Temperatura na Kinokontrol ng Bakuna at Cooler ng Insulin: 9 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang pagpapanatili ng cool na nakakatipid ng mga buhay

Sa umuunlad na mundo, ang mga bakuna ang pangunahing linya ng depensa laban sa mga mapanganib na karamdaman tulad ng Ebola, Influenza, Cholera, Tuberculosis at Dengue upang pangalanan ang ilan. Ang pagdadala ng mga bakuna at iba pang mga materyales na nakakatipid ng buhay tulad ng insulin at dugo ay nangangailangan ng maingat na kontrol sa temperatura.

Ang logistics ng First-world ay may posibilidad na masira kapag ang mga supply ay dinadala sa mga rehiyon na may limitadong mapagkukunan. Maraming mga medikal na klinika sa kanayunan ang walang pondo o enerhiya para sa mga ordinaryong sistema ng pagpapalamig.

Ang insulin, dugo ng tao, at maraming mga karaniwang bakuna ay dapat itago sa saklaw ng temperatura na 2-8 ˚C. Sa patlang, maaari itong maging mahirap mapanatili dahil ang de-kuryenteng pagpapalamig ay nangangailangan ng labis na lakas, at ang mga passive ice cooler ay walang kontrol sa termostat.

Arduino upang iligtas

Pinagsasama ng proyektong ito ang compact na lakas ng paglamig ng dry-ice (solidong carbon dioxide) na may katumpakan ng kontrol sa temperatura ng digital. Kapag nagamit nang nag-iisa, ang tuyong yelo ay masyadong malamig upang magdala ng bakuna, insulin o dugo dahil madali itong magdulot sa pagyeyelo. Nalulutas ng mas cool na disenyo ng proyektong ito ang problema sa pagyeyelo sa pamamagitan ng paglalagay ng tuyong yelo sa isang hiwalay na silid sa ibaba ng cargo cooler. Ang isang brushless PC fan ay ginagamit upang magpalipat-lipat ng maliliit na dosis ng sobrang pinalamig na hangin sa pamamagitan ng seksyon ng karga kung kinakailangan. Ang fan na ito ay kinokontrol ng isang matatag na Arduino microcontroller, na nagpapatakbo ng isang eksaktong (PID) loop ng kontrol sa temperatura. Dahil ang sistema ng Arduino ay tumatakbo sa napakakaunting lakas ng kuryente, ang sistemang ito ay maaaring maging mobile tulad ng isang dibdib ng yelo, ngunit kinokontrol ang temperatura tulad ng isang plug-in ref.

Para kanino ang proyektong ito?

Inaasahan kong, sa pamamagitan ng paggawa ng sistemang ito na libre at bukas na mapagkukunan, bibigyan ng inspirasyon ang mga inhinyero na makatao at tulungan ang mga manggagawa na maghanap ng mga paraan upang makagawa ng mga kapaki-pakinabang na teknolohiya na malapit sa puntong kailangan.

Ang proyektong ito ay idinisenyo upang maitayo ng mga mag-aaral, inhinyero, at manggagawa sa tulong sa o malapit sa mga lugar na nahaharap sa mga hamon ng makatao. Ang mga materyales, bahagi, at suplay ay karaniwang magagamit sa karamihan ng mga lungsod sa mundo kahit na sa mga pinakamahirap na bansa. Sa pamamagitan ng gawing magagamit ang mga plano nang libre sa pamamagitan ng Mga Instructable, nagbibigay kami ng teknolohiya na may kakayahang umangkop sa mga tuntunin ng gastos at kakayahang sumukat. Ang desentralisadong paggawa ng mga arduino-ice cooler na ito ay maaaring nasa mahalagang pagpipilian na may potensyal na makatipid ng mga buhay.

