Lämpötilaohjattu rokote- ja insuliinijäähdytin: 9 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Viileänä pitäminen pelastaa ihmishenkiä

Kehitysmaissa rokotteet ovat eturintamassa vaarallisia sairauksia, kuten ebolaa, influenssaa, koleraa, tuberkuloosia ja denguea vastaan. Rokotteiden ja muiden hengenpelastavien materiaalien, kuten insuliinin ja veren, kuljettaminen edellyttää huolellista lämpötilan säätöä.

Ensimmäisen maailman logistiikka hajoaa, kun tarvikkeita kuljetetaan alueille, joilla on rajalliset resurssit. Monilta maaseudun lääkäriasemilta puuttuu rahoitus tai energia tavallisille jäähdytysjärjestelmille.

Insuliini, ihmisveri ja monet tavalliset rokotteet on pidettävä 2-8 ° C: n lämpötilassa. Kentällä tätä voi olla vaikea ylläpitää, koska sähköinen jäähdytys vaatii liikaa virtaa ja passiivisista jäähdyttimistä puuttuu termostaatin ohjaus.

Arduino pelastaa

Tässä projektissa yhdistyvät kuivajää (kiinteä hiilidioksidi) kompakti jäähdytysteho ja digitaalisen lämpötilansäädön tarkkuus. Käytettäessä kuivajäätä liian kylmää rokotteen, insuliinin tai veren kuljettamiseen, koska se voi helposti jäätyä. Tämän projektin viileämpi muotoilu ratkaisee jäätymisongelman asettamalla kuivan jään erilliseen kammioon lastinjäähdyttimen alle. Harjatonta PC-tuuletinta käytetään kiertämään pieniä annoksia erittäin jäähdytettyä ilmaa tavaratilan läpi tarpeen mukaan. Tätä tuuletinta ohjaa vankka Arduino -mikrokontrolleri, joka käyttää tarkkuuden (PID) lämpötilan säätösilmukkaa. Koska Arduino-järjestelmä käyttää hyvin vähän sähköä, tämä järjestelmä voi olla liikkuva kuin jääkaappi, mutta lämpötilasäädetty kuin pistokkeellinen jääkaappi.

Kenelle tämä projekti on tarkoitettu?

Toivon, että tekemällä tästä järjestelmästä ilmaisen ja avoimen lähdekoodin se innostaa humanitaarisia insinöörejä ja avustustyöntekijöitä etsimään tapoja tuottaa hyödyllistä teknologiaa lähellä tarvetta.

Tämä projekti on suunniteltu rakennettavaksi opiskelijoille, insinööreille ja avustustyöntekijöille humanitaaristen haasteiden edessä tai lähellä. Materiaalit, osat ja tarvikkeet ovat yleensä saatavilla useimmissa maailman kaupungeissa jopa köyhimmissä maissa. Kun tarjoamme suunnitelmat ilmaiseksi Instructablesin kautta, tarjoamme tekniikkaa joustavasti kustannusten ja skaalautuvuuden suhteen. Näiden arduino-jääjäähdyttimien hajautettu valmistus voi olla tärkeä vaihtoehto, joka voi pelastaa ihmishenkiä.

Valmiit jäähdyttimen tekniset tiedot:

• Tavaratila: enintään 6,6 gallonaa (25 l), suositus 5 litraa (19 l) puskuripullojen kanssa.
• Suurin lastin tilavuus: 35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm

Jäähdytysteho: Säilyttää 5 ° C 10-7 päivän ajan 20-30 ° C: n ympäristössä

Virtalähde: kuivajää ja 12 voltin merikennoparisto

Kaikilla mitoilla: 24 x 24 x 32 tuumaa (61 cm x 61 cm x 66,6 cm korkea)

Kaikilla painoilla: 15,1 kg tyhjänä ilman jäätä / 28,6 kg täysillä jäällä ja lastilla

Lämpötilan säätö: PID-säätö kestää 5 ° C +-0,5 ° C

Materiaalit: rakennusluokan suljettu vaahto ja rakennusliimat IR-heijastavalla eristysvaipalla

Vaihe 1: Asennus projektille

Työtila:

Tämä projekti vaatii jonkin verran styreenivaahtomuovin leikkaamista ja liimaamista. Tämä voi aiheuttaa pölyä, varsinkin jos päätät käyttää sahaa veitsen sijasta. Käytä pölynaamaria. Lisäksi on erittäin hyödyllistä pitää myymälävac käsillä pölyn puhdistamiseksi

