Temperaturkontrollert vaksine og insulinkjøler: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Å holde seg kald redder liv

I utviklingsland er vaksiner frontlinjen i forsvaret mot farlige sykdommer som ebola, influensa, kolera, tuberkulose og dengue for å nevne noen. Transport av vaksiner og andre livreddende materialer som insulin og blod krever nøye temperaturkontroll.

Første verdens logistikk har en tendens til å bryte sammen når forsyninger transporteres til regioner med begrensede ressurser. Mange landlige medisinske klinikker mangler finansiering eller energi til vanlige kjølesystemer.

Insulin, humant blod og mange vanlige vaksiner må holdes i temperaturområdet 2-8 ˚C. I feltet kan dette være vanskelig å vedlikeholde fordi elektrisk kjøling krever for mye strøm, og passive iskjølere mangler termostatkontroll.

Arduino til unnsetning

Dette prosjektet kombinerer den kompakte kjøleeffekten til tørris (fast karbondioksid) med presisjonen til digital temperaturkontroll. Når den brukes av seg selv, er tørris for kald til å transportere vaksine, insulin eller blod fordi det lett kan føre til frysing. Dette prosjektets kjøligere design løser problemet med frysing ved å plassere tørrisen i et eget kammer under lastekjøler. En børsteløs PC-vifte brukes til å sirkulere små doser superkjølt luft gjennom lastdelen etter behov. Denne viften styres av en robust Arduino mikrokontroller, som kjører en presisjons (PID) temperaturkontrollsløyfe. Fordi Arduino-systemet går på svært lite elektrisk strøm, kan dette systemet være mobilt som en iskiste, men temperaturregulert som et plug-in kjøleskap.

Hvem er dette prosjektet for?

Det er mitt håp at ved å gjøre dette systemet gratis og åpen kildekode, vil det inspirere humanitære ingeniører og hjelpearbeidere til å lete etter måter å produsere nyttig teknologi nær behovet.

Dette prosjektet er designet for å bli bygget av studenter, ingeniører og hjelpearbeidere i eller i nærheten av områder som står overfor humanitære utfordringer. Materialene, delene og forsyningene er generelt tilgjengelige i de fleste av verdens byer i selv de fattigste landene. Ved å gjøre planene gratis tilgjengelig via Instructables, gir vi teknologi fleksibilitet når det gjelder kostnader og skalerbarhet. Den desentraliserte produksjonen av disse arduino-iskjølerne kan være et viktig alternativ med potensial for å redde liv.

Ferdige kjøler spesifikasjoner:

• Lastvolum: maksimalt 6,6 gallon (25L), anbefalt 5 gallon (19L) med bufferflasker.
• Maksimalt lastvolum dimensjoner: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Kjølekapasitet: Opprettholder 5 ° C i 10-7 dager i henholdsvis 20-30 ° C omgivelsesmiljø

Strømkilde: tørris og oversvømmet 12 volts marine cellebatteri

Over alle dimensjoner: 24in x 24 in x 32 in høy (61 cm x 61 cm x 66,6 cm høy)

Over all vekt: 33,3 lb (15,1 kg) tom uten is / 28,6 kg (63 lb) med full is og last

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

Materialer: lukket celleskum av konstruksjonsgrad og konstruksjonslim med IR-reflekterende isolasjonsmantel

Trinn 1: Oppsett for prosjektet

Arbeidsområde:

Dette prosjektet krever en del kutting og liming av styrenskumisolasjon. Dette kan produsere noe støv, spesielt hvis du velger å bruke en sag i stedet for en kniv. Sørg for å bruke en støvmaske. Det er også veldig nyttig å ha en butikk-vac for hånden for å rydde opp støvet mens du går

Konstruksjonslim kan frigjøre irriterende røyk ved tørking. Sørg for å fullføre liming og tetningstrinn i et godt ventilert område

Montering av arduino-tilleggskomponentene krever bruk av et loddejern. Bruk blyfritt loddetinn når det er mulig, og sørg for å arbeide i et godt opplyst, godt ventilert rom

Alle verktøy:

• Sirkelsag eller kniv
• Batteridrevet bor med 1,75 tommer hullsag
• Loddejern og loddetinn
• Lighter eller varmepistol
• 4 fot rett kant
• Sharpie markør
• Skrallebånd
• Målebånd
• Tetningsrør dispenser
• Wire cutter/strippere
• Skrutrekkere store og små Phillips & vanlige

Alle rekvisita:

