tolm puhastada

Ehitusliim võib kuivatamisel eraldada ärritavaid aure. Liimimis- ja pahteldusetapid tuleb kindlasti lõpetada hästi ventileeritavas kohas

Arduino lisakomponentide kokkupanek nõuab jootekolvi kasutamist. Kasutage võimaluse korral pliivaba jootet ja töötage kindlasti hästi valgustatud, hästi ventileeritud ruumis

Kõik tööriistad:

• Ketassaag või skoorimisnuga
• Akutrell 1,75 -tollise augusaega
• Jootekolb ja jootekolb
• Kergem või soojuspüstol
• 4-suu sirge serv
• Sharpie marker
• Ratchet rihmad
• Mõõdulint
• Tihendustoru jaotur
• Traadi lõikur/eemaldajad
• Suured ja väikesed kruvikeerajad ja tavalised

Kõik tarvikud:

Elektroonikatarbed

• Kahanda torud 1/8 ja 1/4 tolli
• Trükkplaadi tihvtide päised (pistikupesad ja pistikud)
• ABS plastikust elektrikarp selge kattega, suurus 7,9 x 4,7 x 2,94 tolli (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Laetav pitseeritud pliiaku, 12V 20AH. Tuumaelektrijaam HR1280W või sarnane.
• Arduino Uno R3 mikrokontrollerplaat või sarnane
• Arduino virnastatav prototüüpplaat: Alloet mini leivaplaadi prototüübikilp V.5 või sarnane.
• MOSFET draiverimoodul IRF520 või sarnane
• Digitaalne temperatuuriandur DFRobot DS18B20 veekindlas kaablikomplektis
• Harjadeta 12V arvuti jahutusventilaator: 40mm x 10mm 12V 0,12A
• Micro SD kaardilugeja: Adafruit ADA254
• Reaalajas kell: DIYmore DS3231, mis põhineb DS1307 RTC -l
• Aku reaalajas kella jaoks: LIR2032 mündielement)
• 4,7 K-oomi takisti
• 26 mõõturiga keerutatud haaketraadist poolid (punane, must, kollane)
• 2-juhtmelise juhtme pikkus (3 jalga või 1 m) 12-mõõtmeline ahelaga (aku ühendustraat)
• Auto tera kaitsmehoidja ja 3 ampri labakaitse (kasutamiseks koos akuga)
• USB -printeri kaabel (sisestage isane kuni isane)
• Traatmutter (12 gabariit)

Teibid ja liimid

• Suure nakkuvusega kasulint 2 tolli lai x 50 jalga rull (Gorilla lint vms)
• Silikoonpulk, üks toru
• Ehitusliim, 2 toru. (Vedelad küüned vms)
• Alumiiniumist ahjulint, 2 tolli lai x 50 jalga rull.
• Isekleepuvad konks- ja silmusribad (kokku 1 tolli lai x 12 tolli)

Ehitusmaterjalide tarvikud

• 2 x 4 jalga x 8 jalga x 2 tolli paksused (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) vahtmaterjalist isolatsioonilehed
• 2 jalga x 25 jalga kahekordse peegeldava õhurull -ahju isolatsioon, hõbedane mull.
• 2 x lühikest PVC toru, 1 1/2 tolli siseläbimõõt x Sch 40. lõigatud 13 tolli pikkuseks.

Spetsiaalsed tarvikud

• Vaktsiinitermomeeter: „Thomas Traceable külmik/sügavkülmik pluss termomeeter koos vaktsiinipudeli sondiga” ja jälgitav kalibreerimistunnistus vms.
• 2 x lillevarrega pudelit DS18B20 veekindlate temperatuuriandurite vedeliku puhverdamiseks.

Samm: lõigake vahtosad välja

Printige välja lõigatud muster, mis näitab mitut ristkülikut, mida lõigata kahest 1200 mm x 2400 mm x 150 mm jäigast suletud vahtmaterjalist isolatsioonilehest.