Rakennusliima voi vapauttaa ärsyttäviä huuruja kuivumisen aikana. Muista suorittaa liimaus- ja tiivistysvaiheet hyvin tuuletetussa tilassa

Arduino-lisäosien kokoaminen edellyttää juotosraudan käyttöä. Käytä lyijytöntä juotetta mahdollisuuksien mukaan ja muista työskennellä hyvin valaistussa, hyvin ilmastoidussa tilassa

Kaikki työkalut:

• Pyörösaha tai puukko
• Akkuporakone 1,75 tuuman reikäsahalla
• Juotin & juote
• Sytytin tai lämpöpistooli
• 4-jalka suora reuna
• Sharpie -merkki
• Räikkähihnat
• Mittanauha
• Tiivistysputken annostelija
• Langanleikkuri/kuorinta -aineet
• Isot ja pienet ristipääruuvitaltat ja tavalliset

Kaikki tarvikkeet:

Elektroniikkatarvikkeet

• Kutistusletkut 1/8 ja 1/4 tuumaa
• Piirilevyn nastat (naarasliittimet ja urosnastat)
• ABS -muovinen sähkölaatikko, jossa kirkas kansi, koko 7,9 x 4,7 x 2,94 tuumaa (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Ladattava suljettu lyijyakku, 12V 20AH. Ydinvoimala HR1280W tai vastaava.
• Arduino Uno R3 -kortti tai vastaava
• Arduinon pinottava prototyyppikortti: Alloet mini -leipälevyn prototyyppisuojus V.5 tai vastaava.
• MOSFET -ohjainmoduuli IRF520 tai vastaava
• Digitaalinen lämpötila -anturi DFRobot DS18B20 vedenpitävässä kaapelipakkauksessa
• Harjaton 12 V: n PC -tuuletin: 40 mm x 10 mm 12 V 0,12 A.
• Micro SD -kortinlukija: Adafruit ADA254
• Reaaliaikainen kello: DIYmore DS3231, joka perustuu DS1307 RTC: hen
• Reaaliaikaisen kellon akku: LIR2032 -nappiparisto)
• 4.7 K-ohmin vastus
• 26-mittaiset monisäikeiset kytkentälankakelat (punainen, musta, keltainen)
• 2-johdinjohdon pituus (3 jalkaa tai 1 m) 12-kertainen kierre (akun kytkentäjohto)
• Auton terän sulakkeen pidike ja 3 ampeerin terän sulake (käytettäväksi akun kanssa)
• USB -tulostuskaapeli (kirjoita uros - uros)
• Johtomutteri (12 -mittari)

Teipit ja liimatarvikkeet

• Erittäin tarttuva apunauha 2 tuumaa leveä x 50 jalkaa (Gorilla-nauha tai vastaava)
• Silikonitiiviste, yksi putki
• Rakennusliima, 2 putkea. (Nestemäiset kynnet tai vastaavat)
• Alumiiniuuninauha, 2 tuumaa leveä x 50 jalan rulla.
• Itseliimautuvat tarranauhat (yhteensä 1 tuumaa x 12 tuumaa tarvitaan)

Rakennusmateriaalitarvikkeet

• 2 x 4 jalan x 8 jalan x 2 tuuman paksuiset (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) vaahtomuovilevyt
• 2 ft x 25 ft rulla kaksinkertaista heijastavaa ilmatela -uunieristystä, hopeakupla.
• 2 x lyhyet PVC -putket, 1 1/2 tuuman sisähalkaisija x Sch 40. leikattu 13 tuuman pituisiksi.

Erikoistarvikkeet

• Rokotteiden lämpömittari: 'Thomas Traceable -jääkaappi/pakastin plus -lämpömittari, jossa rokotteen pullon koetin' ja jäljitettävä kalibrointitodistus tai vastaava.
• 2 x kukkapulloa vedenpitävään DS18B20-lämpötila-anturiin.

Vaihe 2: Leikkaa vaahtomuoviosat pois

Tulosta leikkauskuvio, jossa näkyy useita suorakulmioita, jotka on leikattava kahdesta 1200 x 2400 mm x 150 mm: n (4 ft x 8 ft x 2) arkista, joissa on jäykkä suljettu solumuovieriste.

