Penyejuk Vaksin & Insulin yang Dikawal Suhu: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Tetap sejuk menyelamatkan nyawa

Di negara berkembang, vaksin adalah garis pertahanan utama untuk melawan penyakit berbahaya seperti Ebola, Influenza, Cholera, Tuberculosis dan Dengue. Mengangkut vaksin dan bahan lain yang menyelamatkan nyawa seperti insulin dan darah memerlukan kawalan suhu yang teliti.

Logistik dunia pertama cenderung rosak apabila bekalan diangkut ke wilayah dengan sumber yang terhad. Banyak klinik perubatan luar bandar kekurangan dana atau tenaga untuk sistem penyejukan biasa.

Insulin, darah manusia, dan banyak vaksin biasa mesti disimpan dalam julat suhu 2-8 ˚C. Di lapangan, ini sukar dikekalkan kerana penyejukan elektrik memerlukan tenaga yang terlalu banyak, dan penyejuk ais pasif tidak mempunyai kawalan termostat.

Arduino untuk menyelamatkan

Projek ini menggabungkan kekuatan penyejukan ais kering (karbon dioksida pepejal) dengan ketepatan kawalan suhu digital. Apabila digunakan dengan sendirinya, keringkan ais terlalu sejuk untuk mengangkut vaksin, insulin atau darah kerana mudah menyebabkan pembekuan. Reka bentuk projek yang lebih sejuk ini dapat menyelesaikan masalah pembekuan dengan meletakkan ais kering di ruang berasingan di bawah penyejuk kargo. Kipas PC tanpa sikat digunakan untuk mengedarkan dosis kecil udara sejuk melalui bahagian kargo jika diperlukan. Kipas ini dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino yang kuat, menjalankan gelung kawalan suhu ketepatan (PID). Oleh kerana sistem Arduino menggunakan tenaga elektrik yang sangat sedikit, sistem ini boleh bergerak seperti peti ais, tetapi dikawal suhu seperti peti sejuk pemalam.

Projek ini untuk siapa?

Harapan saya bahawa, dengan menjadikan sistem ini bebas dan sumber terbuka, ia akan memberi inspirasi kepada jurutera kemanusiaan dan pekerja bantuan untuk mencari jalan untuk menghasilkan teknologi yang berguna berhampiran dengan keperluan.

Projek ini dirancang untuk dibina oleh pelajar, jurutera, dan pekerja bantuan di atau dekat kawasan yang menghadapi cabaran kemanusiaan. Bahan, alat ganti dan bekalannya umumnya terdapat di kebanyakan bandar di dunia bahkan di negara-negara termiskin. Dengan menyediakan rancangan secara percuma melalui Instructables, kami menyediakan teknologi dengan fleksibiliti dari segi biaya dan skalabilitas. Pembuatan penyejuk ais arduino yang terdesentralisasi ini mungkin menjadi pilihan penting yang berpotensi menyelamatkan nyawa.

Spesifikasi sejuk yang telah selesai:

• Isi padu kargo: maksimum 6,6 gelen (25L), disyorkan 5 gelen (19L) dengan botol penyangga.
• Dimensi isipadu kargo maksimum: = ~ 14 dalam x 14 dalam x 8 inci (35.6 cm x 35.6 x 20.3 cm)

Kapasiti Penyejukan: Mengekalkan 5 ° C selama 10-7 hari dalam persekitaran persekitaran 20-30 ° C

Sumber kuasa: ais kering dan bateri sel laut 12 volt dibanjiri

Melebihi semua dimensi: tinggi 24 inci x 24 inci x 32 (tinggi 61 cm x 61 cm x 66,6 cm)

Berat keseluruhan: 33.3 lb (15.1 Kg) kosong tanpa ais / 63 lb (28.6kg) dengan ais dan muatan penuh

Peraturan suhu: kawalan PID tahan 5 ° C + -0.5 ° C

Bahan: busa sel tertutup gred pembinaan dan pelekat pembinaan dengan jaket penebat reflektif IR

Langkah 1: Persediaan untuk Projek

Ruang Kerja:

Projek ini memerlukan pemotongan dan pelekat penebat busa styrene. Ini dapat menghasilkan sedikit habuk, terutamanya jika anda memilih untuk menggunakan gergaji daripada pisau. Pastikan menggunakan topeng habuk. Juga, sangat berguna jika ada ruang kosong untuk membersihkan habuk semasa anda pergi

