Vaccin cu temperatură controlată și răcitor de insulină: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Păstrarea la rece salvează vieți

În lumea în curs de dezvoltare, vaccinurile reprezintă prima linie de apărare împotriva bolilor periculoase, cum ar fi Ebola, Gripa, Holera, Tuberculoza și Dengue, pentru a numi doar câteva. Transportul vaccinurilor și al altor materiale de salvare, cum ar fi insulina și sângele, necesită un control atent al temperaturii.

Logistica din prima lume are tendința de a se defecta atunci când proviziile sunt transportate în regiuni cu resurse limitate. Multe clinici medicale din mediul rural nu au finanțare sau energie pentru sistemele obișnuite de refrigerare.

Insulina, sângele uman și multe vaccinuri obișnuite trebuie păstrate în intervalul de temperatură de 2-8 ˚C. Pe teren, acest lucru poate fi dificil de întreținut, deoarece refrigerarea electrică necesită prea multă energie, iar răcitoarele de gheață pasive nu au controlul termostatului.

Arduino la salvare

Acest proiect combină puterea compactă de răcire a gheții uscate (dioxid de carbon solid) cu precizia controlului digital al temperaturii. Atunci când este utilizată singură, gheața uscată este prea rece pentru a transporta vaccinul, insulina sau sângele, deoarece poate duce cu ușurință la îngheț. Proiectul de răcire al acestui proiect rezolvă problema înghețului prin plasarea gheții uscate într-o cameră separată sub răcitorul de încărcare. Un ventilator PC fără perii este utilizat pentru a circula doze mici de aer super-răcit prin secțiunea de încărcare, după cum este necesar. Acest ventilator este controlat de un microcontroler robust Arduino, care rulează o buclă de control al temperaturii de precizie (PID). Deoarece sistemul Arduino funcționează cu foarte puțină energie electrică, acest sistem poate fi mobil ca un cufăr de gheață, dar reglat de temperatură ca un frigider plug-in.

Pentru cine este acest proiect?

Sper că, făcând acest sistem gratuit și open source, acesta va inspira inginerii umanitari și lucrătorii ajutători să caute modalități de a produce tehnologii utile aproape de punctul de nevoie.

Acest proiect este conceput pentru a fi construit de studenți, ingineri și lucrători de asistență în sau în apropierea zonelor care se confruntă cu provocări umanitare. Materialele, piesele și consumabilele sunt disponibile în general în majoritatea orașelor lumii, chiar și în cele mai sărace țări. Punând la dispoziție planurile gratuit prin Instructables, oferim tehnologie cu flexibilitate în ceea ce privește costurile și scalabilitatea. Fabricarea descentralizată a acestor răcitoare de gheață arduino poate fi o opțiune importantă cu potențialul de a salva vieți.

Specificații terminate ale răcitorului:

• Volumul de marfă: maxim 6,6 galoane (25L), recomandat 5 galoane (19L) cu sticle tampon.
• Dimensiunile volumului maxim de marfă: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Capacitate de răcire: Păstrează 5 ° C timp de 10-7 zile, respectiv în mediul ambiant de 20-30 ° C

Sursă de alimentare: gheață uscată și baterie cu celule marine de 12 volți inundată

Peste toate dimensiunile: 24 x 24 în x 32 în înălțime (61 cm x 61 cm x 66,6 cm înălțime)

Peste toată greutatea: 15,1 kg (33,3 lb) gol, fără gheață / 28,6 kg (63 lb), cu gheață plină și încărcătură

Reglarea temperaturii: controlul PID deține 5 ° C + -0,5 ° C

Materiale: spumă cu celule închise de calitate pentru construcție și adezivi de construcție cu manta izolatoare cu reflexie IR

Pasul 1: Configurarea proiectului

Spațiu de lucru:

Acest proiect necesită o tăiere și lipire a izolației din spumă de stiren. Acest lucru poate produce niște praf, mai ales dacă alegeți să folosiți mai degrabă un ferăstrău decât un cuțit. Asigurați-vă că utilizați o mască de praf. De asemenea, este foarte util să aveți la dispoziție un magazin-vac pentru a curăța praful în timp ce mergeți