Elektronikkrekvisita

• Krympeslange 1/8 og 1/4 tommer
• Hylser for kretskort (hunkontakter og hannpinner)
• Elektrisk eske i plast med klart deksel, størrelse 7,9 x 4,7 x 2,94 tommer (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Oppladbart forseglet blybatteri, 12V 20AH. NPP HR1280W eller lignende.
• Arduino Uno R3 mikrokontrollerkort eller lignende
• Arduino stabelbart prototypebrett: Alloet mini breadboard prototypeskjerm V.5 eller lignende.
• MOSFET -drivermodul IRF520 eller lignende
• Digital temperatursensor DFRobot DS18B20 i vanntett kabelpakke
• Børsteløs 12V PC -kjølevifte: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Micro SD -kortleser: Adafruit ADA254
• Sanntidsklokke: DIYmore DS3231, basert på DS1307 RTC
• Batteri for sanntidsklokke: LIR2032 myntcelle)
• 4,7 K-ohm motstand
• 26 gauge strandet hook-up wire spoler (rød, svart, gul)
• Lengde på 2-ledertråd (3 fot eller 1 m) 12 gauge strandet (batterikabel)
• Automotive blad sikringsholder og 3 amp blad sikring (for bruk med batteri)
• USB -skriverkabel (skriv en mann til b -mann)
• Trådmutter (12 gauge)

Tapes og lim Rekvisita

• Tape med høy vedheft 2 tommer bred x 50 fot rulle (Gorilla Tape eller lignende)
• Silikon caulk, ett rør
• Konstruksjonslim, 2 rør. (Flytende negler eller lignende)
• Ovnbånd i aluminium, 2 tommer bred x 50 fot rulle.
• Selvklebende krok og sløyfe (1 tommer bred x 12 tommer totalt nødvendig)

Byggematerialer

• 2 x 4 fot x 8 fot x 2 tommer tykke (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) skumisoleringsplater
• 2 fot x 25 fot rulle med dobbel reflekterende luftrullovnisolasjon, sølvboble.
• 2 x korte PVC -rør, 1 1/2 tommer indre diameter x Sch 40. kuttet til 13 tommer lengder.

Spesialtilbehør

• Vaksintermometer: 'Thomas sporbart kjøleskap/fryser pluss termometer med vaksineflaskeprobe' og sporbart kalibreringssertifikat eller lignende.
• 2 x blomsterstammeflasker for væskebuffering av DS18B20 vanntette temperaturprober.

Trinn 2: Klipp ut skumdelene

Skriv ut kuttmønsteret, som viser et antall rektangler som skal kuttes fra to 1200 x 2400 mm x 150 mm ark med stiv skumisolasjon med lukket celle.

Bruk en rett kant og markør for å forsiktig tegne linjene for kutting av skumplatene. Skummet kan kuttes ved å score det med en kniv, men det er lettest å bruke en sirkelsag for å gjøre jobben. Å kutte skum med en sag gir imidlertid støv som ikke skal inhaleres. Viktige forholdsregler bør følges:

• Bruk støvmaske.
• Bruk en vakuumslange festet til sagen for støvoppsamling.
• Skjær utvendig hvis mulig.

Trinn 3: Monter kjøleren fra skumplater

De medfølgende lysbildene beskriver hvordan du monterer den komplette kjøleren fra skumplater og bobleplastisolering. Det er viktig å la konstruksjonslimet tørke mellom noen få forskjellige trinn, så du bør planlegge å bruke tre eller så dager på å fullføre alle disse trinnene.

Trinn 4: Monter kontrollsystemet

De følgende bildene viser hvordan du monterer elektronikkomponentene på prototypekort for å lage temperaturkontrollsystemet for kjøleren. Det siste bildet som er inkludert er en fullstendig systemskjema for din referanse.

Trinn 5: Programvareoppsett og testing

Prøv først denne oppsettskissen

Oppsettskissen gjør to ting. Først lar du deg angi tid og dato i sanntidsklokken (RTC). For det andre tester den alle de kjøligere kontrollerens perifere komponenter og gir deg en liten rapport gjennom den serielle skjermen.

Last ned den nyeste oppsettskissen her: CoolerSetupSketch fra GitHub

Åpne skissen i Arduino IDE. Rull ned til blokkeringen av kode som kommenteres som "Angi tid og dato her." Fyll inn gjeldende klokkeslett og dato. Dobbeltsjekk at følgende eksterne enheter er installert og klare før du laster opp skissen (se det medfølgende elektriske skjematiske bildet):

• Temperaturprobe koblet til en av 3 -pinners toppstikkontakter
• Micro SD -kort satt inn i lesermodulen
• Myntcellebatteri satt inn i sanntidsklokken (RTC) -modulen
• Koble til ledninger som er koblet til PC -viften
• Sikring i sikringsholderen til batterikabelen.
• Arduino koblet til batteriet (vær sikker på at det ikke er kablet bakover! + Til VIN, - til GND!)