Tapos na mas detalyadong mga pagtutukoy:

• Dami ng kargo: maximum na 6.6 galons (25L), inirerekumenda na 5 galon (19L) na may mga buffer na bote.
• Maximum na sukat ng dami ng kargamento: = ~ 14 sa x 14 sa x 8 sa (35.6 cm x 35.6 x 20.3 cm)

Kapasidad sa Paglamig: Pinapanatili ang 5 ° C sa loob ng 10-7 araw sa 20-30 ° C na nakapaligid na kapaligiran ayon sa pagkakabanggit

Pinagmulan ng kuryente: tuyong yelo at binaha ang 12 bolta ng baterya ng marine cell

Higit sa lahat ng mga sukat: 24in x 24 sa x 32 sa taas (61 cm x 61 cm x 66.6 cm ang taas)

Higit sa lahat ng timbang: 33.3 lb (15.1 Kg) walang laman na walang yelo / 63 lb (28.6kg) na may buong yelo at kargamento

Pagkontrol sa temperatura: Ang kontrol ng PID ay mayroong 5 ° C + -0.5 ° C

Mga Kagamitan: grade ng konstruksiyon sarado na cell-foam at mga adhesive ng konstruksyon na may IR na sumasalamin na jacketing na pagkakabukod

Hakbang 1: Pag-set up para sa Project

Workspace:

Ang proyektong ito ay nangangailangan ng ilang paggupit at pagdikit ng pagkakabukod ng styrene foam. Maaari itong makagawa ng ilang alikabok, lalo na kung pipiliin mong gumamit ng isang lagari sa halip na isang kutsilyo. Siguraduhing gumamit ng isang dust mask. Gayundin, napaka-kapaki-pakinabang na magkaroon ng isang shop-bak sa kamay upang linisin ang alikabok sa iyong pagpunta

Maaaring maglabas ang adhesive ng konstruksyon sa mga nakakainis na usok kapag pinatuyo. Siguraduhing makumpleto ang mga gluing at caulking na hakbang sa isang maayos na maaliwalas na lugar

Ang pagtitipon ng mga sangkap ng add-on ng arduino ay nangangailangan ng paggamit ng isang panghinang na bakal. Gumamit ng lead-free na panghinang kung posible, at tiyaking magtrabaho sa isang mahusay na ilaw, maayos na maaliwalas na espasyo

Lahat ng mga tool:

• Circular saw o pagmamarka ng kutsilyo
• Cordill drill na may 1.75 pulgada na butas na nakita
• Panghinang at panghinang
• Mas magaan o heat gun
• 4-talampakan na tuwid na gilid
• Marker ng sharpie
• Mga strap ng Ratchet
• Sukat ng tape
• Caolking tube dispenser
• Wire cutter / Striper
• Malaki ang mga screwdriver at maliit na phillips at regular

Lahat ng mga supply:

Mga Pantustos sa Elektronika

• Paliitin ang Tubing 1/8 at 1/4 pulgada
• Mga header ng circuit board pin (mga babaeng socket at male pin)
• ABS plastic electrical box na may malinaw na takip, laki 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• Rechargable selyadong lead acid baterya, 12V 20AH. NPP HR1280W o katulad.
• Arduino Uno R3 microcontroller board o katulad
• Arduino stackable prototype board: Alloet mini breadboard prototype shield V.5 o katulad.
• MOSFET driver module IRF520 o katulad
• Digital temperatura sensor DFRobot DS18B20 sa hindi tinatagusan ng tubig package ng cable
• Brushless 12V PC cool fan: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Mambabasa ng Micro SD card: Adafruit ADA254
• Oras ng realtime: DIYmore DS3231, batay sa DS1307 RTC
• Baterya para sa realtime na orasan: LIR2032 coin cell)
• 4.7 K-ohm risistor
• 26 gauge straced hook-up wire spools (Pula, Itim, Dilaw)
• Haba ng 2-conductor wire (3 ft o 1m) 12 gauge na maiiwan (wire hook up wire)
• Ang may hawak ng fuse ng automotive na talim at 3 amp na fuse ng talim (para magamit sa baterya)
• USB printer cable (i-type ang isang lalaki hanggang b lalaki)
• Wire nut (12 gauge)

Mga Tustos ng Teyp at Adhesive

• High-adhesion utility tape na 2 pulgada ang lapad x 50 ft roll (Gorilla Tape o katulad)
• Silicone caulk, isang tubo
• Konstruksyon malagkit, 2 tubes. (Mga Liquid Pako o katulad)
• Aluminyo pugon tape, 2 pulgada ang lapad x 50 ft roll.
• Sariling malagkit na hook-and-loop strips (1 pulgada ang lapad x 12 pulgada kabuuang kinakailangan)

