Hőmérséklet -szabályozott oltóanyag és inzulinhűtő: 9 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

A hidegvér megőrzése életeket ment

A fejlődő világban az oltások jelentik az első védelmi vonalat az olyan veszélyes betegségek ellen, mint az Ebola, az influenza, a kolera, a tuberkulózis és a dengue, hogy csak néhányat említsünk. A vakcinák és más életmentő anyagok, például inzulin és vér szállítása gondos hőmérséklet-szabályozást igényel.

Az első világ logisztikája hajlamos összeomlani, ha a készleteket korlátozott erőforrásokkal rendelkező régiókba szállítják. Sok vidéki orvosi klinikán nincs finanszírozás vagy energia a hagyományos hűtőrendszerekhez.

Az inzulint, az emberi vért és sok közös vakcinát 2-8 ˚C hőmérséklet-tartományban kell tartani. A terepen ezt nehéz lehet fenntartani, mert az elektromos hűtés túl sok energiát igényel, és a passzív jéghűtőkben nincs termosztátvezérlés.

Arduino a mentésre

Ez a projekt ötvözi a szárazjég (szilárd szén-dioxid) kompakt hűtőerejét és a digitális hőmérséklet-szabályozás pontosságát. Ha önmagában használják, a szárazjég túl hideg ahhoz, hogy szállítsa a vakcinát, az inzulint vagy a vért, mert könnyen fagyáshoz vezethet. A projekt hűvösebb kialakítása megoldja a fagyás problémáját azáltal, hogy a szárazjég egy külön kamrába kerül a rakományhűtő alatt. Kefe nélküli PC-ventilátorral kis mennyiségű, szuperhűtött levegőt keringtetnek a rakományrészen, szükség szerint. Ezt a ventilátort egy robusztus Arduino mikrokontroller vezérli, precíziós (PID) hőmérséklet -szabályozó hurokkal. Mivel az Arduino rendszer nagyon kevés elektromos árammal működik, ez a rendszer mozgatható lehet, mint a jégláda, de szabályozható a hőmérséklet, mint egy dugaszolható hűtőszekrény.

Kinek szól ez a projekt?

Remélem, hogy a rendszer ingyenes és nyílt forráskódúvá tételével inspirálja a humanitárius mérnököket és a segélymunkásokat arra, hogy keressenek módot arra, hogy hasznos technológiákat állítsanak elő a szükségletek közelében.

Ezt a projektet diákok, mérnökök és segélymunkások építik fel a humanitárius kihívásokkal szembesülő területeken vagy azok közelében. Az anyagok, alkatrészek és kellékek általában rendelkezésre állnak a világ legtöbb városában, még a legszegényebb országokban is. Azzal, hogy a terveket ingyenesen elérhetővé tettük az Instructables segítségével, rugalmasságot biztosítunk a technológia számára a költségek és a méretezhetőség tekintetében. Ezeknek az arduino-jéghűtőknek a decentralizált gyártása fontos lehetőség lehet, amelyek életet menthetnek.

A kész hűtő specifikációi:

• Rakomány térfogata: maximum 6,6 gallon (25 L), ajánlott 5 liter (19 liter) pufferpalackokkal.
• Maximális rakománytérfogat: 35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm

Hűtési kapacitás: 5 ° C-ot tart fenn 10-7 napig 20-30 ° C-os környezetben

Áramforrás: szárazjég és elárasztott 12 voltos tengeri cella akkumulátor

Minden méretben: 24 x 24 x 32 hüvelyk (61 cm x 61 cm x 66,6 cm magas)

Teljes súly esetén: 15,1 kg üres, jég nélkül / 28,6 kg teljes jéggel és rakománnyal

Hőmérséklet-szabályozás: A PID szabályozó 5 ° C +-0,5 ° C-ot tart

Anyagok: építési minőségű zárt cellás hab és építőipari ragasztók IR fényvisszaverő szigetelő bevonattal

1. lépés: A projekt beállítása

Munkaterület:

Ez a projekt megköveteli a sztirolhab szigetelés némi vágását és ragasztását. Ez por keletkezhet, különösen akkor, ha kés helyett fűrészt használ. Feltétlenül használjon porvédő maszkot. Ezenkívül nagyon hasznos, ha kéznél van egy bolti porszívó, amely útközben tisztítja a port

Az építő ragasztó szárításkor irritáló füstöket bocsáthat ki. Ügyeljen arra, hogy a ragasztási és tömítési lépéseket jól szellőző helyen fejezze be