Piirrä vaahdotuslevyjen leikkausviivat varovasti suoran reunan ja merkin avulla. Vaahto voidaan leikata pisteyttämällä se työkaluterällä, mutta on helpointa käyttää pyörösahaa. Vaahdon leikkaaminen sahalla tuottaa kuitenkin pölyä, jota ei saa hengittää. Tärkeitä varotoimia on noudatettava:

• Käytä pölynaamaria.
• Käytä pölynkeräämiseen sahaan kiinnitettyä imuletkua.
• Tee leikkaus ulkona, jos mahdollista.

Vaihe 3: Kokoa jäähdytin vaahtomuovilevyistä

Mukana tulevissa dioissa kerrotaan, kuinka koko jäähdytin kootaan vaahtomuovilevyistä ja hopeakuplakerroksesta. On tärkeää antaa rakennusliiman kuivua muutaman eri vaiheen välissä, joten sinun on suunniteltava viettää noin kolme päivää kaikkien näiden vaiheiden suorittamiseen.

Vaihe 4: Kokoa ohjainjärjestelmä

Seuraavat kuvat osoittavat, kuinka elektroniikkakomponentit asennetaan prototyyppikortille, jotta voidaan luoda jäähdyttimen lämpötilan säätöjärjestelmä. Viimeinen mukana tuleva kuva on koko järjestelmän kaavio viitteellesi.

Vaihe 5: Ohjelmiston asennus ja testaus

Kokeile ensin tätä asetusluonnosta

Asetusluonnos tekee kaksi asiaa. Ensinnäkin sen avulla voit asettaa ajan ja päivämäärän reaaliaikaisessa kellossa (RTC). Toiseksi se testaa kaikki jäähdyttimen ohjaimen oheislaitteet ja antaa sinulle pienen raportin sarjamonitorin kautta.

Lataa uusin asennusluonnos täältä: CoolerSetupSketch GitHubista

Avaa luonnos Arduino IDE: ssä. Vieritä alas koodilohkoon, joka kommentoi "Aseta aika ja päivämäärä täällä". Täytä nykyinen aika ja päivämäärä. Tarkista nyt, että seuraavat oheislaitteet on asennettu ja valmiina, ennen kuin lataat luonnoksen (katso mukana toimitettu sähkökaavio):

• Lämpötila -anturi kytketty johonkin 3 -nastaisesta pistorasiasta
• Micro SD -kortti asetettu lukumoduuliin
• Nappiparisto asetettu RTC -moduuliin
• Liitä PC -tuulettimeen liitetyt johdot
• Sulake akkujohdon sulakkeenpitimessä.
• Arduino kytketty akkuun (VARMISTA, että sitä ei ole kytketty taaksepäin! + VIN, - GND!)

Valitse Arduino IDE: ssä Arduino UNO taululuettelosta ja lataa. Kun lataus on suoritettu, valitse yläreunan avattavasta valikosta Työkalut / Sarjamonitori. Tämän pitäisi näyttää pieni järjestelmäraportti. Ihannetapauksessa sen pitäisi lukea jotain tällaista:

Jäähdyttimen asennusluonnos-versio 190504JÄRJESTELMÄN TESTAUS ---------------------- TODISTUS REAL-TIME CLOCK: aika [20:38] päivämäärä [1/6/2019] TESTAUSLÄMPÖTILA. ANTURI: 22.25 C TESTAUS SD -KORTTI: init valmis Kirjoittaminen dataLog.txt -tiedostoon… dataLog.txt: Jos voit lukea tämän, SD -korttisi toimii! TESTAUSTUULETIN: Syöksyykö tuuletin päälle ja pois päältä? JÄRJESTELMÄTESTIN LOPPU ----------------------

Ongelmatilanne järjestelmässä

Yleensä minulle asiat eivät koskaan mene aivan suunnitellusti. Jokin systeemi ei ehkä toiminut oikein. Asetusluonnos antaa toivottavasti vihjeen - kello? SD -kortti? Yleisimmät ongelmat missä tahansa mikro -ohjainprojektissa liittyvät yleensä johonkin seuraavista:

• unohdit laittaa sulakkeen akkujohtoon, joten virtaa ei ole
• unohdit laittaa micro SD -kortin lukijaan, joten järjestelmä on jumissa
• unohdit laittaa akun reaaliaikaiseen kelloon (RTC), joten järjestelmä on jumissa
• liitetyt anturit ovat löysiä, irrotettuja tai kytketty taaksepäin
• komponenttien johdot jätetään irti tai ne on liitetty väärään Arduino -nastaan
• väärä komponentti on kytketty vääriin nastoihin tai johdotettu taaksepäin
• siellä on väärin kiinnitetty lanka, joka oikosuluttaa kaiken

Asenna ohjaimen luonnos

Kun olet suorittanut testin CoolerSetupSketchillä, on aika asentaa koko ohjainluonnos.

