חיסון מבוקר טמפרטורה ומקרר אינסולין: 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

שמירה על קור רוח מצילה חיים

בעולם המתפתח, חיסונים הם קו ההגנה הקדמי מפני מחלות מסוכנות כמו אבולה, שפעת, כולרה, שחפת ודנגו, כדי לציין כמה. הובלת חיסונים וחומרים אחרים שמצילים חיים כמו אינסולין ודם דורשים בקרת טמפרטורה קפדנית.

הלוגיסטיקה של העולם הראשון נוטה להישבר כאשר האספקה מועברת לאזורים עם משאבים מוגבלים. במרפאות רפואיות כפריות רבות חסר מימון או אנרגיה למערכות קירור רגילות.

אינסולין, דם אנושי וחיסונים נפוצים רבים חייבים להישמר בטווח הטמפרטורות של 2-8 ˚C. בשטח זה יכול להיות קשה לתחזוקה מכיוון שקירור חשמלי דורש יותר מדי כוח, ומקררי קרח פסיביים חסרי שליטה על תרמוסטט.

ארדואינו להציל

פרויקט זה משלב את עוצמת הקירור הקומפקטית של קרח יבש (פחמן דו חמצני מוצק) עם הדיוק של בקרת הטמפרטורה הדיגיטלית. כאשר הוא משמש לבדו, קרח יבש קר מדי להובלת חיסונים, אינסולין או דם מכיוון שהוא יכול להוביל להקפאה בקלות. העיצוב הקריר יותר של הפרויקט פותר את בעיית ההקפאה על ידי הנחת הקרח היבש בתא נפרד מתחת לקירור המטען. מאוורר PC ללא מברשת משמש להזרמת מינונים קטנים של אוויר סופר-מקורר דרך קטע המטען לפי הצורך. מאוורר זה נשלט על ידי מיקרו -בקר Arduino חזק, המפעיל לולאת בקרת טמפרטורה מדויקת (PID). מכיוון שמערכת Arduino פועלת על מעט מאוד חשמל, מערכת זו יכולה להיות ניידת כמו חזה קרח, אך מוסדרת טמפרטורה כמו מקרר תקע.

למי מיועד הפרויקט הזה?

תקוותי היא, בכך שהמערכת הזו תהיה חופשית וקוד פתוח, היא תעודד מהנדסים הומניטריים ועובדי סיוע לחפש דרכים לייצר טכנולוגיות שימושיות הקרובות לנקודת הצורך.

פרויקט זה נועד להיבנות על ידי סטודנטים, מהנדסים ועובדי סיוע באזורים או בקרבתם המתמודדים עם אתגרים הומניטריים. החומרים, החלקים והאספקה זמינים בדרך כלל ברוב ערי העולם אפילו במדינות העניות ביותר. על ידי הפיכת התוכניות לזמינות בחינם באמצעות Instructables, אנו מספקים טכנולוגיה עם גמישות מבחינת עלות ומדרגיות. ייצור מבוזר של מצנני קרח ארדואינו אלה עשוי להיות אופציה חשובה עם פוטנציאל להציל חיים.

מפרטי קירור מוגמרים:

• נפח מטען: מקסימום 6.6 ליטר (25 ליטר), מומלץ 5 ליטר (19 ליטר) עם בקבוקי חיץ.
• מידות נפח מרבי: = ~ 14 אינץ 'x 14 אינץ' x 8 אינץ '(35.6 ס"מ x 35.6 x 20.3 ס"מ)

כושר קירור: שומר על 5 מעלות צלזיוס למשך 10-7 ימים בסביבת סביבה של 20-30 מעלות צלזיוס בהתאמה

מקור חשמל: קרח יבש וסוללת תא ימי 12 וולט

בכל המידות: 24 אינץ 'x 24 אינץ' בגובה 32 ס"מ (61 ס"מ x 61 ס"מ x 66.6 ס"מ גבוה)

על כל המשקל: 33.3 ק"ג (15.1 ק"ג) ריקים ללא קרח / 28.6 ק"ג עם מלא קרח ומטען

ויסות טמפרטורה: בקרת PID מחזיקה 5 ° C +-0.5 ° C

חומרים: קצף תאים סגורים בדרגת בנייה ודבקי בנייה עם מעטפת בידוד רעיוני IR

שלב 1: הגדרת הפרויקט

סביבת עבודה:

