Vắc xin được kiểm soát nhiệt độ & Máy làm mát Insulin: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Giữ mát giúp cứu sống

Ở các nước đang phát triển, vắc xin là tiền tuyến phòng thủ chống lại những căn bệnh nguy hiểm như Ebola, Cúm, Dịch tả, Lao và Sốt xuất huyết. Việc vận chuyển vắc xin và các vật liệu cứu mạng khác như insulin và máu cần được kiểm soát nhiệt độ cẩn thận.

Hậu cần của thế giới thứ nhất có xu hướng bị phá vỡ khi nguồn cung cấp được vận chuyển vào các khu vực có nguồn lực hạn chế. Nhiều phòng khám y tế nông thôn thiếu kinh phí hoặc năng lượng cho các hệ thống lạnh thông thường.

Insulin, máu người và nhiều loại vắc xin thông thường phải được giữ trong khoảng nhiệt độ từ 2-8 ° C. Tại hiện trường, điều này có thể khó duy trì vì điện lạnh đòi hỏi quá nhiều điện năng và máy làm mát đá thụ động không có bộ điều chỉnh nhiệt.

Arduino để giải cứu

Dự án này kết hợp sức mạnh làm mát nhỏ gọn của đá khô (carbon dioxide rắn) với độ chính xác của điều khiển nhiệt độ kỹ thuật số. Khi tự sử dụng, đá khô quá lạnh để vận chuyển vắc xin, insulin hoặc máu vì dễ dẫn đến đông cứng. Thiết kế làm mát của dự án này giải quyết vấn đề đóng băng bằng cách đặt đá khô vào một buồng riêng biệt bên dưới bộ làm mát hàng hóa. Quạt máy tính không chổi than được sử dụng để luân chuyển một lượng nhỏ không khí siêu lạnh qua khu vực hàng hóa khi cần thiết. Quạt này được điều khiển bằng vi điều khiển Arduino mạnh mẽ, chạy vòng điều khiển nhiệt độ chính xác (PID). Bởi vì hệ thống Arduino chạy bằng rất ít năng lượng điện, hệ thống này có thể di động như một cái rương đá, nhưng được điều chỉnh nhiệt độ như một chiếc tủ lạnh cắm điện.

Dự án này dành cho ai?

Tôi hy vọng rằng, bằng cách làm cho hệ thống này miễn phí và mã nguồn mở, nó sẽ truyền cảm hứng cho các kỹ sư nhân đạo và nhân viên cứu trợ tìm cách sản xuất các công nghệ hữu ích gần đến mức cần thiết.

Dự án này được thiết kế để xây dựng bởi các sinh viên, kỹ sư và nhân viên cứu trợ trong hoặc gần các khu vực đang đối mặt với những thách thức nhân đạo. Các vật liệu, bộ phận và nguồn cung cấp thường có sẵn ở hầu hết các thành phố trên thế giới, ngay cả những nước nghèo nhất. Bằng cách cung cấp các kế hoạch miễn phí thông qua Guiductables, chúng tôi đang cung cấp công nghệ linh hoạt về chi phí và khả năng mở rộng. Việc sản xuất phi tập trung của những bộ làm mát bằng đá arduino này có thể là một lựa chọn quan trọng với khả năng cứu sống.

Thông số kỹ thuật hoàn thiện của máy làm mát:

• Thể tích hàng hóa: tối đa 6,6 gallon (25L), khuyến nghị 5 gallon (19L) với bình đệm.
• Kích thước khối lượng hàng hóa tối đa: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Khả năng làm mát: Duy trì 5 ° C trong 10-7 ngày trong môi trường xung quanh 20-30 ° C tương ứng

Nguồn điện: đá khô và pin di động 12 volt ngập nước

Trên tất cả các kích thước: cao 24 inch x 24 inch x 32 inch (cao 61 cm x 61 cm x 66,6 cm)

Trên toàn bộ trọng lượng: 33,3 lb (15,1 Kg) rỗng không đá / 63 lb (28,6kg) với đầy đá và hàng hóa

Điều chỉnh nhiệt độ: Kiểm soát PID giữ 5 ° C + -0,5 ° C

Vật liệu: bọt tế bào kín cấp xây dựng và chất kết dính xây dựng với lớp cách nhiệt phản xạ IR

Bước 1: Thiết lập cho Dự án

Không gian làm việc:

Dự án này yêu cầu một số thao tác cắt và dán lớp cách nhiệt bằng xốp styrene. Điều này có thể tạo ra một số bụi, đặc biệt nếu bạn chọn sử dụng cưa thay vì dùng dao. Đảm bảo sử dụng mặt nạ chống bụi. Ngoài ra, sẽ rất hữu ích nếu bạn có sẵn một quầy bán hàng để dọn dẹp bụi khi bạn đi