Lataa uusin ohjainluonnos täältä: CoolerControllerSketch

Liitä Arduino tietokoneeseen USB -kaapelilla ja lähetä luonnos Arduino IDE: n avulla. Olet nyt valmis asentamaan koko järjestelmän fyysisesti jäähdyttimen runkoon.

Vaihe 6: Asenna Arduino -järjestelmä

Seuraavia vaiheita voidaan käsitellä tarkistuslistana tai kaiken elektroniikan asentamisena. Katso seuraavat vaiheet valmiiden projektien mukana tulevista valokuvista. Kuvat auttavat!

1. Kiinnitä pari tuuletinjohtoa Arduino UNO -moduuliin.
2. Liitä pari 12 voltin virtajohtoa Arduino UNO -moduuliin.
3. Kiinnitä DS18B20 -lämpötila -anturit Arduino UNO -moduuliin. Liitä anturi vain yhteen 3-nastaisesta pistorasiasta, jonka asensimme prototyyppikorttiin. Kiinnitä huomiota langan väreihin, punainen menee positiiviseen, musta negatiiviseen ja keltainen tai valkoinen kolmanteen datanastaan.
4. Liitä USB -tulostinkaapeli Arduinon USB -liittimeen.
5. Poraa 1,75 "reikäsahalla suuri pyöreä reikä elektroniikkalaatikon pohjaan.
6. Kiinnitä Arduino UNO -moduuli elektroniikkalaatikon pohjaan itseliimautuvilla tarranauhakiinnikkeillä.
7. Kiinnitä kalibroitu rokotelämpömittari laatikon läpinäkyvän kannen alapuolelle koukku- ja silmukkakiinnikkeillä. Liitä sen pieni nestepuskuroitu pulloanturin johto.

8. Vie seuraavat johdot laatikosta pohjassa olevan pyöreän reiän läpi:

   • 12 voltin virtajohdot (12-18-mittainen kuparinen 2-johtiminen kaiutinjohto)
   • Arduino -lämpötila -anturit (DS18B20, urospuolinen 3 -nastainen liitin jokaisessa)
   • USB -tulostuskaapeli (tyyppi A, uros - tyyppi B, uros)
   • Rokotelämpömittari (sisältyy kalibroituun lämpömittariin)
   • Tuulettimen johdot (kierretty parikaapeli, 26 gaugen kytkentälanka)
9. Avaa jäähdyttimen kansi ja poraa veitsellä tai poralla 3/4 tuuman (2 cm) reikä kannen läpi jonkin takakulman läheltä. (Katso mukana olevat kuvat) Työnnä mylar -kuplamuovisuojuksen läpi.
10. Syötä kaikki paitsi USB -johto ohjauslaatikosta kannen läpi ylhäältä. Aseta laatikko kannen päälle USB -kaapelin ollessa ripustettuna, jotta se on käytettävissä myöhemmin. Kiinnitä laatikko hyvin tarttuvalla teipillä.
11. Kierrä elektroniikkalaatikon kirkas kansi laatikon päälle.
12. Luo läpinäkyvä hopea mylar -kuplamuovieriste, joka peittää laatikon ja suojaa sitä suoralta auringonvalolta. (Katso mukana olevat kuvat.)
13. Aseta 12 voltin 20 Ah akku jäähdyttimen sisälle lokeron takaosan lähelle. Akku jää kammion sisään lastin viereen. Se toimii hyvin jopa 5 ° C: ssa ja toimii jonkin verran lämpöpuskurina, kuten vesipullo.
14. Kiinnitä molemmat lämpötila-anturit (lämpömittarin pulloanturi ja Arduino-anturi) keskiputken pohjaan teipillä.
15. Kiinnitä tuuletin jäähdyttimen sisäpuolelle alumiiniteipillä niin, että se puhaltaa alas kulmaputkeen. Liitä sen johdot ohjaimen johtoihin. Tuuletin puhaltaa alas kulmaputken ja superjäähdytetty suihkulähde nousee tavaratilaan keskiputkesta.

