Temperaturkontrollerad vaccin och insulinkylare: 9 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Att hålla sig kall räddar liv

I utvecklingsländerna är vacciner frontlinjen för försvar mot farliga sjukdomar som ebola, influensa, kolera, tuberkulos och dengue för att nämna några. Att transportera vacciner och andra livräddande material som insulin och blod kräver noggrann temperaturkontroll.

Första världens logistik tenderar att gå sönder när leveranser transporteras till regioner med begränsade resurser. Många landsbygdsmedicinska kliniker saknar finansiering eller energi för vanliga kylsystem.

Insulin, humant blod och många vanliga vacciner måste hållas inom temperaturområdet 2-8 ˚C. På fältet kan detta vara svårt att underhålla eftersom elektrisk kylning kräver för mycket kraft och passiva iskylare saknar termostatkontroll.

Arduino till undsättning

Detta projekt kombinerar den kompakta kylkraften hos torris (fast koldioxid) med precisionen i digital temperaturkontroll. När den används i sig, torris för kall för att transportera vaccin, insulin eller blod eftersom det lätt kan leda till frysning. Detta projekts svalare design löser frysproblemet genom att placera torrisen i en separat kammare under lastkylaren. En borstlös PC-fläkt används för att cirkulera små doser av superkyld luft genom lastdelen efter behov. Denna fläkt styrs av en robust Arduino -mikrokontroller som kör en precision (PID) temperaturkontrollslinga. Eftersom Arduino-systemet körs på mycket lite elektrisk ström, kan detta system vara mobilt som en iskista, men temperaturreglerad som ett plug-in kylskåp.

Vem är detta projekt för?

Det är min förhoppning att genom att göra detta system gratis och öppen källkod, kommer det att inspirera humanitära ingenjörer och hjälparbetare att leta efter sätt att producera användbar teknik nära behovet.

Detta projekt är utformat för att byggas av studenter, ingenjörer och hjälparbetare i eller nära områden som står inför humanitära utmaningar. Material, delar och tillbehör är i allmänhet tillgängliga i de flesta av världens städer i även de fattigaste länderna. Genom att göra planerna gratis tillgängliga via Instructables tillhandahåller vi teknik med flexibilitet vad gäller kostnad och skalbarhet. Den decentraliserade tillverkningen av dessa arduino-iskylare kan vara ett viktigt alternativ med potential att rädda liv.

Färdiga kylare specifikationer:

• Lastvolym: högst 6,6 gallon (25L), rekommenderad 5 gallon (19L) med buffertflaskor.
• Maximala lastvolymdimensioner: = ~ 14 tum x 14 tum x 8 tum (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Kylkapacitet: Håller 5 ° C i 10-7 dagar i 20-30 ° C omgivande miljö

Strömkälla: torris och översvämmade 12 volts marina cellbatterier

Över alla dimensioner: 24 tum x 24 tum x 32 tum lång (61 cm x 61 cm x 66,6 cm lång)

Över all vikt: 33,3 lb (15,1 kg) tom utan is / 28,6 kg med full is och last

Temperaturreglering: PID-reglering håller 5 ° C +-0,5 ° C

Material: slutcellsskum av konstruktionsklass och konstruktionslim med IR-reflekterande isoleringsjacka

Steg 1: Konfiguration för projektet

Arbetsyta:

Detta projekt kräver viss skärning och limning av styrenskumisolering. Detta kan ge lite damm, särskilt om du väljer att använda en såg snarare än en kniv. Var noga med att använda en dammmask. Det är också mycket användbart att ha en butiksvakuum till hands för att städa upp dammet när du går

Bygglim kan släppa ut irriterande ångor vid torkning. Var noga med att slutföra limmnings- och tätningsstegen i ett välventilerat område

Att montera arduino-tilläggskomponenterna kräver användning av ett lödkolv. Använd blyfritt lödmedel när det är möjligt och arbeta i ett väl upplyst, väl ventilerat utrymme

Alla verktyg:

• Cirkelsåg eller skärkniv
• Sladdlös borr med 1,75 tum hålsåg
• Lödkolv och löd
• Tändare eller värmepistol
• 4 fot rak kant
• Sharpie markör
• Spärrband
• Måttband
• Tätningsrörsdispenser
• Trådskärare/avdragare
• Skruvmejslar stora och små Phillips & vanliga

Alla tillbehör:

Elektroniktillbehör

• Krympslang 1/8 och 1/4 tum
• Kretskortsstifthuvuden (honuttag och hanstift)
• Elektrisk låda i ABS -plast med klart lock, storlek 7,9 x 4,7 x 2,94 tum (200 mm x 120 mm x 75 mm)
• Laddningsbart förseglat blybatteri, 12V 20AH. NPP HR1280W eller liknande.
• Arduino Uno R3 microcontroller board eller liknande
• Arduino stapelbar prototypbräda: Alloet mini breadboard prototypsköld V.5 eller liknande.
• MOSFET -drivrutinsmodul IRF520 eller liknande
• Digital temperaturgivare DFRobot DS18B20 i vattentätt kabelpaket
• Borstlös 12V PC -fläkt: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Micro SD -kortläsare: Adafruit ADA254
• Realtidsklocka: DIYmore DS3231, baserad på DS1307 RTC
• Batteri för realtidsklocka: LIR2032 myntcell)
• 4,7 K-ohm motstånd
• 26 gauge strandade hook-up trådrullar (röd, svart, gul)
• Längd på 2-ledarkabel (3 fot eller 1 m) 12 gauge strandad (batterikopplingskabel)
• Automotive blad säkringshållare och 3 amp bladsäkring (för användning med batteri)
• USB -skrivarkabel (typ hane till b -hane)
• Trådmutter (12 gauge)

Tejp och limtillbehör

• Verktygstejp med hög vidhäftning 2 tum bred x 50 fot rulle (Gorilla Tape eller liknande)
• Silikon caulk, ett rör
• Konstruktionslim, 2 rör. (Flytande naglar eller liknande)
• Ugnstejp i aluminium, 2 tum bred x 50 fot rulle.
• Självhäftande krokband (1 tum bred x 12 tum totalt behövs)

Byggmaterial Tillbehör

• 2 x 4 fot x 8 fot x 2 tum tjocka (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) skumisoleringsplåtar
• 2 fot x 25 fot rulle med dubbelreflekterande luftrullugnsisolering, silverbubbla.
• 2 x korta PVC -rör, 1 1/2 tum innerdiameter x Sch 40. skuren till 13 tum längder.

Specialtillbehör

• Vaccintermometer: 'Thomas spårbar kyl/frys plus termometer med vaccinflaskprobe' och spårbart kalibreringscertifikat eller liknande.
• 2 x blomsterstammflaskor för vätskebuffert av DS18B20 vattentäta temperatursonder.

Steg 2: Klipp ut skumdelarna

Skriv ut snittmönstret som visar ett antal rektanglar som ska skäras från två 1200 x 2400 mm x 150 mm ark med hård, isolerad skumisolering.

Använd en rak kant och markör för att försiktigt dra linjerna för att skära skumplåtarna. Skummet kan skäras genom att göra det med en verktygskniv, men det är lättast att använda en cirkelsåg för att göra jobbet. Skärning av skum med en såg ger dock damm som inte ska andas in. Viktiga försiktighetsåtgärder bör följas:

• Bär en dammmask.
• Använd en vakuumslang som är fäst vid sågen för dammuppsamling.
• Skär om möjligt utanför.

Steg 3: Montera kylaren från skumplåt

De medföljande diabilderna beskriver hur du monterar den kompletta kylaren från skumskikt och silverbubbla. Det är viktigt att låta konstruktionslimet torka mellan några olika steg, så du bör planera att spendera tre eller så dagar för att slutföra alla dessa steg.

Steg 4: Montera styrsystemet

Följande bilder visar hur man monterar elektronikkomponenterna på prototypkort för att skapa temperaturkontrollsystem för kylaren. Den sista bilden som ingår är en fullständig systemschema för din referens.

Steg 5: Inställning och testning av programvara

Försök först med denna installationsskiss

Setup -skissen gör två saker. Först kan du ställa in tid och datum i Real Time Clock (RTC). För det andra testar den alla de svalare styrenhetens perifera komponenter och ger dig en liten rapport via den seriella bildskärmen.

Ladda ner den senaste installationsskissen här: CoolerSetupSketch från GitHub

Öppna skissen i Arduino IDE. Rulla ner till det kodblock som kommenteras som "Ställ in tid och datum här." Fyll i aktuell tid och datum. Dubbelkolla nu att följande kringutrustning är installerad och klar innan du laddar upp skissen (se medföljande elektrisk schematisk bild):

• Temperatursond är ansluten till en av de 3 -stifts huvuduttagen
• Micro SD -kort isatt i läsarmodulen
• Myntcellsbatteri isatt i realtidsklockan (RTC)
• Anslut kablar anslutna till PC -fläkten
• Säkring i säkringshållaren på batterikabeln.
• Arduino ansluten till batteriet (är säker på att den inte är ansluten bakåt! + Till VIN, - till GND!)