Pelekat pembinaan boleh mengeluarkan asap yang menjengkelkan semasa pengeringan. Pastikan untuk melengkapkan langkah-langkah perekatan dan pendempaan di kawasan yang berventilasi baik

Memasang komponen tambahan arduino memerlukan penggunaan besi pematerian. Gunakan pateri bebas plumbum jika boleh, dan pastikan anda bekerja di tempat yang terang dan berventilasi baik

Semua alat:

• Gergaji bulat atau pisau pemarkahan
• Bor tanpa wayar dengan bit gergaji 1.75 inci
• Pateri besi & pateri
• Pistol yang lebih ringan atau panas
• Tepi lurus 4 kaki
• Penanda Sharpie
• Tali ratchet
• Pita pengukur
• Dispenser tiub caulking
• Pemotong wayar / Pelucut
• Pemutar skru phillips besar dan kecil & biasa

Semua bekalan:

Bekalan Elektronik

• Kecilkan Tiub 1/8 dan 1/4 inci
• Header pin papan litar (soket wanita dan pin lelaki)
• Kotak elektrik plastik ABS dengan penutup yang jelas, berukuran 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• Bateri asid plumbum tertutup yang boleh dicas semula, 12V 20AH. NPP HR1280W atau yang serupa.
• Papan mikrokontroler Arduino Uno R3 atau yang serupa
• Papan prototaip stackable Arduino: Perisai prototaip papan roti mini Alloet V.5 atau yang serupa.
• Modul pemacu MOSFET IRF520 atau yang serupa
• Sensor suhu digital DFRobot DS18B20 dalam pakej kabel kalis air
• Kipas penyejuk PC 12V Brushless: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Pembaca kad mikro SD: Adafruit ADA254
• Jam masa nyata: DIYmore DS3231, berdasarkan DS1307 RTC
• Bateri untuk jam masa nyata: sel syiling LIR2032)
• Perintang 4.7 K-ohm
• 26 gulungan dawai pengait terdampar (Merah, Hitam, Kuning)
• Panjang wayar 2-konduktor (3 kaki atau 1m) 12 tolok terkandas (wayar penyambung bateri)
• Pemegang sekering pisau automotif dan sekering pisau 3 amp (untuk digunakan dengan bateri)
• Kabel pencetak USB (taipkan lelaki hingga b lelaki)
• Mur wayar (tolok 12)

Bekalan Pita & Perekat

• Pita utiliti tinggi lekapan lebar 2 inci x 50 kaki gulung (Pita Gorilla atau serupa)
• Silikon caulk, satu tiub
• Pelekat pembinaan, 2 tiub. (Kuku Cecair atau serupa)
• Pita tungku aluminium, gulungan selebar 2 inci x 50 kaki.
• Jalur cangkuk dan gelung pelekat sendiri (lebar 1 inci x 12 inci keseluruhan diperlukan)

Bekalan Bahan Binaan

• Lembaran penebat busa 2 x 4 kaki x 8 kaki x 2 inci (1200 mm x 2400 mm x 150 mm)
• Gulungan penebat relau udara reflektif berganda 2 kaki x 25 kaki, gelembung perak.
• 2 x Pipa PVC pendek, diameter dalaman 1 1/2 inci x Sch 40. dipotong hingga panjang 13 inci.

Bekalan Khas

• Termometer vaksin: 'Thomas Traceable Refrigerator / Freezer Plus Thermometer with Vaccine Bottle Probe' dan sijil penentukuran yang dapat dikesan atau serupa.
• 2 x Botol batang bunga untuk penyekat cecair kalis air DS18B20.

Langkah 2: Potong Bahagian Buih

Cetak corak potong, yang menunjukkan sejumlah segi empat tepat untuk memotong dari dua kepingan penebat busa sel tertutup tegar (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) (1200 mm x 2400 mm x 150 mm).