Mga Kagamitan sa Mga Materyal sa Konstruksiyon

• 2 x 4 talampakan x 8 talampakan x 2 pulgada ang kapal (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) mga sheet ng pagkakabukod ng foam
• 2 ft x 25 ft roll ng doble na sumasalamin na air roll furnace pagkakabukod, pilak bubble.
• 2 x maikling PVC Pipe, 1 1/2 pulgada panloob na lapad x Sch 40. gupitin hanggang 13 pulgada ang haba.

Mga Kagamitan sa Espesyalidad

• Termometro ng bakuna: 'Thomas Traceable Refrigerator / Freezer Plus Thermometer na may Vaccine Bottle Probe' at maaaring subaybayan ang sertipiko ng pagkakalibrate o katulad.
• 2 x Mga bote na bulaklak-tangkay para sa likido-buffering ng DS18B20 na mga probe ng hindi tinatagusan ng tubig na temperatura.

Hakbang 2: Gupitin ang Mga Bahagi ng Foam

I-print ang cut-pattern, na nagpapakita ng isang bilang ng mga parihaba upang gupitin mula sa dalawang 4 na ft x 8 ft x 2 sa (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) mga sheet ng matigas na pagkakabukod ng closed foam foam.

Gumamit ng isang tuwid na gilid at marker upang maingat na iguhit ang mga linya para sa paggupit ng mga sheet ng foam. Ang foam ay maaaring putulin sa pamamagitan ng pagmamarka nito ng isang utility kutsilyo, ngunit ito ay pinakamadaling gumamit ng isang pabilog na lagari upang gawin ang trabaho. Ang pagputol ng bula na may lagari, gayunpaman, ay gumagawa ng alikabok na hindi dapat malanghap. Dapat sundin ang mga mahahalagang pag-iingat:

• Magsuot ng dust mask.
• Gumamit ng isang vacuum hose na nakakabit sa lagari para sa koleksyon ng alikabok.
• Gawin ang pagputol sa labas kung maaari.

Hakbang 3: Magtipon ng Palamig Mula sa Mga Foam Sheet

Ang kasama na detalye ng slide kung paano tipunin ang kumpletong palamigan mula sa mga sheet ng pagkakabukod ng foam at silver bubble wrap. Mahalagang hayaang matuyo ang adhesive ng konstruksyon sa pagitan ng ilang iba't ibang mga hakbang, kaya dapat mong planuhin na gumugol ng 3 o higit pang mga araw upang makumpleto ang lahat ng mga hakbang na ito.

Hakbang 4: Magtipon ng Controller System

Ipinapakita ng mga sumusunod na imahe kung paano tipunin ang mga sangkap ng electronics papunta sa prototype board upang likhain ang temperatura control system para sa mas cool. Ang huling kasama na imahe ay isang buong iskema ng system para sa iyong sanggunian.

Hakbang 5: Pag-setup at Pagsubok ng Software

Subukan muna ang setup sketch na ito

Gumagawa ang setup sketch ng dalawang bagay. Una, hinahayaan kang magtakda ng oras at petsa sa Real Time Clock (RTC). Pangalawa, sinusubukan nito ang lahat ng mga sangkap ng paligid ng cooler Controller at binibigyan ka ng isang maliit na ulat sa pamamagitan ng serial monitor.

I-download ang pinakabagong sketch ng pag-setup dito: CoolerSetupSketch mula sa GitHub

Buksan ang sketch sa Arduino IDE. Mag-scroll pababa sa bloke ng code na nagkomento bilang "Itakda ang Oras at Petsa Dito." Punan ang kasalukuyang oras at petsa. Ngayon, i-double check kung ang mga sumusunod na peripheral ay naka-set up at handa na bago mo i-upload ang sketch (tingnan ang kasama na imahe ng eskematikal na iskematiko):

• Ang Temperatura Probe ay naka-plug sa isa sa 3 pin na mga socket ng header
• Ang Micro SD card ay ipinasok sa module ng mambabasa
• Ang baterya ng coin cell ay ipinasok sa module ng real time na orasan (RTC)
• Mag-hook up ng mga wire na konektado sa fan ng PC
• I-fuse sa fuse na may hawak ng wire ng baterya.
• Nakakonekta ang Arduino sa baterya (pagiging SIGURADO na hindi ito naka-wire na paatras! + Sa VIN, - sa GND!)