פרויקט זה דורש חיתוך והדבקה של בידוד קצף סטירן. זה יכול לייצר קצת אבק, במיוחד אם תבחר להשתמש במסור ולא בסכין. הקפד להשתמש במסכת אבק. כמו כן, זה מאוד שימושי אם יש לך שואב-חנות בהישג יד כדי לנקות את האבק תוך כדי תנועה

דבק בנייה יכול לשחרר אדים מגרים בעת ייבוש. הקפד להשלים את שלבי ההדבקה והאיטום באזור מאוורר היטב

הרכבת רכיבי התוסף לארדואינו דורשת שימוש במגהץ. השתמש בהלחמה ללא עופרת במידת האפשר, והקפד לעבוד במקום מואר ומאוורר היטב

כל הכלים:

• מסור עגול או סכין ניקוד
• מקדחה אלחוטית עם ביט חור בגודל 1.75 אינץ '
• מגהץ והלחמה
• מצית או אקדח חום
• קצה ישר של 4 רגל
• סמן שארפי
• רצועות מחגר
• סרט מדידה
• מתקן צינורות איטום
• חותך חוטים/חשפנים
• מברגים פיליפס גדולים וקטנים & רגילים

כל הציוד:

ציוד אלקטרוניקה

• כיווץ צינורות 1/8 ו 1/4 אינץ '
• כותרות סיכות לוח מעגלים (שקעי נקבה וסיכות זכר)
• קופסת חשמל מפלסטיק ABS עם כיסוי שקוף, גודל 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• סוללת חומצת עופרת אטומה נטענת, 12V 20AH. NPP HR1280W או דומה.
• לוח מיקרו -בקר Arduino Uno R3 או דומה
• לוח אב טיפוס הניתן לערימה של Arduino: מגן אב טיפוס של לוח קרשים מסוג Alloet mini V.5 או דומה.
• מודול נהג MOSFET IRF520 או דומה
• חיישן טמפרטורה דיגיטלי DFRobot DS18B20 באריזת כבלים עמידה במים
• מאוורר קירור מחשב 12V ללא מברשות: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• קורא כרטיסי מיקרו SD: Adafruit ADA254
• שעון בזמן אמת: DIYmore DS3231, מבוסס על DS1307 RTC
• סוללה לשעון בזמן אמת: תא מטבע LIR2032)
• נגד 4.7 אוהם
• 26 סלילי תיל חיבור תקועים (אדום, שחור, צהוב)
• אורך חוט 2 מוליכים (3 רגל או 1 מ ') 12 מד תקוע (חוט חיבור סוללה)
• מחזיק נתיך להב לרכב ופיוז להב 3 אמפר (לשימוש עם סוללה)
• כבל מדפסת USB (הקלד זכר עד זכר b)
• אגוז תיל (12 מד)

ציוד הקלטות ודבקים

• סרט שימושי בעל הדבקה גבוהה ברוחב 2 אינץ 'x 50 רגל (קלטת גורילה או דומה)
• אבק סיליקון, צינור אחד
• דבק בנייה, 2 צינורות. (ציפורניים נוזליות או דומה)
• סרט תנור אלומיניום, גליל 2 אינץ 'x 50 רגל.
• רצועות לולאה דביקות (יש צורך בסך כולל 1 אינץ 'x 12 אינץ')

חומרי בנייה ציוד

• 2 x 4 רגל x 8 רגל x 2 אינץ 'עובי (1200 מ"מ x 2400 מ"מ x 150 מ"מ) יריעות בידוד קצף
• גליל 2 רגל על 25 רגל של בידוד תנור אוויר רפלקטיבי כפול, בועה כסופה.
• 2 x צינורות PVC קצרים, 1 1/2 אינץ 'קוטר פנימי x Sch 40. חתוכים באורך 13 אינץ'.

חומרים מיוחדים

• מדחום חיסונים: 'מקרר/תומך מדחום פלוס עם מדחום תומס עם בדיקת בקבוקי חיסונים' ותעודת כיול הניתנת למעקב או דומה.
• 2 x בקבוקי גבעול פרחים לאגירת נוזלים של בדיקות הטמפרטורה העמידות למים DS18B20.

שלב 2: גזור את חלקי הקצף

הדפס את תבנית החיתוך, המציגה מספר מלבנים לחיתוך משני גיליונות של 1200 מ"מ x 2400 מ"מ על 150 מ"מ) של בידוד קצף תאים סגור קשיח.