Az arduino kiegészítő alkatrészek összeszereléséhez forrasztópáka szükséges. Ha lehetséges, használjon ólommentes forrasztót, és ügyeljen arra, hogy jól megvilágított, jól szellőző helyen dolgozzon

Minden eszköz:

• Körfűrész vagy pontozókés
• Akkus fúró 1,75 hüvelykes lyukfűrésszel
• Forrasztópáka és forrasztópáka
• Öngyújtó vagy hőpisztoly
• 4 láb egyenes él
• Sharpie marker
• Racsnis hevederek
• Mérőszalag
• Tömítőcső adagoló
• Huzalvágó/levágó
• Csavarhúzó nagy és kicsi, normál

Minden kellék:

Elektronikai kellékek

• Zsugorcső 1/8 és 1/4 hüvelyk
• Áramköri lap csapok (hüvelyes aljzatok és dugaszok)
• ABS műanyag elektromos doboz átlátszó borítással, 200 mm x 120 mm x 75 mm méretű, 7,9 "x 4,7" x 2,94 "méretű
• Tölthető, zárt ólom -sav akkumulátor, 12V 20AH. Atomerőmű HR1280W vagy hasonló.
• Arduino Uno R3 mikrovezérlő kártya vagy hasonló
• Arduino egymásra rakható prototípus tábla: Alloet mini kenyértábla prototípus pajzs V.5 vagy hasonló.
• MOSFET illesztőprogram modul IRF520 vagy hasonló
• Digitális hőmérséklet -érzékelő DFRobot DS18B20 vízálló kábelcsomagban
• Kefe nélküli 12 V -os PC hűtőventilátor: 40 mm x 10 mm 12 V 0,12A
• Micro SD kártyaolvasó: Adafruit ADA254
• Valós idejű óra: DIYmore DS3231, a DS1307 RTC alapján
• Akkumulátor a valós idejű órához: LIR2032 gombelem)
• 4,7 K-ohmos ellenállás
• 26 méretű, sodrott huzalos orsók (piros, fekete, sárga)
• 2-vezetékes vezeték hossza (3 láb vagy 1 m) 12 méteres sodrott (akkumulátor csatlakoztatható vezeték)
• Gépkocsi késes biztosítéktartója és 3 amperes biztosíték (akkumulátorral való használatra)
• USB -nyomtatókábel (írja be a hím -b csatlakozót)
• Drótanya (12 -es)

Szalagok és ragasztók

• Nagy tapadású segédszalag 2 hüvelyk széles x 50 láb tekercs (Gorilla szalag vagy hasonló)
• Szilikon tömítés, egy cső
• Építési ragasztó, 2 cső. (Folyékony körmök vagy hasonló)
• Alumínium kemence szalag, 2 hüvelyk széles x 50 láb tekercs.
• Öntapadós horog-hurok csíkok (1 hüvelyk széles x 12 hüvelyk szükséges)

Építőanyag -kellékek

• 2 x 4 láb x 8 láb x 2 hüvelyk vastag (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) habszigetelő lemez
• 2 láb x 25 láb tekercs kettős fényvisszaverő légtekercses kemence szigetelés, ezüst buborék.
• 2 x rövid PVC cső, 1 1/2 hüvelyk belső átmérő x Sch 40. 13 hüvelyk hosszúságra vágva.

Speciális kellékek

• Oltóhőmérő: "Thomas Traceable hűtőszekrény/fagyasztó plusz hőmérő oltópalack -szondával" és nyomon követhető kalibrációs tanúsítvány vagy hasonló.
• 2 x virágos szárú palack a DS18B20 vízálló hőmérsékleti szondák folyadékpuffereléséhez.

2. lépés: Vágja ki a hab alkatrészeket

Nyomtassa ki a vágási mintát, amely számos téglalapot mutat, amelyeket két, 1200 mm x 2400 mm x 150 mm méretű, merev zárt cellás habszigetelő lemezből kell kivágni.

Egyenes él és jelölő segítségével óvatosan húzza meg a vonalakat a hablapok vágásához. A habot lehet vágni úgy, hogy egy késsel piszkálja, de a legegyszerűbb körfűrésszel elvégezni a munkát. A hab fűrésszel történő vágása azonban port hoz létre, amelyet nem szabad belélegezni. Fontos óvintézkedéseket kell követni:

• Viseljen porvédő maszkot.
• A porgyűjtéshez használjon a fűrészhez rögzített vákuumtömlőt.
• Ha lehetséges, végezze el a vágást kint.