Sa Arduino IDE, Piliin ang Arduino UNO mula sa listahan ng mga board, at i-upload. Kapag tapos na ang pag-upload, mula sa dropdown menu sa itaas, piliin ang Tools / Serial Monitor. Dapat itong ipakita ang isang maliit na ulat ng system. Sa isip, dapat itong basahin ang isang bagay tulad nito:

Mas Malamig na Pag-set up ng Sketch - bersyon 190504START NG SISTEMANG PAGSUSULIT ----------------- TESTING REAL-TIME CLOCK: oras [20:38] petsa [1/6/2019] TEMP NG PAGSUSULIT. SENSOR: 22.25 C TESTING SD CARD: init tapos Pagsulat sa dataLog.txt… dataLog.txt: Kung mababasa mo ito, gumagana ang iyong SD Card! TESTING FAN: Ang tagahanga ba ay pumutok at naka-off? END OF SYSTEM TEST -----------------

Nagkaproblema-shoot ang system

Karaniwan para sa akin, ang mga bagay ay hindi kailanman napapunta sa plano. Ang ilang mga sistema marahil ay hindi gumana ng tama. Ang setup sketch ay inaasahan na magbigay ng isang bakas - ang orasan? Ang SD card? Ang pinakakaraniwang mga problema sa anumang proyekto ng microcontroller ay karaniwang may kinalaman sa isa sa mga ito:

• nakalimutan mong maglagay ng fuse sa wire ng baterya, kaya walang lakas
• nakalimutan mong maglagay ng isang micro SD card sa mambabasa, kaya nakabitin ang system
• nakalimutan mong maglagay ng baterya sa real time na orasan (RTC) kaya't nakasabit ang system
• ang mga nakakonektang sensor ay maluwag, hindi nakakakonekta, o nakakonekta sa kabaligtaran
• ang mga wire para sa mga sangkap ay naiwan na nakakakonekta, o konektado sa maling (mga) Arduino pin
• ang maling bahagi ay naka-plug sa maling mga pin o naka-wire na paatras
• mayroong isang kawad na hindi wastong nakakabit na inaiksi ang lahat

I-install ang sketch ng controller

Kapag nagkaroon ka ng isang matagumpay na pagsubok sa CoolerSetupSketch, oras na upang mai-install ang buong sketch ng controller.

I-download ang pinakabagong sketch ng controller dito: CoolerControllerSketch

Ikonekta ang Arduino sa iyong computer gamit ang isang USB cable at i-upload ang sketch sa Arduino IDE. Handa ka na ngayong pisikal na mai-install ang buong system sa katawan ng mas malamig.

Hakbang 6: I-install ang Arduino System

Ang mga sumusunod na hakbang ay maaaring tratuhin bilang isang checklist o pag-install ng lahat ng mga electronics. Para sa mga sumusunod na hakbang, sumangguni sa mga kasamang larawan ng natapos na proyekto. Makakatulong ang mga larawan!

1. Maglakip ng isang pares ng mga wires ng fan sa module ng Arduino UNO.
2. Ikabit ang isang pares ng 12-volt na mga wire sa kuryente sa module ng Arduino UNO.
3. Ikabit ang mga sensor ng temperatura ng DS18B20 sa module ng Arduino UNO. I-plug lamang ang sensor sa isa sa (mga) socket na 3-pin na naka-install namin sa prototype board. Bigyang pansin ang mga kulay ng kawad, ang pula ay napupunta sa positibo, itim sa negatibo, at dilaw o puti ang papunta sa ika-3 na pin ng data.
4. I-plug ang isang USB printer cable sa konektor ng USB ng Arduino.
5. Gamitin ang 1.75 "hole saw upang mag-drill ng isang malaking bilog na butas sa ilalim ng kahon ng electronics.
6. Ikabit ang Arduino UNO module sa ilalim ng kahon ng electronics gamit ang mga self-adhesive hook-and-loop fastener strips.
7. Ikabit ang naka-calibrate na thermometer ng bakuna sa ilalim ng malinaw na takip ng kahon gamit ang mga hook-and-loop fastener strips. Ikonekta ang maliit na likido-buffered na bote ng probe na ito.