Gunakan tepi lurus dan penanda untuk menarik garis dengan berhati-hati untuk memotong kepingan busa. Buih itu mungkin dipotong dengan mencetaknya dengan pisau utiliti, tetapi paling mudah menggunakan gergaji bulat untuk melakukan pekerjaan. Memotong busa dengan gergaji, bagaimanapun, menghasilkan habuk yang tidak boleh disedut. Langkah berjaga-jaga penting harus diikuti:

• Pakai topeng habuk.
• Gunakan selang vakum yang dipasang pada gergaji untuk pengumpulan habuk.
• Lakukan pemotongan di luar jika boleh.

Langkah 3: Pasang Penyejuk Dari Lembaran Buih

Slaid yang disertakan memperincikan cara memasang penyejuk lengkap dari kepingan busa dan penebat balut gelembung perak. Penting untuk membiarkan pelekat pembinaan kering di antara beberapa langkah yang berbeza, jadi anda harus merancang untuk menghabiskan 3 atau lebih hari untuk menyelesaikan semua langkah ini.

Langkah 4: Pasang Sistem Pengawal

Gambar berikut menunjukkan cara memasang komponen elektronik ke papan prototaip untuk membuat sistem kawalan suhu yang lebih sejuk. Gambar terakhir yang disertakan adalah skema sistem penuh untuk rujukan anda.

Langkah 5: Penyediaan dan Pengujian Perisian

Mula-mula mencuba lakaran persediaan ini

Lakaran persediaan melakukan dua perkara. Pertama, ini membolehkan anda menetapkan waktu dan tarikh dalam Waktu Nyata (RTC). Kedua, ia menguji semua komponen periferal pengawal yang lebih sejuk dan memberi anda sedikit laporan melalui monitor bersiri.

Muat turun lakaran persediaan terkini di sini: CoolerSetupSketch dari GitHub

Buka lakaran di Arduino IDE. Tatal ke bawah ke blok kod yang dikomen sebagai "Tetapkan Masa dan Tarikh Di Sini." Isi masa dan tarikh semasa. Sekarang, periksa semula bahawa periferal berikut disiapkan dan siap sebelum anda memuat naik lakaran (lihat gambar skematik elektrik yang disertakan):

• Probe Suhu dipasang ke salah satu soket header 3 pin
• Kad SD mikro dimasukkan ke dalam modul pembaca
• Bateri sel duit syiling dimasukkan ke dalam modul jam masa nyata (RTC)
• Sambungkan wayar yang disambungkan ke kipas PC
• Fius di pemegang fius wayar bateri.
• Arduino disambungkan ke bateri (PASTI ia tidak dikabelkan ke belakang! + Ke VIN, - ke GND!)

Di Arduino IDE, Pilih Arduino UNO dari senarai papan, dan muat naik. Setelah muat naik selesai, dari menu lungsur di bahagian atas, pilih Tools / Serial Monitor. Ini mesti memaparkan sedikit laporan sistem. Sebaik-baiknya, ia mesti membaca seperti ini:

Sketsa Penyediaan Lebih Sejuk - versi 190504START UJIAN SISTEM ---------------------- UJIAN JAM WAKTU SEBENAR: waktu [20:38] tarikh [1/6/2019] UJIAN UJIAN. SENSOR: 22.25 C UJIAN KAD SD: selesai dilakukan Menulis ke dataLog.txt… dataLog.txt: Sekiranya anda dapat membaca ini, maka Kad SD anda berfungsi! MENGUJI PEMINAT: Adakah kipas berdenyut dan mati? UJIAN SISTEM TAMAT ----------------------

Selesaikan masalah sistem

Biasanya bagi saya, perkara tidak berjalan seperti yang dirancang. Sebilangan sistem mungkin tidak berfungsi dengan betul. Lakaran persediaan diharapkan dapat memberi petunjuk - jam? Kad SD? Masalah yang paling biasa dengan mana-mana projek mikrokontroler biasanya berkaitan dengan salah satu daripadanya:

• anda terlupa memasukkan sekering ke dalam wayar bateri, jadi tidak ada kuasa
• anda terlupa meletakkan kad SD mikro pada pembaca, sehingga sistemnya tergantung
• anda terlupa meletakkan bateri dalam jam masa nyata (RTC) sehingga sistemnya tergantung
• sensor yang disambungkan longgar, terputus, atau disambungkan secara terbalik
• wayar untuk komponen dibiarkan terputus, atau disambungkan ke pin Arduino yang salah
• komponen yang salah dipasang ke pin yang salah atau dikabelkan ke belakang
• ada wayar yang terpasang tidak betul yang memendekkan semuanya

Pasang lakaran pengawal

Sebaik sahaja anda berjaya menjalani ujian dengan CoolerSetupSketch, sudah tiba masanya untuk memasang lakaran pengawal penuh.