3. lépés: Szerelje össze a hűtőt hablapokból

A mellékelt diák részletesen leírják, hogyan kell a teljes hűtőt összeállítani hablapokból és ezüst buborékfóliás szigetelésből. Fontos, hogy hagyja megszáradni az építő ragasztót néhány különböző lépés között, ezért érdemes körülbelül három napot eltöltenie ezen lépések elvégzéséhez.

4. lépés: Szerelje össze a vezérlőrendszert

A következő képek bemutatják, hogyan kell az elektronikai alkatrészeket prototípuslapra szerelni a hűtő hőmérséklet -szabályozó rendszerének létrehozásához. A legutóbbi kép egy teljes rendszer vázlata az Ön számára.

5. lépés: Szoftver beállítása és tesztelése

Először próbálja ki ezt a beállítási vázlatot

A beállítási vázlat két dolgot tesz. Először is, lehetővé teszi az idő és a dátum beállítását a valós idejű órában (RTC). Másodszor, teszteli a hűtővezérlő összes perifériás összetevőjét, és egy kis jelentést ad a soros monitoron keresztül.

Töltse le a legfrissebb beállítási vázlatot innen: CoolerSetupSketch a GitHub webhelyről

Nyissa meg a vázlatot az Arduino IDE -ben. Görgessen le a "Itt állítsa be az időt és a dátumot" kódrészlethez. Töltse ki az aktuális időt és dátumot. A vázlat feltöltése előtt ellenőrizze még egyszer, hogy a következő perifériák be vannak -e állítva (lásd a mellékelt elektromos sematikus képet):

• Hőmérséklet szonda a 3 tűs csatlakozóaljzatok egyikébe csatlakoztatva
• Micro SD kártya behelyezve az olvasómodulba
• Gombelem a valós idejű óra (RTC) modulba helyezve
• Csatlakoztassa a PC ventilátorához csatlakoztatott vezetékeket
• Biztosíték az akkumulátor vezetékének biztosítéktartójában.
• Arduino csatlakozik az akkumulátorhoz (BIZTOS, hogy nincs visszafelé vezetékezve! + A VIN -hez, - a GND -hez!)

Az Arduino IDE -ben válassza ki az Arduino UNO -t a táblák listájából, és töltse fel. A feltöltés befejezése után a tetején található legördülő menüből válassza az Eszközök / Soros monitor lehetőséget. Ennek egy kis rendszerjelentést kell megjelenítenie. Ideális esetben valami ilyesmit kell olvasnia:

Hűtőbeállítási vázlat-190504-es verzió. A RENDSZER TESZTJE ---------------------- VALÓS IDŐS ÓRA TESZTELÉSE: idő [20:38] dátum [2019.06.06.] TESTING TEMP. ÉRZÉKELŐ: 22.25 C SD -KÁRTYA TESZTELÉSE: init kész Írás a dataLog.txt fájlba … dataLog.txt: Ha ezt el tudja olvasni, akkor az SD -kártya működik! TESZT VENTILÁTOR: A ventilátor be- és kikapcsol? A RENDSZER TESZT VÉGE ----------------------

Hibaelhárítás a rendszerben

Általában számomra a dolgok soha nem úgy alakulnak, ahogy elterveztem. Bizonyos rendszer valószínűleg nem működött megfelelően. A beállítási vázlat remélhetőleg nyomot ad - az óra? Az SD kártya? A mikrokontroller projektek leggyakoribb problémái általában az alábbiak egyikével kapcsolatosak:

• elfelejtett biztosítékot helyezni az akkumulátor vezetékébe, így nincs áram
• elfelejtett behelyezni egy micro SD kártyát az olvasóba, így a rendszer lefagy
• elfelejtett elemet helyezni a valós idejű órába (RTC), így a rendszer lefagy
• a csatlakoztatott érzékelők lazák, leválasztottak vagy fordítva vannak csatlakoztatva
• az alkatrészek vezetékeit lekapcsolva hagyják, vagy nem megfelelő Arduino tű (k) hez csatlakoztatják
• rossz alkatrész csatlakozik a rossz tüskékhez, vagy vissza van kötve
• helytelenül csatlakoztatott vezeték van, amely mindent rövidre zár

Telepítse a vezérlő vázlatát

Miután sikeresen tesztelte a CoolerSetupSketch alkalmazást, ideje telepíteni a teljes vezérlővázlatot.