I Arduino IDE, velg Arduino UNO fra listen over tavler, og last opp. Når opplastingen er ferdig, velger du Verktøy / Seriell skjerm fra rullegardinmenyen øverst. Dette bør vise en liten systemrapport. Ideelt sett bør den lese noe slikt:

Cooler Setup Sketch-versjon 190504START MED SYSTEMTEST ---------------------- TESTING REAL-TIME CLOCK: time [20:38] date [1/6/2019] TESTINGSTEMP. SENSOR: 22.25 C TESTING SD CARD: init done Skriver til dataLog.txt … dataLog.txt: Hvis du kan lese dette, fungerer SD -kortet ditt! TESTING FAN: Pulserer viften av og på? SLUTT PÅ SYSTEMTEST ----------------------

Feilsøk systemet

Vanligvis for meg går ting aldri helt som planlagt. Noen systemer fungerte sannsynligvis ikke riktig. Oppsettskissen vil forhåpentligvis gi en anelse - klokken? SD -kortet? De vanligste problemene med et mikrokontrollerprosjekt har vanligvis å gjøre med en av disse:

• du glemte å sette en sikring i batterikabelen, så ingen strøm
• du glemte å sette et micro SD -kort i leseren, så systemet henger
• du glemte å sette et batteri i sanntidsklokken (RTC) slik at systemet henger
• tilkoblede sensorer er løse, frakoblet eller koblet i revers
• ledninger for komponenter blir frakoblet eller koblet til feil Arduino -pinne (r)
• feil komponent er plugget inn i feil pins eller er kablet bakover
• det er en feil festet ledning som korter alt

Installer kontrolleren skissen

Når du har hatt en vellykket test med CoolerSetupSketch, er det på tide å installere hele kontrolleren.

Last ned den mest aktuelle kontrollerskissen her: CoolerControllerSketch

Koble Arduino til datamaskinen din med en USB -kabel og last opp skissen med Arduino IDE. Du er nå klar til å fysisk installere hele systemet i kjølerommet.

Trinn 6: Installer Arduino -systemet

Følgende trinn kan behandles som en sjekkliste eller installere all elektronikk. For de følgende trinnene, se de medfølgende bildene av det ferdige prosjektet. Bilder hjelper!

1. Fest et par vifteledninger til Arduino UNO -modulen.
2. Fest et par 12-volts strømledninger til Arduino UNO-modulen.
3. Fest DS18B20 temperatursensorer til Arduino UNO -modulen. Bare koble sensoren til en av 3-pinners kontakten vi installerte i prototypekortet. Vær oppmerksom på trådfargene, rød går til positiv, svart til negativ, og gul eller hvit går til den tredje datapinnen.
4. Koble en USB -skriverkabel til Arduino USB -kontakten.
5. Bruk 1,75 "hullsagen til å bore et stort rundt hull i bunnen av elektronikkboksen.
6. Fest Arduino UNO-modulen til bunnen av elektronikkboksen ved hjelp av selvklebende krok og sløyfe.
7. Fest det kalibrerte vaksintermometeret til undersiden av boksen med et lokk med krok og sløyfe. Koble den lille væske-bufrede flaske sonde ledningen.

8. Før følgende ledninger ut av esken gjennom det runde hullet i bunnen:

   • 12 volt strømledninger (12-18 gauge strandet kobber 2 leder høyttalerledning)
   • Arduino temperatursensor (er) (DS18B20 med 3 -polet topptekstkontakt på hver)
   • USB -skriverkabel (Type A -mann til Type B -mann)
   • Vaksine -termometersonde (Inkludert med kalibrert termometer)
   • Viftetråder (tvunnet par av 26-gauge tilkoblingstråd)
9. Åpne lokket på kjøleren, og bruk en kniv eller et bor for å bore et hull på 2 cm gjennom lokket nær et av de bakre hjørnene. (Se medfølgende bilder) Poke opp gjennom mylar -bobleplastdekselet.
10. Før alle unntatt USB -kabelen fra kontrollboksen ned gjennom lokket fra toppen. Plasser esken på lokket med USB -kabelen hengende ut, slik at den kan nås senere. Fest boksen med tape med høy vedheft.
11. Skru det klare lokket på elektronikkboksen på esken.
12. Lag en klaff med ekstra sølv mylar bobleplastisolasjon for å dekke esken og beskytte den mot direkte sollys. (Se medfølgende bilder.)
13. Plasser 12 volts 20AH batteriet inne i kjøleren på baksiden av rommet. Batteriet vil forbli inne i kammeret ved siden av lasten. Det vil fungere godt selv ved 5˚C, og vil tjene som litt termisk buffering, som ligner på en vannflaske.
14. Fest begge temperatursondene (termometerets flasksonde og Arduino-sonden) til bunnen av senterøret ved hjelp av klebende tape.
15. Inne i kjøleren bruker du aluminiumstape til å feste viften slik at den blåser ned i hjørnerøret. Koble ledningene til ledningene fra kontrolleren. Viften blåser ned hjørnerøret, og superkjølt vil springe opp i lastekammeret fra senterøret.