Muat turun lakaran pengawal terkini di sini: CoolerControllerSketch

Sambungkan Arduino ke komputer anda dengan kabel USB dan muat naik lakaran dengan Arduino IDE. Anda kini sudah bersedia untuk memasang keseluruhan sistem ke dalam badan penyejuk secara fizikal.

Langkah 6: Pasang Sistem Arduino

Langkah-langkah berikut boleh dianggap sebagai senarai semak atau memasang semua elektronik. Untuk langkah-langkah berikut, rujuk foto yang disertakan dari projek siap. Gambar membantu!

1. Pasangkan sepasang wayar kipas ke modul Arduino UNO.
2. Pasang sepasang wayar kuasa 12 volt ke modul Arduino UNO.
3. Pasang sensor suhu DS18B20 ke modul Arduino UNO. Cukup pasangkan sensor ke salah satu soket 3 pin yang kami pasang di papan prototaip. Perhatikan warna wayar, merah berubah menjadi positif, hitam ke negatif, dan kuning atau putih menuju ke pin data ke-3.
4. Pasangkan kabel pencetak USB ke penyambung USB Arduino.
5. Gunakan gergaji lubang 1.75 "untuk menggerudi lubang bulat besar di bahagian bawah kotak elektronik.
6. Pasang modul Arduino UNO ke bahagian bawah kotak elektronik menggunakan jalur pengikat cangkuk dan gelung pelekat diri.
7. Pasang termometer vaksin yang dikalibrasi ke bahagian bawah penutup kotak yang jelas dengan jalur pengikat cangkuk dan gelung. Sambungkan wayar probe botol yang disangga cecair.

8. Pasangkan kabel berikut dari kotak melalui lubang bulat di bahagian bawah:

   • Wayar kuasa 12 volt (wayar pembesar suara konduktor tembaga terdampar 12-18 tolok)
   • Sensor suhu Arduino (DS18B20 dengan penyambung header 3 pin lelaki)
   • Kabel pencetak USB (Jenis A Lelaki hingga Jenis B Lelaki)
   • Probe Termometer vaksin (Termasuk termometer yang dikalibrasi)
   • Kawat kipas (sepasang wayar cangkuk tolok 26 gauge terpintal)
9. Buka penutup pendingin dan gunakan pisau atau gerudi untuk menoreh lubang 3/4 inci (2 cm) melalui penutup berhampiran salah satu sudut belakang. (Lihat gambar yang disertakan) Angkat penutup penutup mylar bubble wrap.
10. Umpan semua kecuali wayar USB dari kotak kawalan ke bawah melalui penutup dari atas. Letakkan kotak ke penutup dengan kabel USB tergantung sehingga dapat diakses kemudian. Lindungi kotak dengan pita lekatan tinggi.
11. Skru penutup yang jelas dari kotak elektronik ke kotak.
12. Buat penutup penebat balut mylar gelembung perak tambahan untuk menutup kotak dan melindunginya dari cahaya matahari langsung. (Lihat gambar yang disertakan.)
13. Di dalam penyejuk, letakkan bateri 12AH 20AH di bahagian belakang petak. Bateri akan berada di dalam ruang di samping kargo. Ia akan berfungsi dengan baik walaupun pada suhu 5˚C, dan akan berfungsi sebagai penyangga terma, serupa dengan botol air.
14. Pasang kedua-dua probe suhu (probe botol termometer dan probe Arduino) ke dasar paip tengah menggunakan pita pelekat tinggi.
15. Di dalam pendingin, gunakan pita aluminium untuk memasang kipas sehingga meletup ke paip sudut. Sambungkan wayarnya ke wayar dari pengawal. Kipas meniup paip sudut, dan sejuk sekali akan masuk ke ruang kargo dari paip tengah.