Adezivul de construcție poate elibera vapori iritanți la uscare. Asigurați-vă că ați terminat pașii de lipire și cofrare într-o zonă bine ventilată

Asamblarea componentelor suplimentare arduino necesită utilizarea unui fier de lipit. Folosiți lipire fără plumb atunci când este posibil și asigurați-vă că lucrați într-un spațiu bine luminat și bine ventilat

Toate instrumentele:

• Ferăstrău circular sau cuțit de marcat
• Burghiu fără fir cu tijă de ferăstrău de 1,75 inch
• Fier de lipit & lipit
• Brichetă sau pistol cu căldură
• Marginea dreaptă de 4 picioare
• Marcator Sharpie
• Curele cu clichet
• Ruletă
• Distribuitor de tuburi de calafatare
• Tăietor de sârmă / decapanti
• Șurubelnițe Philips mari și mici și obișnuite

Toate consumabilele:

Consumabile electronice

• Tuburi termocontractabile de 1/8 și 1/4 inch
• Anteturile pinilor de pe placa de circuit (prize femele și pinii masculi)
• Cutie electrică din plastic ABS cu capac transparent, dimensiune 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• Baterie reîncărcabilă cu plumb acid, 12V 20AH. NPP HR1280W sau similar.
• Placă de microcontroler Arduino Uno R3 sau similar
• Placă prototip stivuibilă Arduino: Alloet mini breadboard prototype shield V.5 sau similar.
• Modul driver MOSFET IRF520 sau similar
• Senzor digital de temperatură DFRobot DS18B20 în pachet de cabluri impermeabile
• Ventilator de răcire pentru PC 12V fără perii: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Cititor de carduri Micro SD: Adafruit ADA254
• Ceas în timp real: DIYmore DS3231, bazat pe DS1307 RTC
• Baterie pentru ceas în timp real: monedă LIR2032)
• 4.7 rezistență K-ohm
• Bobine de sârmă cu șuruburi cu calibru 26 (roșu, negru, galben)
• Lungimea firului cu 2 conductori (3 ft sau 1m) 12 calibru torsadat (bateria conectează cablul)
• Suport siguranțe auto pentru lama și siguranță lama de 3 amp (pentru utilizare cu baterie)
• Cablu imprimantă USB (tastați de la tată la tată b)
• Piuliță de sârmă (calibru 12)

Consumabile pentru benzi și adezivi

• Banda utilitară de înaltă aderență, rolă de 2 inci lățime x 50 ft (bandă Gorilla sau similar)
• Carcasă din silicon, un tub
• Adeziv de construcție, 2 tuburi. (Unghii lichide sau similare)
• Banda de cuptor din aluminiu, rola de 2 inci x 50 ft.
• Benzi auto-adezive cu cârlig (1 inch lățime x 12 inch total necesare)

Materiale pentru construcții

• 2 x 4 picioare x 8 picioare x 2 inci grosime (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) foi izolante din spumă
• Rola de 2 ft x 25 ft de izolație a cuptorului cu rolă de aer dublă reflectorizantă, bule de argint.
• 2 x țevi scurte din PVC, 1 1/2 inch diametru interior x Sch 40. tăiate la lungimi de 13 inch.

Consumabile de specialitate

• Termometru pentru vaccin: „Termometru frigorific / congelator Thomas Traceable Plus cu sondă pentru sticla de vaccin” și certificat de calibrare trasabil sau similar.
• 2 x sticle cu tulpină de flori pentru tamponarea lichidului sondelor de temperatură impermeabile DS18B20.

Pasul 2: Decupați piesele din spumă

Imprimați modelul tăiat, care arată un număr de dreptunghiuri de tăiat de pe două foi de 1200 mm x 2400 mm x 150 mm (4 ft x 8 ft x 2 in) de izolație rigidă cu spumă cu celule închise.