Trinn 7: Kjøligere oppstart og drift

1. Formater Micro SD -kortet - temperaturen logges til denne brikken
2. Lad opp 12 volt batteri
3. Kjøp en 11,34 kg blokk med tørris, kuttet til 20 x 20 cm x 13 cm.
4. Installer isblokken ved først å legge blokken flatt på et håndkle på et bord. Skyv den sølvfargede Mylar -foringen over blokken slik at bare bunnoverflaten blir eksponert. Løft nå hele blokken, snu så barisen vender oppover, og skyv hele blokken inn i tørris -kammeret under det kjøligere gulvet.
5. Bytt ut det kjøligere gulvet. Bruk aluminiumstape til å tape rundt ytterkanten av gulvet.
6. Plasser 12 volts batteri i kjølerommet. Det kan være lurt å feste den til den kjøligere veggen med strimler med høy tape.
7. Koble kontrollenhetens strømledning til batteriet.
8. Kontroller at temperaturprober er godt festet.
9. Legg vannflasker i lasterommet for å fylle nesten hele plassen. Disse vil buffere temperaturen.
10. Sett kjøleren et sted utenfor direkte sollys og la 3-5 timer for temperaturen stabilisere seg ved 5C.
11. Når temperaturen har stabilisert seg, kan temperaturfølsomme gjenstander tilsettes ved å fjerne vannflasker og fylle volumet med last.
12. Denne kjøleren med en ny ladning av is og kraft holder en kontrollert 5C i opptil 10 dager uten ekstra strøm eller is. Ytelsen er bedre hvis kjøleren holdes utenfor direkte sollys. Kjøleren kan flyttes og er motstandsdyktig mot støt i de fleste henseender; den bør imidlertid holdes oppreist. Hvis den velter, må du bare sette den tilbake, ingen skade gjort.
13. Gjenværende elektrisk effekt i batteriet kan måles direkte med en liten volt meter. Systemet krever minst 9 volt for å fungere skikkelig.
14. Den gjenværende isen kan måles direkte med et målebånd ved å måle senterrørhullet opp til toppkanten av PVC-røret. Se vedlagte tabell for målinger av gjenværende isvekt.
15. Temperaturloggingsdata kan lastes ned ved å koble USB -kabelen til en bærbar datamaskin som kjører Arduino IDE. Koble til, og åpne Serial Monitor. Arduino starter automatisk på nytt og leser hele utloggingen gjennom den serielle skjermen. Kjøleren vil fortsette å fungere uten avbrudd.
16. Dataene kan lastes ned fra det vedlagte MicroSD-kortet, men systemet må slås av før du trekker ut den lille brikken!

Trinn 8: Notater og data

Denne kjøleren ble designet for å være en anstendig balanse mellom størrelse, vekt, kapasitet og kjøletid. De eksakte dimensjonene beskrevet i planene kan betraktes som et standard utgangspunkt. De kan endres for å passe dine behov bedre. Hvis du for eksempel krever en lengre kjøletid, kan tørris-kammeret konstrueres med et høyere volum for mer is. På samme måte kan lastekammeret bygges bredere eller høyere. Du bør imidlertid passe på å eksperimentelt bevise eventuelle designendringer du gjør. Små endringer kan ha stor innvirkning på den generelle systemytelsen.

De vedlagte dokumentene inkluderer eksperimentelle data registrert gjennom utvikling av kjøleren. Inkludert er også en omfattende deleliste for kjøp av alle rekvisita. I tillegg har jeg lagt ved arbeidsversjoner av Arduino -skissene, selv om GitHub -nedlastingene ovenfor sannsynligvis vil være mer aktuelle.

Trinn 9: Lenker til nettressurser

En PDF -versjon av denne instruksjonsboken kan lastes ned i sin helhet, se den medfølgende filen for denne delen.

Besøk GitHub -depotet for dette prosjektet:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Andre pris i Arduino -konkurransen 2019