Keo xây dựng có thể thoát ra khói khó chịu khi khô. Đảm bảo hoàn thành các bước dán và vón cục trong khu vực thông thoáng

Việc lắp ráp các thành phần bổ trợ arduino yêu cầu sử dụng mỏ hàn. Sử dụng thuốc hàn không chì khi có thể và đảm bảo làm việc trong không gian có ánh sáng tốt, thông gió tốt

Tất cả các công cụ:

• Cưa tròn hoặc dao chấm điểm
• Máy khoan không dây với mũi cưa lỗ 1,75 inch
• Hàn sắt & thuốc hàn
• Nhẹ hơn hoặc súng nhiệt
• Cạnh thẳng 4 chân
• Điểm đánh dấu Sharpie
• Dây đai ratchet
• Thươc dây
• Bộ phân phối ống caulking
• Máy cắt dây / Máy rút dây
• Tua vít lớn và nhỏ phillips & thường

Tất cả nguồn cung cấp:

Nguồn cung cấp Điện tử

• Co ống 1/8 và 1/4 inch
• Đầu cắm chân bảng mạch (ổ cắm cái và chân đực)
• Hộp điện nhựa ABS có nắp trong, kích thước 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• Ắc quy axit chì kín có thể sạc lại, 12V 20AH. NPP HR1280W hoặc tương tự.
• Bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3 hoặc tương tự
• Bảng nguyên mẫu có thể xếp chồng Arduino: Lá chắn nguyên mẫu bảng mạch bánh mì mini Alloet V.5 hoặc tương tự.
• Mô-đun trình điều khiển MOSFET IRF520 hoặc tương tự
• Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số DFRobot DS18B20 trong gói cáp chống thấm nước
• Quạt làm mát PC không chổi than 12V: 40mm x 10mm 12V 0,12A
• Đầu đọc thẻ Micro SD: Adafruit ADA254
• Đồng hồ thời gian thực: DIYmore DS3231, dựa trên DS1307 RTC
• Pin cho đồng hồ thời gian thực: LIR2032 đồng xu)
• Điện trở 4,7 K-ohm
• 26 thước đo cuộn dây mắc kẹt mắc kẹt (Đỏ, Đen, Vàng)
• Chiều dài của dây 2 ruột (3 ft hoặc 1m) 12 gauge mắc kẹt (dây nối pin)
• Giá đỡ cầu chì lưỡi ô tô và cầu chì lưỡi 3 amp (để sử dụng với pin)
• Cáp máy in USB (loại a male to b male)
• Đai ốc (12 gauge)

Băng keo & Nguồn cung cấp chất kết dính

• Băng dính tiện ích có độ bám dính cao, rộng 2 inch x cuộn 50 ft (Băng Gorilla hoặc loại tương tự)
• Caulk silicon, một ống
• Keo xây dựng, 2 ống. (Liquid Nails hoặc tương tự)
• Băng lò nhôm, rộng 2 inch x cuộn 50 ft.
• Dải móc và vòng tự dính (cần rộng 1 inch x 12 inch)

Vật liệu xây dựng

• Tấm cách nhiệt xốp 2 x 4 foot x 8 foot x 2 inch (1200 mm x 2400 mm x 150 mm)
• Cuộn 2 ft x 25 ft của lớp cách nhiệt lò cuộn không khí phản xạ kép, bong bóng bạc.
• 2 x Ống PVC ngắn, đường kính trong 1 1/2 inch x Sch 40. cắt theo chiều dài 13 inch.

Nguồn cung cấp đặc sản

• Nhiệt kế vắc xin: 'Nhiệt kế Thomas Traceable Tủ lạnh / Tủ đông Plus với Đầu dò Chai vắc xin' và giấy chứng nhận hiệu chuẩn có thể truy nguyên hoặc tương tự.
• 2 x Chai cắm hoa để làm đệm chất lỏng cho các đầu dò nhiệt độ không thấm nước DS18B20.

Bước 2: Cắt bỏ các phần bọt

In ra mẫu cắt, trong đó cho thấy một số hình chữ nhật để cắt từ hai tấm cách nhiệt bằng bọt xốp kín cứng có kích thước 4 ft x 8 ft x 2 in (1200 mm x 2400 mm x 150 mm).

Sử dụng một cạnh thẳng và bút dạ để vẽ cẩn thận các đường cắt các tấm xốp. Bọt có thể được cắt bằng dao tiện dụng, nhưng dễ nhất là sử dụng cưa vòng để thực hiện công việc này. Tuy nhiên, cắt bọt bằng cưa sẽ tạo ra bụi không thể hít vào. Các biện pháp phòng ngừa quan trọng cần được tuân theo:

• Đeo mặt nạ chống bụi.
• Sử dụng ống hút chân không gắn vào cưa để hút bụi.
• Cắt bên ngoài nếu có thể.