Joonistage vahtlehtede lõikamiseks jooned ettevaatlikult sirge serva ja markeriga. Vahtu võib lõigata, lõigates seda noaga, kuid töö tegemiseks on kõige lihtsam kasutada ketassaega. Vahu lõikamine saega tekitab aga tolmu, mida ei tohi sisse hingata. Tuleb järgida olulisi ettevaatusabinõusid:

• Kandke tolmumaski.
• Tolmu kogumiseks kasutage saele kinnitatud vaakumvoolikut.
• Võimalusel lõigake õues.

Samm: pange jahuti vahtlehtedelt kokku

Kaasas olevad slaidid kirjeldavad üksikasjalikult, kuidas kogu jahuti vaht- ja hõbedase mullikilega isolatsioonilehtedest kokku panna. Oluline on lasta ehitusliimil mõne erineva etapi vahel kuivada, seega peaksite kõigi nende sammude tegemiseks kulutama umbes kolm päeva.

Samm: pange kontrollerisüsteem kokku

Järgmistel piltidel on näidatud, kuidas elektroonikakomponendid prototüüpplaadile kokku panna, et luua jahuti temperatuuri reguleerimissüsteem. Viimane lisatud pilt on teie jaoks viitamiseks kogu süsteemi skemaatiline skeem.

Samm: tarkvara seadistamine ja testimine

Esmalt proovige seda seadistusjoonist

Seadistusvisandil on kaks asja. Esiteks võimaldab see reaalajas kella (RTC) seadistada kellaaja ja kuupäeva. Teiseks, see testib kõiki jahuti kontrolleri välisseadmeid ja annab teile jahemonitori kaudu väikese aruande.

Laadige alla uusim seadistusvisand siit: CoolerSetupSketch GitHubist

Avage visand Arduino IDE -s. Kerige alla koodiplokini, mida kommenteeriti kui "Määra siin kellaaeg ja kuupäev". Sisestage praegune kellaaeg ja kuupäev. Nüüd kontrollige enne visandi üleslaadimist veelkord, kas järgmised välisseadmed on seadistatud ja valmis (vt kaasasolevat elektriskeemilist pilti):

• Temperatuuri andur on ühendatud ühte 3 -kontaktilisest pistikupesast
• Micro SD -kaart on sisestatud lugeja moodulisse
• Mündipatarei on sisestatud reaalajas kella (RTC) moodulisse
• Ühendage arvuti ventilaatoriga ühendatud juhtmed
• Sulav aku juhtme kaitsmehoidikus.
• Arduino on akuga ühendatud (KINDLASELT pole see tagurpidi ühendatud! + VIN -i, - GND -ga!)

Valige Arduino IDE -s tahvlite loendist Arduino UNO ja laadige see üles. Kui üleslaadimine on tehtud, valige ülaosas olevast rippmenüüst Tools / Serial Monitor. See peaks kuvama väikese süsteemi aruande. Ideaalis peaks see lugema midagi sellist:

Jahuti seadistamise skeem-versioon 190504] TESTIMISE TEMP. SENSOR: 22.25 C SD -KAARDI KATSETAMINE: init valmis Kirjutamine aadressile dataLog.txt… dataLog.txt: Kui saate seda lugeda, siis teie SD -kaart töötab! TESTIVENTILAATOR: Kas ventilaator pulseerib sisse ja välja? SÜSTEEMIKATSE LÕPP ----------------------

Tõrkeotsing süsteemis

Tavaliselt ei lähe minu jaoks asjad kunagi päris nii, nagu plaanitud. Mõni süsteem ilmselt ei töötanud õigesti. Seadistusvisand annab loodetavasti vihje - kell? SD -kaart? Mis tahes mikrokontrolleri projekti kõige levinumad probleemid on tavaliselt seotud ühega järgmistest:

• unustasite aku juhtmesse kaitsme panna, seega pole voolu
• unustasite micro SD -kaardi lugejasse panna, nii et süsteem ripub
• unustasite reaalajas kella (RTC) aku panna, nii et süsteem ripub
• ühendatud andurid on lahti, lahti ühendatud või tagurpidi ühendatud
• komponentide juhtmed on lahti ühendatud või ühendatud vale Arduino tihvtiga
• vale komponent on ühendatud valede tihvtidega või juhtmega tagurpidi
• valesti kinnitatud traat, mis lühistab kõik

Paigaldage kontrolleri visand

Kui olete CoolerSetupSketchiga edukalt testinud, on aeg installida täielik kontrolleri visand.