Folosiți o margine dreaptă și un marker pentru a trasa cu atenție liniile de tăiere a foilor de spumă. Spuma poate fi tăiată marcând-o cu un cuțit utilitar, dar este cel mai ușor să folosiți un ferăstrău circular pentru a face treaba. Cu toate acestea, tăierea spumei cu ferăstrăul produce praf care nu trebuie inhalat. Trebuie urmate măsuri de precauție importante:

• Purtați o mască de praf.
• Utilizați un furtun de vid atașat la ferăstrău pentru colectarea prafului.
• Efectuați tăierea afară, dacă este posibil.

Pasul 3: Asamblați răcitorul din foi de spumă

Diapozitivele incluse detaliază cum să asamblați răcitorul complet din foi de spumă și izolație de folie argintie. Este important să lăsați adezivul de construcție să se usuce între câțiva pași diferiți, deci ar trebui să planificați să petreceți aproximativ 3 zile pentru a finaliza toți acești pași.

Pasul 4: Asamblați sistemul de control

Următoarele imagini arată cum să asamblați componentele electronice pe placa prototip pentru a crea sistemul de control al temperaturii pentru răcitor. Ultima imagine inclusă este o schemă completă a sistemului pentru referință.

Pasul 5: Configurare și testare software

Încercați mai întâi această schiță de configurare

Schița de configurare face două lucruri. În primul rând, vă permite să setați ora și data în Ceasul în timp real (RTC). În al doilea rând, testează toate componentele periferice ale controlerului de răcire și vă oferă un mic raport prin intermediul monitorului serial.

Descărcați cea mai recentă schiță de configurare aici: CoolerSetupSketch de la GitHub

Deschideți schița în IDE-ul Arduino. Derulați în jos până la blocul de cod comentat ca „Setați ora și data aici”. Completați ora și data curente. Acum, verificați din nou dacă următoarele periferice sunt configurate și gata înainte de a încărca schița (a se vedea imaginea schematică electrică inclusă):

• Sonda de temperatură conectată la una dintre mufele antetului cu 3 pini
• Card micro SD introdus în modulul cititor
• Bateria cu monedă este introdusă în modulul Ceas în timp real (RTC)
• Conectați firele conectate la ventilatorul computerului
• Siguranța în suportul pentru siguranțe al firului bateriei.
• Arduino conectat la baterie (fiind SIGUR că nu este conectat înapoi! + La VIN, - la GND!)

În IDE Arduino, selectați Arduino UNO din lista de panouri și încărcați. După finalizarea încărcării, din meniul derulant din partea de sus, selectați Instrumente / Monitor serial. Aceasta ar trebui să afișeze un mic raport de sistem. În mod ideal, ar trebui să citească așa ceva:

Schiță de configurare a coolerului - versiunea 190504START DE TESTARE A SISTEMULUI ---------------------- TESTARE Ceas în timp real: ora [20:38] data [1/6/2019] TEMP DE TESTARE. SENZOR: 22.25 C TESTARE CARD SD: init terminat Scriere pe dataLog.txt … dataLog.txt: Dacă puteți citi acest lucru, atunci cardul SD funcționează! FAN DE TESTARE: Ventilatorul pulsează pornit și oprit? FINALITATEA TESTULUI SISTEMULUI ----------------------

Depanarea sistemului

De obicei, pentru mine, lucrurile nu merg niciodată așa cum am planificat. Unele sisteme probabil nu au funcționat corect. Schița de configurare va oferi, sperăm, un indiciu - ceasul? Cardul SD? Cele mai frecvente probleme cu orice proiect de microcontroler au de obicei legătură cu una dintre acestea:

• ai uitat să pui o siguranță în firul bateriei, deci nu ai energie
• ați uitat să puneți un card micro SD în cititor, așa că sistemul este suspendat
• ați uitat să puneți o baterie în ceasul în timp real (RTC), astfel încât sistemul să atârne
• senzorii conectați sunt slăbiți, deconectați sau conectați în sens invers
• firele pentru componente sunt lăsate deconectate sau conectate la pinul (pinii) Arduino greșit
• componenta greșită este conectată la pinii greșiți sau este conectată înapoi
• există un fir atașat necorespunzător care scurtcircuită totul

Instalați schița controlerului

După ce ați făcut un test de succes cu CoolerSetupSketch, este timpul să instalați schița completă a controlerului.