השתמש בקצה ישר ובסמן כדי לצייר בזהירות את הקווים לחיתוך יריעות הקצף. ניתן לחתוך את הקצף על ידי ניקובו בעזרת סכין, אך הכי קל להשתמש במסור עגול לביצוע העבודה. אולם חיתוך קצף בעזרת מסור מייצר אבק שאסור לשאוף אותו. יש להקפיד על אמצעי זהירות חשובים:

• תלבש מסכת אבק.
• השתמש בצינור ואקום המחובר למסור לאיסוף אבק.
• בצע את החיתוך בחוץ במידת האפשר.

שלב 3: הרכיב את הצידנית מדפי קצף

השקופיות הכלולות מפרטות כיצד להרכיב את הצידנית השלמה מיריעות קצף ובידוד עטיפת בועות כסוף. חשוב לתת לדבק הבנייה להתייבש בין כמה שלבים שונים, לכן כדאי לתכנן להקדיש 3 ימים לערך להשלמת כל השלבים הללו.

שלב 4: הרכבת מערכת הבקר

התמונות הבאות מראות כיצד להרכיב את רכיבי האלקטרוניקה על גבי לוח אב טיפוס ליצירת מערכת בקרת הטמפרטורה עבור המצנן. התמונה האחרונה הכלולה היא סכמטי מערכת מלאה לעיונך.

שלב 5: התקנת תוכנות ובדיקות

נסה תחילה את סקיצת ההתקנה הזו

מערכון ההתקנה עושה שני דברים. ראשית, הוא מאפשר לך להגדיר את השעה והתאריך בשעון בזמן אמת (RTC). שנית, הוא בודק את כל הרכיבים ההיקפיים של הבקר הקריר יותר ומספק לך דיווח קטן דרך הצג הטורי.

הורד את מערכון ההתקנה העדכני ביותר כאן: CoolerSetupSketch מ- GitHub

פתח את המערכון ב- IDE של Arduino. גלול מטה אל גוש הקוד שהגיב כ"גדיר את השעה והתאריך כאן ". מלא את השעה והתאריך הנוכחי. כעת, בדוק שוב שהציוד ההיקפי הבא מותקן ומוכן לפני שתעלה את הסקיצה (ראה תמונה סכמטית חשמלית כלולה):

• בדיקת טמפרטורה מחוברת לאחד משקעי הכותרת ה -3 פינים
• כרטיס מיקרו SD מוכנס לתוך מודול הקורא
• סוללת מטבעות מוחדרת למודול השעון בזמן אמת (RTC)
• חיבורי חוטים המחוברים למאוורר המחשב האישי
• נתיך במחזיק הנתיכים של חוט הסוללה.
• Arduino מחובר לסוללה (בטוח שהוא לא מחובר לאחור! + ל- VIN, - ל- GND!)

ב- Arduino IDE, בחר Arduino UNO מרשימת הלוחות והעלה. לאחר ההעלאה, מהתפריט הנפתח למעלה, בחר כלים / צג סידורי. זה אמור להציג דוח מערכת קטן. באופן אידיאלי, הוא צריך לקרוא משהו כזה:

סקיצה להגדרת מגניב-גרסה 190504 התחלת בדיקת המערכת ---------------------- בדיקת שעון בזמן אמת: שעה [20:38] תאריך [1/6/2019] טמפ 'בדיקה. SENSOR: 22.25 C TESTING SD CARD: init done כתיבה ל- dataLog.txt … dataLog.txt: אם אתה יכול לקרוא זאת, אז כרטיס ה- SD שלך פועל! מאוורר הבדיקה: האם המאוורר פועם וכיבוי? סיום בדיקת המערכת ----------------------

פתרון בעיות במערכת

בדרך כלל בשבילי, הדברים לעולם אינם מתנהלים כמתוכנן. מערכת מסוימת כנראה לא עבדה כמו שצריך. מערכון ההתקנה יספק בתקווה רמז - השעון? כרטיס ה- SD? הבעיות הנפוצות ביותר בכל פרויקט מיקרו -בקר בדרך כלל קשורות לאחת מאלה:

• שכחת להכניס נתיך לחוט הסוללה, כך שאין חשמל
• שכחת להכניס כרטיס מיקרו SD לקורא, כך שהמערכת תלויה
• שכחת לשים סוללה בשעון בזמן אמת (RTC) כך שהמערכת תלויה
• חיישנים מחוברים רופפים, מנותקים או מחוברים הפוך
• חוטי הרכיבים נותרים מנותקים או מחוברים לסיכה הארדואינו הלא נכונה
• הרכיב הלא נכון מחובר לסיכות הלא נכונות או מחובר לאחור
• יש חוט מחובר בצורה לא נכונה המקצר הכל

התקן את סקיצת הבקר

לאחר שעשית בדיקה מוצלחת עם CoolerSetupSketch, הגיע הזמן להתקין את שרטוט הבקר המלא.