Bước 3: Lắp ráp bộ làm mát từ tấm bọt

Các trang trình bày đi kèm trình bày chi tiết cách lắp ráp bộ làm mát hoàn chỉnh từ các tấm cách nhiệt bọc bọt và bong bóng bạc. Điều quan trọng là để keo xây dựng khô giữa một vài bước khác nhau, vì vậy bạn nên dành ra 3 ngày hoặc lâu hơn để hoàn thành tất cả các bước này.

Bước 4: Lắp ráp hệ thống điều khiển

Các hình ảnh sau đây cho thấy cách lắp ráp các thành phần điện tử vào bảng nguyên mẫu để tạo ra hệ thống điều khiển nhiệt độ cho bộ làm mát. Hình ảnh cuối cùng được bao gồm là một sơ đồ hệ thống đầy đủ để bạn tham khảo.

Bước 5: Thiết lập và kiểm tra phần mềm

Đầu tiên hãy thử bản phác thảo thiết lập này

Bản phác thảo thiết lập thực hiện hai điều. Đầu tiên, nó cho phép bạn đặt ngày và giờ trong Đồng hồ thời gian thực (RTC). Thứ hai, nó kiểm tra tất cả các thành phần ngoại vi của bộ điều khiển làm mát và cung cấp cho bạn một báo cáo nhỏ thông qua màn hình nối tiếp.

Tải xuống bản phác thảo thiết lập mới nhất tại đây: CoolerSetupSketch từ GitHub

Mở bản phác thảo trong Arduino IDE. Cuộn xuống khối mã được nhận xét là "Đặt Ngày và Giờ ở đây." Điền ngày giờ hiện tại. Bây giờ, hãy kiểm tra kỹ xem các thiết bị ngoại vi sau đã được thiết lập và sẵn sàng chưa trước khi bạn tải lên bản phác thảo (xem hình ảnh sơ đồ điện đi kèm):

• Đầu dò nhiệt độ được cắm vào một trong các ổ cắm đầu cắm 3 chân
• Đã lắp thẻ Micro SD vào mô-đun đầu đọc
• Pin đồng xu được lắp vào mô-đun đồng hồ thời gian thực (RTC)
• Móc dây kết nối với quạt PC
• Cầu chì trong ngăn chứa cầu chì của dây pin.
• Arduino được kết nối với pin (CHẮC CHẮN nó không có dây ngược! + Với VIN, - với GND!)

Trong Arduino IDE, chọn Arduino UNO từ danh sách bảng và tải lên. Sau khi quá trình tải lên hoàn tất, từ menu thả xuống ở trên cùng, hãy chọn Công cụ / Màn hình nối tiếp. Điều này sẽ hiển thị một báo cáo hệ thống nhỏ. Tốt nhất, nó nên đọc một cái gì đó như thế này:

Bản phác thảo thiết lập Cooler - phiên bản 190504 BÀI THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ---------------------- KIỂM TRA ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC: time [20:38] date [1/6/2019] TEMP KIỂM TRA. CẢM BIẾN: 22,25 C KIỂM TRA THẺ SD: init xong Ghi vào dataLog.txt… dataLog.txt: Nếu bạn có thể đọc được thông báo này, nghĩa là Thẻ SD của bạn đang hoạt động! KIỂM TRA QUẠT: Quạt có bật và tắt không? KẾT THÚC KIỂM TRA HỆ THỐNG ----------------------

Khắc phục sự cố hệ thống

Thông thường đối với tôi, mọi thứ không bao giờ diễn ra đúng như kế hoạch. Một số hệ thống có thể không hoạt động đúng. Bản phác thảo thiết lập hy vọng sẽ cung cấp manh mối - đồng hồ? Thẻ SD? Các vấn đề phổ biến nhất với bất kỳ dự án vi điều khiển nào thường liên quan đến một trong những vấn đề sau:

• bạn quên đặt cầu chì vào dây pin nên không có điện
• bạn quên lắp thẻ micro SD vào đầu đọc nên hệ thống bị treo
• bạn quên lắp pin vào đồng hồ thời gian thực (RTC) nên hệ thống bị treo
• các cảm biến được kết nối bị lỏng, bị ngắt kết nối hoặc kết nối ngược lại
• dây cho các thành phần bị ngắt kết nối trái hoặc kết nối với (các) chân Arduino sai
• thành phần sai được cắm vào sai chân hoặc bị nối dây ngược
• có một sợi dây được gắn không đúng cách đang làm ngắn tất cả mọi thứ

Cài đặt bản phác thảo bộ điều khiển

Khi bạn đã kiểm tra thành công với CoolerSetupSketch, đã đến lúc cài đặt bản phác thảo bộ điều khiển đầy đủ.