Descărcați cea mai actuală schiță a controlerului aici: CoolerControllerSketch

Conectați Arduino la computer cu un cablu USB și încărcați schița cu IDE Arduino. Acum sunteți gata să instalați fizic întregul sistem în corpul răcitorului.

Pasul 6: Instalați sistemul Arduino

Următorii pași pot fi tratați ca o listă de verificare sau instalarea tuturor componentelor electronice. Pentru pașii următori, consultați fotografiile incluse în proiectul finalizat. Imaginile ajută!

1. Atașați o pereche de fire de ventilator la modulul Arduino UNO.
2. Atașați o pereche de fire de alimentare de 12 volți la modulul Arduino UNO.
3. Atașați senzorii de temperatură DS18B20 la modulul Arduino UNO. Conectați senzorul la una dintre prizele cu 3 pini pe care le-am instalat pe placa prototip. Acordați atenție culorilor firului, roșul merge la pozitiv, negru la negativ, iar galben sau alb merge la al treilea pin de date.
4. Conectați un cablu de imprimantă USB la conectorul USB al Arduino.
5. Folosiți ferăstrăul de 1,75 "pentru a găuri o gaură rotundă mare în partea inferioară a cutiei electronice.
6. Atașați modulul Arduino UNO la partea inferioară a cutiei electronice folosind benzi de fixare auto-adezive.
7. Atașați termometrul calibrat pentru vaccin pe partea inferioară a capacului transparent al cutiei cu benzi de fixare cu cârlig și buclă. Conectați-i firul mic al sondei de sticlă tamponată cu lichid.

8. Treceți următoarele fire din cutie prin orificiul rotund din partea de jos:

   • Firuri de alimentare de 12 volți (fir de difuzor cu 2 conductori din cupru eșantionat cu calibru 12-18)
   • Senzor (i) de temperatură Arduino (DS18B20 cu conector cu 3 pini tată pe fiecare)
   • Cablu USB pentru imprimantă (tip A tată până la tip B tată)
   • Sonda pentru termometru pentru vaccin (inclusă cu termometru calibrat)
   • Firele ventilatorului (pereche răsucită de sârmă cuplată de calibru 26)
9. Deschideți capacul răcitorului și utilizați un cuțit sau un burghiu pentru a găuri o gaură de 3/4 inch (2 cm) prin capac lângă unul din colțurile din spate. (Vedeți imaginile incluse) Treceți prin învelișul de înveliș de bule mylar.
10. Introduceți toate cablurile USB, cu excepția cablului de control, în jos, prin capacul din partea de sus. Așezați cutia pe capac, cu cablul USB suspendat, astfel încât să poată fi accesat ulterior. Fixați cutia cu bandă cu aderență ridicată.
11. Înșurubați capacul transparent al cutiei electronice pe cutie.
12. Creați o clapă de izolație suplimentară de mlar argintiu pentru a acoperi cutia și a o proteja de lumina directă a soarelui. (A se vedea imaginile incluse.)
13. În interiorul răcitorului, așezați bateria de 12 volți 20AH lângă partea din spate a compartimentului. Bateria va rămâne în interiorul camerei alături de marfă. Acesta va funcționa bine chiar și la 5˚C și va servi ca un tampon termic, similar cu o sticlă de apă.
14. Atașați ambele sonde de temperatură (sonda de sticlă a termometrului și sonda Arduino) la baza țevii centrale folosind bandă adezivă înaltă.
15. În interiorul răcitorului, utilizați bandă de aluminiu pentru a atașa ventilatorul, astfel încât să sufle în conducta de colț. Conectați firele sale la firele de la controler. Ventilatorul suflă în jos conducta de colț și super răcit va pătrunde în camera de încărcare din conducta centrală.