הורד את סקיצת הבקר העדכנית ביותר כאן: CoolerControllerSketch

חבר את ה- Arduino למחשב שלך באמצעות כבל USB והעלה את הסקיצה עם ה- Arduino IDE. כעת אתה מוכן להתקין פיזית את כל המערכת בגוף המצנן.

שלב 6: התקן את מערכת Arduino

ניתן להתייחס לשלבים הבאים כרשימת ביקורת או להתקנת כל מוצרי האלקטרוניקה. לקבלת השלבים הבאים, עיין בתמונות הכלולות של הפרויקט המוגמר. תמונות עוזרות!

1. חבר זוג חוטי מאוורר למודול ה- Arduino UNO.
2. צרף זוג חוטי חשמל של 12 וולט למודול ה- Arduino UNO.
3. חבר את חיישני הטמפרטורה DS18B20 למודול ה- Arduino UNO. פשוט חבר את החיישן לאחד משקע 3 הפינים שהתקנו בלוח האבטיפוס. שימו לב לצבעי החוטים, האדום הולך לחיובי, השחור לשלילי, וצהוב או הלבן עובר לסיכת הנתונים השלישית.
4. חבר כבל מדפסת USB למחבר ה- USB של הארדואינו.
5. השתמש במסור החור בגודל 1.75 אינץ 'כדי לקדוח חור עגול גדול בתחתית תיבת האלקטרוניקה.
6. חבר את מודול ה- Arduino UNO לתחתית תיבת האלקטרוניקה באמצעות רצועות הידוק לולאה.
7. חבר את מדחום החיסון המכויל לחלק התחתון של המכסה הצלול של הקופסה בעזרת רצועות מהדק. חבר את חוט הבדיקה הקטן שנאגר בנוזל שלו.

8. העבירו את החוטים הבאים מהקופסה דרך החור העגול שבתחתית:

   • חוטי חשמל של 12 וולט (חוט רמקול מוליך נחושת 12-18 מד תקוע 2 חוטים)
   • חיישן טמפרטורות של Arduino (DS18B20 עם מחבר כותרת 3 פינים זכר בכל אחד)
   • כבל מדפסת USB (זכר מסוג A עד זכר מסוג B)
   • בדיקת מדחום לחיסון (כלולה במדחום מכויל)
   • חוטי מאוורר (זוג מעוות של חוט חיבור 26 מד תקוע)
9. פתח את מכסה המצנן והשתמש בעזרת סכין או מקדחה לחור בגובה 3/4 אינץ '(2 ס"מ) דרך המכסה ליד אחת הפינות האחוריות. (ראה תמונות כלולות) להקיא מבעד לכיסוי הבועות של מיאלר.
10. הזן את כולם מלבד כבל ה- USB מתיבת הבקרה כלפי מטה דרך המכסה מלמעלה. הנח את הקופסה על המכסה כאשר כבל ה- USB מסתובב החוצה כך שניתן יהיה לגשת אליו מאוחר יותר. אבטח את הקופסה בעזרת סרט הדבקה גבוה.
11. הברג את המכסה השקוף של תיבת האלקטרוניקה על הקופסה.
12. צור דש של בידוד עטיפת בועות כסף נוספת של כסף כדי לכסות את הקופסה ולהגן עליה מפני אור שמש ישיר. (ראה תמונות כלולות.)
13. בתוך המצנן, הנח את סוללת 20 וולט 20AH ליד החלק האחורי של התא. הסוללה תישאר בתוך החדר לצד המטען. הוא יעבוד היטב אפילו בחום של 5 ˚, וישמש כמאגר תרמי כלשהו, בדומה לבקבוק מים.
14. חבר את שני בדיקות הטמפרטורה (בדיקת הבקבוק של המדחום ואת בדיקת הארדואינו) לבסיס הצינור המרכזי באמצעות סרט דבק גבוה.
15. בתוך המצנן, השתמש בקלטת אלומיניום כדי לחבר את המאוורר כך שהוא ינשוף לתוך הצינור הפינתי. חבר את חוטיו לחוטים מהבקר. המאוורר נושף את הצינור הפינתי, ומצוננים במיוחד יזרקו לתא המטען מהצינור המרכזי.