I Arduino IDE, välj Arduino UNO från listan över kort och ladda upp. När överföringen är klar väljer du Verktyg / serieövervakning i rullgardinsmenyn högst upp. Detta bör visa en liten systemrapport. Helst ska den läsa ungefär så här:

Cooler Setup Sketch-version 190504START OF SYSTEM TEST ---------------------- TESTING REAL-TIME CLOCK: time [20:38] date [1/6/2019] TESTNINGSTEMP. SENSOR: 22.25 C TESTNING SD -KORT: init klar Skrivning till dataLog.txt … dataLog.txt: Om du kan läsa detta, fungerar ditt SD -kort! TESTFAN: Pulserar fläkten på och av? SLUT AV SYSTEMTEST ----------------------

Felsök systemet

Vanligtvis för mig går det aldrig riktigt som planerat. Vissa system fungerade förmodligen inte. Installationsskissen kommer förhoppningsvis att ge en ledtråd - klockan? SD -kortet? De vanligaste problemen med alla mikrokontrollerprojekt har vanligtvis att göra med ett av dessa:

• du glömde sätta in en säkring i batterikabeln, så ingen ström
• du glömde att sätta ett micro SD -kort i läsaren, så systemet hänger
• du glömde att sätta ett batteri i realtidsklockan (RTC) så att systemet hänger
• anslutna sensorer är lösa, frånkopplade eller anslutna bakåt
• ledningar för komponenter lämnas frånkopplade eller anslutna till fel Arduino -stift (er)
• fel komponent är ansluten till fel stift eller är ansluten bakåt
• det finns en tråd som är felaktigt ansluten som kortar allt

Installera kontrollskissen

När du väl har gjort ett framgångsrikt test med CoolerSetupSketch är det dags att installera hela controller -skissen.

Ladda ner den senaste controller -skissen här: CoolerControllerSketch

Anslut Arduino till din dator med en USB -kabel och ladda upp skissen med Arduino IDE. Du är nu redo att fysiskt installera hela systemet i kylarens kropp.

Steg 6: Installera Arduino -systemet

Följande steg kan behandlas som en checklista eller installera all elektronik. För de följande stegen, se de medföljande fotona av det färdiga projektet. Bilder hjälper!

1. Fäst ett par fläktkablar till Arduino UNO -modulen.
2. Anslut ett par 12-volts strömkablar till Arduino UNO-modulen.
3. Anslut temperatursensorerna DS18B20 till Arduino UNO -modulen. Anslut bara sensorn till en av de 3-poliga uttag som vi installerade i prototypkortet. Var uppmärksam på trådfärgerna, rött går till positivt, svart till negativt och gult eller vitt går till det tredje datapinnet.
4. Anslut en USB -skrivarkabel till Arduinos USB -kontakt.
5. Använd 1,75 "hålsåg för att borra ett stort runt hål i botten av elektroniklådan.
6. Fäst Arduino UNO-modulen i botten av elektroniklådan med hjälp av självhäftande fästband.
7. Fäst den kalibrerade vaccintermometern på undersidan av lådans genomskinliga lock med fästband för krokar. Anslut den lilla vätskebuffrade flaskprobstråden.

8. Dra ut följande ledningar ur lådan genom det runda hålet i botten:

   • 12 volt strömkablar (12-18 gauge strandad koppar 2 ledare högtalartråd)
   • Arduino temperatursensor (er) (DS18B20 med 3 -polig huvudkontakt på varje)
   • USB -skrivarkabel (typ A -hane till typ B -hane)
   • Vaccintermometersond (ingår i kalibrerad termometer)
   • Fläkttrådar (tvinnat par med 26-gauge-anslutningstråd)
9. Öppna locket på kylaren och använd en kniv eller en borr för att borra ett 3/4 tum (2 cm) hål genom locket nära ett av de bakre hörnen. (Se medföljande bilder) Stick upp genom mylar -bubbelplasten.
10. Mata alla utom USB -kabeln från kontrollboxen ner genom locket uppifrån. Placera lådan på locket med USB -kabeln hängande så att den kan nås senare. Fäst lådan med tejp med hög vidhäftning.
11. Skruva fast det öppna locket på elektroniklådan på lådan.
12. Skapa en flik med extra silvermylarbubbelplastisolering för att täcka lådan och skydda den från direkt solljus. (Se medföljande bilder.)
13. Inuti kylaren, placera 12 volt 20AH batteriet nära baksidan av facket. Batteriet förblir inuti kammaren vid sidan av lasten. Det kommer att fungera bra även vid 5˚C, och kommer att fungera som lite termisk buffring, liknande en vattenflaska.
14. Fäst båda temperatursonderna (termometerns flaskprob och Arduino-sonden) på basen av mittröret med hjälp av tejp.
15. Inuti kylaren, använd aluminiumtejp för att fästa fläkten så att den blåser ner i hörnröret. Anslut dess ledningar till ledningarna från styrenheten. Fläkten blåser ner hörnröret, och superkyld springer upp i lastkammaren från mittröret.