Vaihe 7: Jäähdyttimen käynnistys ja käyttö

1. Alusta Micro SD -kortti - lämpötila kirjataan tälle sirulle
2. Lataa 12 voltin akku
3. Osta 11,34 kg: n (25 lb) kuivaa jäätä, leikattu 20 x 20 cm x 13 cm: n mitoihin.
4. Asenna jääpala asettamalla se ensin pöydälle pyyhkeen päälle. Liu'uta hopeinen Mylar -vuoraus lohkon päälle niin, että vain pohjapinta tulee näkyviin. Nosta nyt koko lohko, käännä ympäri niin, että paljas jää on ylöspäin, ja liu'uta koko lohko kuivajääkammioon viileämmän lattian alapuolelle.
5. Vaihda jäähdyttimen lattia. Käytä teippiä lattian ulkoreunan ympärille alumiiniteipillä.
6. Aseta 12 voltin akku jäähdyttimen runkoon. Voit kiinnittää sen viileämpään seinään korkealla teipillä.
7. Liitä ohjaimen virtajohto akkuun.
8. Tarkista, että lämpötila -anturit on teipattu kunnolla.
9. Lataa vesipullot tavaratilaan täyttämään lähes koko tila. Nämä puskuroivat lämpötilaa.
10. Aseta jäähdytin paikkaan, jossa se ei ole suorassa auringonvalossa, ja anna lämpötilan vakiintua 5 asteeseen 3–5 tuntia.
11. Kun lämpötilat ovat vakiintuneet, lämpötilalle herkkiä esineitä voidaan lisätä poistamalla vesipullot ja täyttämällä tämä määrä lastilla.
12. Tämä jäähdytin, jossa on uutta jäätä ja tehoa, ylläpitää hallittua 5C: tä jopa 10 päivän ajan ilman lisätehoa tai jäätä. Suorituskyky on parempi, jos jäähdytin pidetään poissa suorasta auringonvalosta. Jäähdytintä voidaan siirtää ja se kestää iskuja useimmissa suhteissa; se on kuitenkin pidettävä pystyssä. Jos se kallistuu, aseta se vain pystyyn, ei haittaa.
13. Akun jäljellä oleva sähköteho voidaan mitata suoraan pienellä voltimittarilla. Järjestelmä vaatii vähintään 9 volttia toimiakseen kunnolla.
14. Jäljellä oleva jää voidaan mitata suoraan metallisella mittanauhalla mittaamalla keskiputken reikä alaspäin PVC-putken yläreunaan asti. Katso oheisesta taulukosta jäljellä olevan jääpainon mitat.
15. Lämpötilan kirjaustiedot voidaan ladata liittämällä USB -johto kannettavaan tietokoneeseen, jossa on Arduino IDE. Liitä ja avaa sarjamonitori. Arduino käynnistyy automaattisesti uudelleen ja lukee koko uloskirjautumisen sarjamittarin kautta. Jäähdytin jatkaa toimintaansa keskeytyksettä.
16. Tiedot voidaan ladata mukana toimitetulta MicroSD-kortilta, mutta järjestelmä on sammutettava ennen kuin otat pienen sirun ulos!

Vaihe 8: Huomautuksia ja tietoja

Tämä jäähdytin on suunniteltu tasapainoiseksi koon, painon, kapasiteetin ja jäähdytysajan välillä. Suunnitelmissa kuvattuja tarkkoja mittoja voidaan pitää oletuslähtökohtana. Niitä voidaan muokata vastaamaan paremmin tarpeitasi. Jos esimerkiksi tarvitset pidemmän jäähdytysajan, kuivajääkammio voidaan rakentaa suuremmalla tilavuudella lisää jäätä. Myös tavaratila voidaan rakentaa leveämmäksi tai korkeammaksi. Sinun on kuitenkin huolehdittava kokeellisesta todistamisesta tekemistäsi suunnittelumuutoksista. Pienillä muutoksilla voi olla suuri vaikutus järjestelmän yleiseen suorituskykyyn.

Liitteenä olevat asiakirjat sisältävät jäähdyttimen kehityksen avulla tallennettuja kokeellisia tietoja. Mukana on myös kattava osaluettelo kaikkien tarvikkeiden ostamiseen. Lisäksi olen liittänyt Arduinon luonnosten työversiot, vaikka yllä olevat GitHub -lataukset ovat todennäköisesti ajankohtaisempia.

Vaihe 9: Linkit online -resursseihin

Tämän ohjekirjan PDF -versio voidaan ladata kokonaisuudessaan, katso tämän osan mukana toimitettu tiedosto.

Vieraile tämän projektin GitHub -arkistossa:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Toinen palkinto Arduino -kilpailussa 2019