8. Ipasa ang mga sumusunod na wires sa labas ng kahon sa pamamagitan ng bilog na butas sa ibaba:

   • 12-volt power wires (12-18 gauge maiiwan tayo tanso 2 conductor speaker wire)
   • Arduino temperatura sensor (s) (DS18B20 na may lalaking 3 pin header konektor sa bawat isa)
   • USB printer cable (Type A Male to Type B Male)
   • Probe ng Vaccine Thermometer (Kasama sa naka-calibrate na thermometer)
   • Mga wire wires (baluktot na pares ng maiiwan tayo na 26 gauge hook-up wire)
9. Buksan ang takip ng palamigan at gumamit ng isang kutsilyo o isang drill upang magsilang ng isang 3/4 pulgada (2 cm) na butas sa pamamagitan ng talukap ng mata malapit sa isa sa mga sulok sa likuran. (Tingnan ang mga kasama na larawan) I-poke ang mylar bubble wrapper.
10. Pakainin ang lahat maliban sa USB wire mula sa control box pababa sa takip mula sa itaas. Ilagay ang kahon sa takip na may nakabitin na USB cable upang ma-access ito sa ibang pagkakataon. I-secure ang kahon gamit ang high-adhesion tape.
11. I-tornilyo ang malinaw na takip ng kahon ng electronics papunta sa kahon.
12. Lumikha ng isang flap ng karagdagang pilak na mylar bubble wrap insulate upang takpan ang kahon at protektahan ito mula sa direktang sikat ng araw. (Tingnan ang mga kasamang larawan.)
13. Sa loob ng palamigan, ilagay ang bateryang 12 volt 20AH malapit sa likuran ng kompartimento. Ang baterya ay mananatili sa loob ng silid sa tabi ng kargamento. Ito ay gagana nang maayos kahit na sa 5˚C, at magsisilbing ilang thermal buffering, katulad ng isang bote ng tubig.
14. Ikabit ang pareho ng mga probe ng temperatura (probe ng bote ng thermometer at ang Arduino probe) sa base ng center pipe gamit ang high-adhesive tape.
15. Sa loob ng palamigan, gumamit ng aluminyo tape upang ikabit ang fan upang pumutok ito sa sulok na tubo. Ikonekta ang mga wire nito sa mga wire mula sa controller. Ang bentilador ay bumubulusok sa tubo ng sulok, at sobrang pinalamig ay fountain hanggang sa silid ng karga mula sa gitnang tubo.