Langkah 7: Permulaan dan Operasi yang Lebih Sejuk

1. Format kad Micro SD - suhu akan dicatat ke cip ini
2. Isi semula bateri 12 volt
3. Beli sekumpulan ais kering 25 lb (11.34kg), potong dengan ukuran 8 in x 8 in x 5 in (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Pasang bongkah ais dengan meletakkan blok itu rata di atas tuala di atas meja. Geser pelapik Mylar perak ke atas blok sehingga hanya permukaan bawah yang terdedah. Sekarang angkat seluruh blok, balikkan sehingga ais kosong menghadap ke atas, dan luncurkan seluruh blok ke ruang es kering di bawah lantai yang lebih sejuk.
5. Ganti lantai yang lebih sejuk. Gunakan pita aluminium untuk melekatkan tepi luar lantai.
6. Masukkan bateri 12 volt ke badan penyejuk. Anda mungkin ingin memasangnya ke dinding yang lebih sejuk dengan jalur pita pelekat yang tinggi.
7. Sambungkan wayar kuasa pengawal ke bateri.
8. Periksa untuk memastikan bahawa prob suhu ditoreh dengan selamat.
9. Masukkan botol air ke dalam ruang kargo untuk memenuhi hampir semua ruang. Ini akan mengurangkan suhu.
10. Tetapkan pendingin di tempat yang jauh dari cahaya matahari langsung dan biarkan 3-5 jam agar suhu stabil pada 5C.
11. Setelah suhu stabil, barang sensitif suhu dapat ditambahkan dengan mengeluarkan botol air dan mengisi isinya dengan kargo.
12. Penyejuk ini dengan ais dan kuasa baru akan mengekalkan suhu 5C terkawal sehingga 10 hari tanpa tambahan tenaga atau ais. Kinerjanya lebih baik jika penyejuk udara tidak terkena cahaya matahari langsung. Penyejuk boleh digerakkan dan tahan terhadap kejutan dalam kebanyakan aspek; ia harus tetap tegak. Sekiranya dibalikkan, berdiri semula, tidak ada salahnya.
13. Kuasa elektrik yang tinggal dalam bateri dapat diukur secara langsung dengan meter volt kecil. Sistem memerlukan minimum 9 volt untuk berfungsi dengan baik.
14. Baki ais boleh diukur secara langsung dengan ukuran pita logam dengan mengukur lubang paip pusat hingga ke tepi atas paip PVC. Lihat jadual yang dilampirkan untuk pengukuran baki ais yang tinggal.
15. Data log suhu boleh dimuat turun dengan melampirkan wayar USB ke komputer riba yang menjalankan Arduino IDE. Sambungkan, dan buka Monitor Serial. Arduino akan dimulakan semula secara automatik dan membaca log keluar penuh melalui monitor bersiri. Penyejuk akan terus berfungsi tanpa gangguan.
16. Data boleh dimuat turun dari Kad MicroSD terlampir, tetapi sistem mesti dimatikan sebelum mengeluarkan cip kecil!

Langkah 8: Catatan dan Data

Alat pendingin ini dirancang untuk keseimbangan ukuran, berat, kapasiti, dan waktu penyejukan yang baik. Dimensi tepat yang dijelaskan dalam rancangan dapat dianggap sebagai titik awal lalai. Mereka boleh diubah suai agar lebih sesuai dengan keperluan anda. Sekiranya, misalnya, anda memerlukan waktu penyejukan yang lebih lama, ruang ais kering dapat dibina dengan isipadu yang lebih tinggi untuk lebih banyak ais. Begitu juga, ruang kargo boleh dibina lebih lebar atau lebih tinggi. Walau bagaimanapun, anda harus berhati-hati untuk membuktikan perubahan reka bentuk yang anda buat. Perubahan kecil boleh memberi kesan besar pada keseluruhan prestasi sistem.

Dokumen yang dilampirkan merangkumi data eksperimen yang direkodkan melalui pengembangan alat pendingin. Juga disertakan senarai bahagian yang komprehensif untuk membeli semua bekalan. Selain itu, saya telah melampirkan versi lakaran Arduino yang berfungsi, walaupun muat turun GitHub di atas kemungkinan akan lebih terkini.

Langkah 9: Pautan ke Sumber Dalam Talian

Versi PDF buku arahan ini boleh dimuat turun secara lengkap, lihat fail yang disertakan untuk bahagian ini.

Lawati repositori GitHub untuk projek ini:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Hadiah Kedua dalam Peraduan Arduino 2019