Töltse le a legfrissebb vezérlővázlatot itt: CoolerControllerSketch

Csatlakoztassa az Arduino -t a számítógépéhez USB -kábellel, és töltse fel a vázlatot az Arduino IDE -vel. Most már készen áll arra, hogy fizikailag telepítse az egész rendszert a hűtőházba.

6. lépés: Telepítse az Arduino rendszert

A következő lépéseket ellenőrző listaként vagy az összes elektronika telepítéseként lehet kezelni. A következő lépésekhez tekintse meg a kész projekt mellékelt fényképeit. A képek segítenek!

1. Csatlakoztasson pár ventilátor vezetéket az Arduino UNO modulhoz.
2. Csatlakoztasson egy 12 voltos tápkábelt az Arduino UNO modulhoz.
3. Csatlakoztassa a DS18B20 hőmérséklet -érzékelőket az Arduino UNO modulhoz. Csak csatlakoztassa az érzékelőt a 3-tűs aljzatok egyikéhez, amelyet a prototípus táblába telepítettünk. Ügyeljen a huzal színeire, a piros pozitívra, a fekete negatívra, a sárga vagy fehér pedig a 3. adattűre.
4. Csatlakoztasson egy USB -nyomtatókábelt az Arduino USB -csatlakozójához.
5. Az 1,75 hüvelykes lyukfűrésszel fúrjon egy nagy kerek lyukat az elektronika dobozának aljába.
6. Rögzítse az Arduino UNO modult az elektronika dobozának aljához öntapadó kampós rögzítőcsíkokkal.
7. Csatlakoztassa a kalibrált oltóanyag-hőmérőt a doboz átlátszó fedelének aljához akasztós-hurkos rögzítőcsíkokkal. Csatlakoztassa a kis folyadékpufferelt palack szonda vezetéket.

8. Vegye ki a dobozból a következő vezetékeket az alján lévő kerek lyukon keresztül:

   • 12 voltos tápkábelek (12-18 méretű, sodrott réz, 2 vezetékes hangszóróhuzal)
   • Arduino hőmérséklet -érzékelők (DS18B20, 3 -tűs csatlakozóval)
   • USB nyomtatókábel (A típusú férfi - B típusú férfi)
   • Vakcina hőmérő szonda (kalibrált hőmérővel együtt)
   • Ventilátor vezetékek (sodrott pár sodrott 26-os csatlakozó huzal)
9. Nyissa ki a hűtő fedelét, és késsel vagy fúróval fúrjon egy 2 cm -es lyukat a fedélen keresztül a hátsó sarkok közelében. (Lásd a mellékelt képeket) Szúrja át a mylar buborékfóliát.
10. Az USB -vezeték kivételével mindent vezesse le a vezérlődobozról lefelé a fedélen keresztül. Helyezze a dobozt a fedélre úgy, hogy az USB -kábel lógjon, hogy később hozzáférhessen. Rögzítse a dobozt nagy tapadású szalaggal.
11. Csavarja rá az elektronikus doboz átlátszó fedelét a dobozra.
12. Hozzon létre egy további ezüst mylar buborékfóliás szigetelést, amely lefedi a dobozt, és megvédi a közvetlen napfénytől. (Lásd a mellékelt képeket.)
13. Helyezze a hűtő belsejébe a 12 voltos 20AH akkumulátort a rekesz hátsó részéhez. Az akkumulátor a kamra mellett marad a rakomány mellett. Még 5 ° C -on is jól fog működni, és némi termikus pufferként szolgál, hasonlóan a kulacshoz.
14. Csatlakoztassa mindkét hőmérsékleti szondát (a hőmérő palack szondáját és az Arduino szondát) a középső cső alapjához nagy tapadószalaggal.
15. A hűtő belsejében alumínium szalaggal rögzítse a ventilátort, hogy lefújjon a sarokcsőbe. Csatlakoztassa a vezetékeket a vezérlő vezetékéhez. A ventilátor lefújja a sarokcsövet, és a szuperhűtés a középső csőből a csomagtérbe kerül.