Steg 7: Kallare start och drift

1. Formatera Micro SD -kortet - temperaturen loggas på detta chip
2. Ladda 12 volts batteriet
3. Köp ett block av 11,34 kg torris, skuren till mått 8 x 8 tum x 5 tum (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Installera isblocket genom att först placera blocket platt på handduken på ett bord. Skjut det silverfärgade Mylar -fodret över blocket så att endast bottenytan exponeras. Lyft nu hela blocket, vänd så att baris vetter uppåt och skjut in hela blocket i torris -kammaren nedanför det kallare golvet.
5. Byt ut det svalare golvet. Använd aluminiumtejp för att tejpa runt golvets ytterkant.
6. Placera 12 volts batteri i kylarens kropp. Du kanske vill fästa den på den svalare väggen med remsor av tejp.
7. Anslut styrenhetens strömkabel till batteriet.
8. Kontrollera att temperaturproberna är tejpade ordentligt.
9. Ladda vattenflaskor i lastutrymmet för att fylla nästan hela utrymmet. Dessa kommer att buffra temperaturen.
10. Ställ kylaren någonstans i direkt solljus och låt 3-5 timmar för att temperaturen ska stabiliseras vid 5C.
11. När temperaturen har stabiliserats kan temperaturkänsliga föremål tillsättas genom att ta bort vattenflaskor och fylla volymen med last.
12. Denna kylare med ny laddning av is och kraft kommer att upprätthålla en kontrollerad 5C i upp till 10 dagar utan extra kraft eller is. Prestandan är bättre om kylaren hålls borta från direkt solljus. Kylaren kan flyttas och är motståndskraftig mot stötar i de flesta avseenden; den bör dock hållas upprätt. Om du välter, ställ helt enkelt tillbaka det, ingen skada.
13. Återstående elektrisk effekt i batteriet kan mätas direkt med en liten voltmätare. Systemet kräver minst 9 volt för att fungera korrekt.
14. Återstående is kan mätas direkt med ett måttbandmått genom att mäta ner mittrörshålet upp till PVC-rörets överkant. Se den bifogade tabellen för mätningar av återstående isvikt.
15. Temperaturloggningsdata kan laddas ner genom att ansluta USB -kabeln till en bärbar dator som kör Arduino IDE. Anslut och öppna Serial Monitor. Arduino startar om automatiskt och läser hela utloggningen via den seriella bildskärmen. Kylaren fortsätter att fungera utan avbrott.
16. Data kan laddas ner från det medföljande MicroSD-kortet, men systemet måste stängas av innan det lilla chipet dras ut!

Steg 8: Anteckningar och data

Denna kylare var utformad för att vara en anständig balans mellan storlek, vikt, kapacitet och kyltid. De exakta måtten som beskrivs i planerna kan betraktas som en standardutgångspunkt. De kan modifieras för att bättre passa dina behov. Om du till exempel kräver en längre kyltid kan torris-kammaren konstrueras med en högre volym för mer is. På samma sätt kan lastkammaren byggas bredare eller högre. Var dock noga med att experimentellt bevisa alla designändringar du gör. Små förändringar kan ha stor inverkan på systemets totala prestanda.

De bifogade dokumenten innehåller experimentella data som registrerats genom utveckling av kylaren. En omfattande reservdelslista för inköp av alla tillbehör ingår också. Dessutom har jag bifogat arbetsversioner av Arduino -skisserna, även om GitHub -nedladdningarna ovan sannolikt kommer att vara mer aktuella.

Steg 9: Länkar till online -resurser

En PDF -version av denna instruktionsbok kan laddas ner i sin helhet, se medföljande fil för detta avsnitt.

Besök GitHub -förvaret för det här projektet:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Andra pris i Arduino -tävlingen 2019