שלב 7: הפעלה ותפעול קריר יותר

1. פרמט את כרטיס ה- Micro SD - הטמפרטורה תיכנס לשבב זה
2. טען את סוללת 12 וולט
3. רכשו גוש קרח יבש בגודל 25.3 ק"ג, חתוך למידות 8 x 8 אינץ 'x 5 אינץ' (20 ס"מ על 20 ס"מ על 13 ס"מ).
4. התקן את גוש הקרח על ידי הנחת הגוש שטוח על מגבת על שולחן. החלק את אניה הכסף Mylar על הגוש כך שרק המשטח התחתון ייחשף. כעת הרם את כל הגוש, הפוך כך שהקרח החשוף פונה כלפי מעלה והחלק את כל הבלוק לתא הקרח היבש מתחת לרצפה הקרירה יותר.
5. החלף את הרצפה הקרירה יותר. השתמש בקלטת אלומיניום כדי להדביק את הקצה החיצוני של הרצפה.
6. הכנס את סוללת 12 וולט לגוף המצנן. ייתכן שתרצה להדק אותו לקיר הקריר יותר בעזרת רצועות של נייר דבק גבוה.
7. חבר את חוט החשמל של הבקר לסוללה.
8. בדוק אם בדיקות הטמפרטורות מודבקות היטב.
9. טען בקבוקי מים לתא המטען כדי למלא כמעט את כל החלל. אלה יחסמו את הטמפרטורה.
10. הניחו את הצידנית במקום כלשהו מחוץ לשמש ישירה ואפשרו 3-5 שעות עד שהטמפרטורה תתייצב ב -5 מעלות צלזיוס.
11. לאחר התייצבות הטמפרטורות, ניתן להוסיף פריטים רגישים לטמפרטורה על ידי הסרת בקבוקי מים ומילוי נפח זה במטען.
12. צידנית זו עם מטען טרי של קרח והספק תעמוד על 5C מבוקר עד 10 ימים ללא כל כוח או קרח נוספים. הביצועים טובים יותר אם הצידנית נשמרת הרחק מאור שמש ישיר. הקירור ניתן להזיז והוא עמיד בפני הלם ברוב המובנים; עם זאת, יש לשמור אותו זקוף. אם מתהפכים, פשוט העמידו אותו לאחור, אין שום נזק.
13. את הספק החשמלי שנותר בסוללה ניתן למדוד ישירות בעזרת מד וולט קטן. המערכת דורשת מינימום 9 וולט כדי לפעול כראוי.
14. ניתן למדוד את הקרח הנותר ישירות בעזרת סרט מתכת על ידי מדידת חור הצינור המרכזי עד לקצה העליון של צינור ה- PVC. עיין בטבלה המצורפת למידות למשקל הקרח הנותר.
15. ניתן להוריד נתוני רישום טמפרטורות על ידי חיבור כבל ה- USB למחשב נייד שמריץ את Arduino IDE. חבר ופתח את הצג הסידורי. ה- Arduino יופעל מחדש באופן אוטומטי ויקרא את היציאה המלאה דרך הצג הטורי. הצידנית תמשיך לפעול ללא הפרעה.
16. ניתן להוריד את הנתונים מכרטיס ה- MicroSD המצורף, אך יש לכבות את המערכת לפני שליפת השבב הזעיר!

שלב 8: הערות ונתונים

צידנית זו נועדה להיות איזון הגון בין גודל, משקל, קיבולת וזמן קירור. המידות המדויקות המתוארות בתוכניות יכולות להיחשב כנקודת התחלה כברירת מחדל. ניתן לשנות אותם כך שיתאימו לצרכיך. אם, למשל, אתה דורש זמן קירור ארוך יותר, ניתן לבנות את תא הקרח היבש עם נפח גבוה יותר לקרח נוסף. באופן דומה, ניתן לבנות את תא המטען רחב או גבוה יותר. עם זאת, יש להקפיד להוכיח בניסוי כל שינויים בעיצוב שאתה מבצע. לשינויים קטנים יכולה להיות השפעה רבה על ביצועי המערכת הכוללים.

המסמכים המצורפים כוללים נתונים ניסיוניים שנרשמו באמצעות פיתוח הצידנית. כמו כן כללה רשימת חלקים מקיפה לרכישת כל החומרים המצרכים. בנוסף, צירפתי גרסאות עבודה של סקיצות Arduino, אם כי סביר להניח שהורדות GitHub לעיל יהיו עדכניות יותר.

שלב 9: קישורים למשאבים מקוונים

ניתן להוריד גרסת PDF של ספר הוראות זה במלואו, עיין בקובץ המצורף לפרק זה.

בקר במאגר GitHub לפרויקט זה:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

פרס שני בתחרות ארדואינו 2019