Pasul 7: Pornire și funcționare cooler

1. Formatați cardul Micro SD - temperatura va fi înregistrată pe acest cip
2. Reîncărcați bateria de 12 volți
3. Achiziționați un bloc de 11,34 kg de gheață uscată, tăiat la dimensiuni de 20 cm x 20 cm x 13 cm.
4. Instalați blocul de gheață așezând mai întâi blocul plat pe prosop pe o masă. Glisați căptușeala Mylar argintie peste bloc, astfel încât să fie expusă doar suprafața inferioară. Acum ridicați întregul bloc, răsturnați astfel încât gheața goală să fie orientată în sus și glisați întregul bloc în camera de gheață uscată de sub podeaua mai rece.
5. Înlocuiți podeaua mai rece. Folosiți bandă de aluminiu pentru a bandă în jurul marginii exterioare a podelei.
6. Așezați bateria de 12 volți în corpul răcitorului. Poate doriți să îl fixați pe peretele mai rece cu benzi de bandă adezivă înaltă.
7. Conectați cablul de alimentare al controlerului la baterie.
8. Verificați dacă sondele de temperatură sunt lipite în siguranță.
9. Încărcați sticle de apă în compartimentul de încărcare pentru a umple aproape tot spațiul. Acestea vor tampona temperatura.
10. Setați răcitorul undeva la lumina directă a soarelui și lăsați 3-5 ore pentru ca temperatura să se stabilizeze la 5C.
11. Odată ce temperaturile s-au stabilizat, se pot adăuga articole sensibile la temperatură prin îndepărtarea sticlelor de apă și umplerea volumului respectiv cu încărcătură.
12. Acest cooler cu o încărcare proaspătă de gheață și putere va susține un control de 5C timp de până la 10 zile, fără nici o putere sau gheață suplimentară. Performanța este mai bună dacă răcitorul este ferit de lumina directă a soarelui. Răcitorul poate fi mutat și este rezistent la șocuri în cele mai multe privințe; ar trebui totuși menținut în poziție verticală. Dacă este răsturnat, pur și simplu ridicați-l, fără a face rău.
13. Puterea electrică rămasă din baterie poate fi măsurată direct cu un voltmetru mic. Sistemul necesită minimum 9 volți pentru a funcționa corect.
14. Gheața rămasă poate fi măsurată direct cu o bandă de măsurare metalică, măsurând gaura centrală a țevii până la marginea superioară a țevii din PVC. Consultați tabelul atașat pentru măsurători ale greutății rămase pe gheață.
15. Datele de înregistrare a temperaturii pot fi descărcate prin atașarea firului USB la un laptop care rulează Arduino IDE. Conectați-vă și deschideți Serial Monitor. Arduino va reporni automat și va citi deconectarea completă prin intermediul monitorului serial. Răcitorul va continua să funcționeze fără întrerupere.
16. Datele pot fi descărcate de pe cardul MicroSD inclus, dar sistemul trebuie oprit înainte de a scoate cipul mic!

Pasul 8: Note și date

Acest cooler a fost conceput pentru a fi un echilibru decent între dimensiuni, greutate, capacitate și timp de răcire. Dimensiunile exacte descrise în planuri pot fi considerate un punct de plecare implicit. Acestea pot fi modificate pentru a se potrivi mai bine nevoilor dumneavoastră. Dacă, de exemplu, aveți nevoie de un timp de răcire mai lung, camera de gheață uscată poate fi construită cu un volum mai mare pentru mai multă gheață. La fel, camera de încărcare poate fi construită mai largă sau mai înaltă. Cu toate acestea, trebuie să aveți grijă să demonstrați experimental orice schimbare de design pe care o faceți. Modificările mici pot avea un impact mare asupra performanței generale a sistemului.

Documentele atașate includ date experimentale înregistrate prin dezvoltarea coolerului. De asemenea, este inclusă o listă completă de piese pentru achiziționarea tuturor consumabilelor. În plus, am atașat versiuni de lucru ale schițelor Arduino, deși descărcările GitHub de mai sus vor fi cel mai probabil mai actuale.

Pasul 9: Link-uri către resurse online

O versiune PDF a acestei cărți de instrucțiuni poate fi descărcată integral, consultați fișierul inclus pentru această secțiune.

Accesați depozitul GitHub pentru acest proiect:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Premiul II la Concursul Arduino 2019