7. lépés: A hűtő üzembe helyezése és működése

1. Formázza a Micro SD kártyát - a hőmérséklet naplózza ezt a chipet
2. Töltse fel a 12 voltos akkumulátort
3. Vásároljon 11,34 kg (25 font) száraz jégtömböt, amelyet 20 x 20 cm x 13 cm méretűre vágnak.
4. Szerelje be a jégtömböt úgy, hogy először a lapot egy asztalra helyezi. Csúsztassa az ezüst színű Mylar bélést a tömbre úgy, hogy csak az alsó felület legyen látható. Most emelje fel az egész tömböt, fordítsa meg úgy, hogy a csupasz jég felfelé nézzen, és csúsztassa az egész tömböt a hűvösebb padló alatti szárazjégkamrába.
5. Cserélje ki a hűtőpadlót. Alumínium szalaggal ragassza fel a padló külső szélét.
6. Helyezze a 12 voltos akkumulátort a hűtőházba. Érdemes erős ragasztószalaggal rögzíteni a hűvösebb falhoz.
7. Csatlakoztassa a vezérlő tápkábelt az akkumulátorhoz.
8. Ellenőrizze, hogy a hőmérséklet -érzékelők biztonságosan ragasztva vannak -e.
9. Töltsön vizes palackokat a csomagtérbe, hogy majdnem az összes helyet kitöltse. Ezek tompítják a hőmérsékletet.
10. Állítsa a hűtőt közvetlen napfénytől védett helyre, és várjon 3-5 órát, amíg a hőmérséklet 5 ° C-on stabilizálódik.
11. Amint a hőmérséklet stabilizálódott, hőmérséklet -érzékeny tárgyakat lehet hozzáadni a vizespalackok eltávolításával és a térfogat feltöltésével.
12. Ez a friss jég- és teljesítményű hűtő akár 10 napig is fenntartja az ellenőrzött 5C -ot minden további teljesítmény vagy jég nélkül. A teljesítmény jobb, ha a hűtőt közvetlen napfénytől távol tartja. A hűtő mozgatható és a legtöbb szempontból ellenáll az ütéseknek; azonban függőlegesen kell tartani. Ha felborul, egyszerűen állítsa vissza, nem árt.
13. Az akkumulátorban maradó elektromos teljesítmény közvetlenül mérhető egy kis voltmérővel. A rendszer megfelelő működéséhez legalább 9 volt szükséges.
14. A fennmaradó jég közvetlenül mérhető fém mérőszalaggal úgy, hogy lemérjük a középső csőnyílást a PVC cső felső széléig. A fennmaradó jégtömeg mérését lásd a mellékelt táblázatban.
15. A hőmérséklet -naplózási adatok letölthetők az USB -vezeték csatlakoztatásával az Arduino IDE -t futtató laptophoz. Csatlakoztassa, és nyissa meg a Soros monitort. Az Arduino automatikusan újraindul, és kiolvassa a teljes kijelentkezést a soros monitoron keresztül. A hűtő megszakítás nélkül tovább működik.
16. Az adatok letölthetők a mellékelt MicroSD kártyáról, de a rendszert le kell kapcsolni, mielőtt kihúzza az apró chipet!

8. lépés: Jegyzetek és adatok

Ezt a hűtőt úgy tervezték, hogy megfelelő egyensúlyt biztosítson a méret, a súly, a kapacitás és a hűtési idő között. A tervekben leírt pontos méretek alapértelmezett kiindulópontnak tekinthetők. Az igényeinek megfelelően módosíthatók. Ha például hosszabb hűtési időre van szüksége, a szárazjégkamra nagyobb térfogatú lehet, hogy több jég legyen. Hasonlóképpen, a csomagtér szélesebb vagy magasabb is lehet. Mindazonáltal ügyelni kell arra, hogy kísérletileg bebizonyítsák az Ön által végrehajtott tervezési változtatásokat. A kis változtatások nagy hatással lehetnek a rendszer általános teljesítményére.

A mellékelt dokumentumok kísérleti adatokat tartalmaznak a hűtő fejlesztése során. Tartalmaz továbbá egy átfogó alkatrészlistát az összes kellék megvásárlásához. Ezenkívül csatoltam az Arduino vázlatok működő verzióit, bár a fenti GitHub letöltések valószínűleg aktuálisabbak lesznek.

9. lépés: Linkek az online forrásokhoz

A használati utasítás PDF -verziója teljes egészében letölthető, lásd a mellékelt fájlt.

Látogassa meg a GitHub adattárát ehhez a projekthez:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Második díj az Arduino versenyen 2019