Laadige alla uusim kontrolleri visand siit: CoolerControllerSketch

Ühendage Arduino USB -kaabli abil arvutiga ja laadige eskiis üles Arduino IDE -ga. Nüüd olete valmis kogu süsteemi füüsiliselt jahuti korpusesse paigaldama.

Samm: installige Arduino süsteem

Järgmisi samme võib käsitleda kui kontrollnimekirja või kogu elektroonika installimist. Järgmiste sammude jaoks vaadake lisatud fotosid valmis projektist. Pildid aitavad!

1. Kinnitage paar ventilaatorijuhet Arduino UNO mooduli külge.
2. Kinnitage paar 12-voldist toitejuhet Arduino UNO mooduli külge.
3. Kinnitage DS18B20 temperatuuriandurid Arduino UNO mooduli külge. Lihtsalt ühendage andur ühte 3-kontaktilisest pistikupesast, mille paigaldasime prototüüpi. Pöörake tähelepanu juhtmete värvidele, punane läheb positiivseks, must negatiivseks ja kollane või valge läheb kolmandale andmestikule.
4. Ühendage USB -printeri kaabel Arduino USB -pistikusse.
5. Kasutage 1,75 -tollist augusaega, et puurida suur ümmargune auk elektroonikakasti põhja.
6. Kinnitage Arduino UNO moodul elektroonikakasti põhja, kasutades isekleepuvaid konks-kinnitusribasid.
7. Kinnitage kalibreeritud vaktsiinitermomeeter haakekonksudega kinnitusribadega karbi läbipaistva kaane alla. Ühendage selle väike vedelikuga puhverdatud pudeli sondi juhe.

8. Viige karbist välja järgmised juhtmed läbi ümmarguse augu allosas:

   • 12-voldised toitekaablid (12-18-mõõtmelise keermega vasest 2-juhtmelise kõlari juhe)
   • Arduino temperatuuriandurid (DS18B20, mõlemal isane 3 -kontaktiline päisepistik)
   • USB -printeri kaabel (tüüp A, tüüp B, isane)
   • Vaktsiinitermomeetri sond (kaasas kalibreeritud termomeetriga)
   • Ventilaatorijuhtmed (keerdpaar, 26-mõõtmeline haakeseadis)
9. Avage jahuti kaas ja tehke noa või puuriga augud 3/4 tolli (2 cm) auku läbi kaane ühe tagumise nurga lähedale. (Vaata lisatud pilte) Torkida läbi mylar mullpakendi katte.
10. Viige juhtkarbist kõik peale USB -juhtme ülevalt alla kaane kaudu. Asetage karp kaane külge, riputades USB -kaabli, nii et sellele oleks hiljem juurdepääs. Kinnitage karp kõrge nakkuvusega teibiga.
11. Keerake elektroonikakasti selge kaas karbile.
12. Looge täiendav hõbedane mülarkile isolatsioon, mis katab karbi ja kaitseb seda otsese päikesevalguse eest. (Vaata lisatud pilte.)
13. Asetage jahuti sisse 12 -voldine 20AH aku sektsiooni tagaosa lähedale. Aku jääb kambri sisse koos veosega. See töötab hästi isegi temperatuuril 5 ° C ja toimib nagu termiline puhver, sarnaselt veepudeliga.
14. Kinnitage mõlemad temperatuuriandurid (termomeetri pudeli sond ja Arduino sond) kõrge toru kleeplindiga kesktoru alusele.
15. Jahuti sees kasutage ventilaatori kinnitamiseks alumiiniumlinti, nii et see puhub nurgatorusse. Ühendage selle juhtmed kontrolleri juhtmetega. Ventilaator puhub nurgatoru alla ja ülijahutatud paisub keskmist torust pakiruumi.