Hakbang 7: Mas Malamig na Startup at Pagpapatakbo

1. I-format ang Micro SD card - ang temperatura ay mai-log sa chip na ito
2. I-recharge ang 12 volt na baterya
3. Bumili ng isang 25 pounds (11.34kg) bloke ng tuyong yelo, gupitin sa sukat 8 sa x 8 sa x 5 sa (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. I-install ang bloke ng yelo sa pamamagitan ng unang paglalagay ng bloke ng flat sa tuwalya sa isang mesa. I-slide ang pilak na Mylar liner sa ibabaw ng bloke upang ang ibabang ibabaw lamang ang malantad. Itaas ngayon ang buong bloke, i-flip sa gayon ang nakaharap na yelo ay nakaharap pataas, at i-slide ang buong bloke sa tuyong silid ng yelo sa ibaba ng mas malamig na sahig.
5. Palitan ang mas malamig na sahig. Gumamit ng aluminyo tape upang i-tape sa paligid ng panlabas na gilid ng sahig.
6. Ilagay ang 12 volt na baterya sa katawan ng mas malamig. Maaari mong hilingin na mai-secure ito sa mas malamig na pader na may mga piraso ng mataas na tape ng adhesive.
7. Ikonekta ang power wire ng controller sa baterya.
8. Suriin upang makita na ang mga probe ng temperatura ay ligtas na nai-tape.
9. I-load ang mga bote ng tubig sa kompartimento ng kargamento upang punan ang halos lahat ng puwang. Ang mga ito ay buffer ang temperatura.
10. Itakda ang palamigan sa isang lugar sa labas ng direktang sikat ng araw at payagan ang 3-5 na oras para sa temperatura na tumatag sa 5C.
11. Kapag ang temperatura ay nagpapatatag, ang mga item na sensitibo sa temperatura ay maaaring idagdag sa pamamagitan ng pag-alis ng mga bote ng tubig at pagpuno sa dami ng kargamento.
12. Ang cooler na ito na may sariwang singil ng yelo at lakas ay magpapanatili ng isang kinokontrol na 5C hanggang sa 10 araw nang walang anumang karagdagang lakas o yelo. Ang pagganap ay mas mahusay kung ang mas cool na ay pinananatiling wala sa direktang sikat ng araw. Ang cooler ay maaaring ilipat at lumalaban sa pagkabigla sa karamihan ng mga respeto; gayunpaman, dapat itong panatilihing patayo. Kung naka-tip, i-back up lamang ito, walang pinsala na nagawa.
13. Ang natitirang lakas ng kuryente sa baterya ay maaaring masukat nang direkta sa isang maliit na volt meter. Ang sistema ay nangangailangan ng isang minimum na 9 volts upang gumana nang maayos.
14. Ang natitirang yelo ay maaaring masukat nang direkta sa isang sukatan ng metal tape sa pamamagitan ng pagsukat sa gitna ng tubo-butas hanggang sa tuktok na gilid ng pipa ng PVC. Tingnan ang nakalakip na talahanayan para sa mga sukat sa natitirang bigat na yelo.
15. Maaaring ma-download ang data ng temperatura sa pag-log sa pamamagitan ng paglakip ng USB wire sa isang laptop na nagpapatakbo ng Arduino IDE. Kumonekta, at buksan ang Serial Monitor. Ang Arduino ay awtomatikong i-restart at basahin ang buong pag-log out sa pamamagitan ng serial monitor. Ang cooler ay magpapatuloy na gumana nang walang pagkaantala.
16. Maaaring ma-download ang data mula sa nakapaloob na MicroSD Card, ngunit ang system ay dapat na pinalakas-down bago hilahin ang maliit na maliit na maliit na tilad!

Hakbang 8: Mga Tala at Data

Ang cooler na ito ay idinisenyo upang maging disenteng balanse ng laki, timbang, kakayahan, at oras ng paglamig. Ang eksaktong sukat na inilarawan sa mga plano ay maaaring isaalang-alang bilang isang default na panimulang punto. Maaari silang mabago upang umangkop sa iyong mga pangangailangan. Kung, halimbawa, nangangailangan ka ng mas mahabang oras ng paglamig, ang dry-ice room ay maaaring itayo na may mas mataas na dami para sa mas maraming yelo. Gayundin, ang silid ng karga ay maaaring maitayo nang mas malawak o mas mataas. Dapat mag-ingat upang ma-eksperimentong patunayan ang anumang mga pagbabago sa disenyo na iyong ginawa, gayunpaman. Ang mga maliliit na pagbabago ay maaaring magkaroon ng malaking epekto sa pangkalahatang pagganap ng system.

Ang mga nakalakip na dokumento ay may kasamang pang-eksperimentong data na naitala sa pamamagitan ng pagbuo ng mas malamig. Kasama rin ang isang komprehensibong listahan ng mga bahagi para sa pagbili ng lahat ng mga supply. Bukod pa rito, na-attach ko ang mga gumagana na bersyon ng mga sketch ng Arduino, kahit na ang mga pag-download ng GitHub sa itaas ay malamang na magiging mas kasalukuyang.

Hakbang 9: Mga link sa Mga Mapagkukunang Online

Ang isang bersyon ng PDF ng libro ng pagtuturo na ito ay maaaring ma-download nang buo, tingnan ang kasama na file para sa seksyong ito.

Bisitahin ang repository ng GitHub para sa proyektong ito:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Pangalawang Gantimpala sa Arduino Contest 2019