Samm: jahuti käivitamine ja kasutamine

1. Vorminda Micro SD -kaart - temperatuur logitakse sellele kiibile
2. Laadige 12 -voldine aku uuesti
3. Ostke 25 naela (11,34 kg) kuivjääplokk, lõigatud mõõtmetega 8 x 8 tolli x 5 tolli (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Paigaldage jääplokk, asetades ploki esmalt lauale rätikule tasaseks. Lükake hõbedane Mylari vooder üle ploki nii, et paljastuks ainult alumine pind. Tõstke nüüd kogu plokk üles, pöörake ümber nii, et paljas jää jääks ülespoole, ja libistage kogu plokk jahedama põranda alla jääjääkambrisse.
5. Vahetage jahedam põrand. Kasutage põranda välisserva ümber kleepimiseks alumiiniumlinti.
6. Asetage 12 -voldine aku jahuti korpusesse. Võib -olla soovite selle kinnitada jahedama seina külge kõrge kleeplindiga.
7. Ühendage kontrolleri toitejuhe akuga.
8. Kontrollige, kas temperatuuriandurid on kindlalt teibitud.
9. Laadige veepudelid pagasiruumi, et täita peaaegu kogu ruum. Need puhverdavad temperatuuri.
10. Seadke jahuti kuhugi otsese päikesevalguse kätte ja laske 3-5 tundi temperatuuril 5 ° C stabiliseeruda.
11. Kui temperatuur on stabiliseerunud, võib lisada veetõmbeid ja täita selle koguse veosega temperatuuritundlikke esemeid.
12. See jahuti, millel on värske jää ja võimsus, hoiab kontrollitud 5C temperatuuri kuni 10 päeva ilma lisavoolu ja jääta. Toimivus on parem, kui jahuti hoitakse otsese päikesevalguse eest. Jahutit saab liigutada ja see on enamikus aspektides löögikindel; seda tuleks siiski hoida püsti. Kallutamise korral seisa see lihtsalt püsti, ei tee kahju.
13. Aku järelejäänud elektrienergiat saab mõõta otse väikese voltmeetriga. Süsteemi nõuetekohaseks toimimiseks on vaja vähemalt 9 volti.
14. Ülejäänud jääd saab mõõta otse metallist mõõdulindi abil, mõõtes alla toru keskmise ava kuni PVC toru ülemise servani. Vaadake lisatud tabelit järelejäänud jääkaalu mõõtmiste kohta.
15. Temperatuuri logimisandmeid saab alla laadida, ühendades USB -juhtme sülearvutiga, milles töötab Arduino IDE. Ühendage ja avage jadamonitor. Arduino taaskäivitub automaatselt ja loeb seeriamonitori kaudu täieliku väljalogimise. Jahuti jätkab katkestusteta tööd.
16. Andmeid saab alla laadida kaasasolevalt MicroSD-kaardilt, kuid enne pisikese kiibi väljavõtmist peab süsteem olema välja lülitatud!

8. samm: märkmed ja andmed

See jahuti oli kavandatud nii, et see oleks tasakaalus suuruse, kaalu, võimsuse ja jahutusaja vahel. Plaanides kirjeldatud täpseid mõõtmeid võib pidada vaikimisi lähtepunktiks. Neid saab muuta vastavalt teie vajadustele. Näiteks kui vajate pikemat jahutusaega, saab kuiva jää kambri ehitada suurema mahuga, et saada rohkem jääd. Samuti saab kaubakambrit ehitada laiemaks või kõrgemaks. Siiski peaksite olema ettevaatlik, et eksperimentaalselt tõestada tehtud disainimuudatusi. Väikesed muudatused võivad süsteemi üldist jõudlust oluliselt mõjutada.

Lisatud dokumendid sisaldavad eksperimentaalseid andmeid, mis on salvestatud jahuti arendamise kaudu. Kaasas on ka põhjalik osade nimekiri kõigi tarvikute ostmiseks. Lisaks olen lisanud Arduino visandite tööversioonid, kuigi ülaltoodud GitHubi allalaadimised on tõenäoliselt ajakohasemad.

9. samm: lingid võrguressurssidele

Selle juhendi PDF -versiooni saab täielikult alla laadida, vaadake selle jaotise lisatud faili.

Külastage selle projekti jaoks GitHubi hoidlat:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Teine auhind Arduino konkursil 2019