Tải xuống bản phác thảo bộ điều khiển mới nhất tại đây: CoolerControllerSketch

Kết nối Arduino với máy tính của bạn bằng cáp USB và tải lên bản phác thảo bằng Arduino IDE. Bây giờ bạn đã sẵn sàng để cài đặt vật lý toàn bộ hệ thống vào thân của bộ làm mát.

Bước 6: Cài đặt hệ thống Arduino

Các bước sau có thể được coi như một danh sách kiểm tra hoặc cài đặt tất cả các thiết bị điện tử. Đối với các bước sau, hãy tham khảo các bức ảnh kèm theo của dự án đã hoàn thành. Hình ảnh giúp đỡ!

1. Gắn một cặp dây quạt vào mô-đun Arduino UNO.
2. Gắn một cặp dây nguồn 12 volt vào mô-đun Arduino UNO.
3. Gắn các cảm biến nhiệt độ DS18B20 vào mô-đun Arduino UNO. Chỉ cần cắm cảm biến vào một trong (các) ổ cắm 3 chân mà chúng tôi đã lắp đặt trong bảng nguyên mẫu. Hãy chú ý đến màu sắc của dây, màu đỏ là cực dương, màu đen là cực âm, và màu vàng hoặc trắng ở chân dữ liệu thứ 3.
4. Cắm cáp máy in USB vào đầu nối USB của Arduino.
5. Dùng cưa lỗ 1,75”để khoan một lỗ tròn lớn dưới đáy hộp điện tử.
6. Gắn mô-đun Arduino UNO vào đáy hộp điện tử bằng cách sử dụng dải dây buộc móc và vòng tự dính.
7. Gắn nhiệt kế vắc xin đã hiệu chuẩn vào mặt dưới của nắp trong của hộp bằng các dải dây buộc móc và vòng. Kết nối dây thăm dò chai nhỏ có đệm chất lỏng của nó.

8. Luồn các dây sau ra khỏi hộp qua lỗ tròn ở đáy:

   • Dây điện 12-volt (dây loa 2 ruột bằng đồng bện 12-18 đo)
   • (Các) cảm biến nhiệt độ Arduino (DS18B20 với đầu nối đầu cắm 3 chân đực trên mỗi đầu nối)
   • Cáp máy in USB (Loại A Nam đến Loại B Nam)
   • Đầu dò nhiệt kế vắc xin (Đi kèm với nhiệt kế đã hiệu chuẩn)
   • Dây quạt (đôi xoắn của dây nối có khổ 26 mắc kẹt)
9. Mở nắp của bộ làm mát và dùng dao hoặc khoan để khoét một lỗ 3/4 inch (2 cm) qua nắp gần một trong các góc phía sau. (Xem ảnh kèm theo) Chọc qua lớp bọc bong bóng mylar.
10. Nạp tất cả trừ dây USB từ hộp điều khiển xuống qua nắp từ trên xuống. Đặt hộp lên nắp có treo cáp USB để có thể truy cập sau này. Cố định hộp bằng băng dính có độ bám dính cao.
11. Vặn nắp trong của hộp điện tử vào hộp.
12. Tạo một nắp cách nhiệt bọc bong bóng mylar bạc bổ sung để che hộp và bảo vệ hộp khỏi ánh nắng trực tiếp. (Xem hình ảnh kèm theo.)
13. Bên trong ngăn làm mát, đặt pin 12 volt 20AH gần mặt sau của ngăn. Pin sẽ vẫn ở bên trong khoang cùng với hàng hóa. Nó sẽ hoạt động tốt ngay cả ở 5˚C và sẽ đóng vai trò như một bộ đệm nhiệt, tương tự như một chai nước.
14. Gắn cả hai đầu dò nhiệt độ (đầu dò chai của nhiệt kế và đầu dò Arduino) vào đế của ống trung tâm bằng băng dính cao.
15. Bên trong giàn lạnh, dùng băng nhôm dán quạt để quạt thổi xuống ống góc. Kết nối dây của nó với dây từ bộ điều khiển. Quạt thổi xuống đường ống góc, và siêu lạnh sẽ phun lên buồng hàng từ đường ống trung tâm.

Bước 7: Khởi động và vận hành Cooler

1. Định dạng thẻ Micro SD - nhiệt độ sẽ được ghi vào chip này
2. Sạc lại pin 12 volt
3. Mua một khối đá khô 25 lb (11,34kg), được cắt theo kích thước 8 in x 8 in x 5 in (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Lắp đặt khối đá trước tiên bằng cách đặt khối đá phẳng trên khăn trên bàn. Trượt lớp lót Mylar màu bạc lên trên khối để chỉ lộ ra bề mặt dưới cùng. Bây giờ nhấc toàn bộ khối lên, lật ngược lại để lớp băng trần hướng lên trên và trượt cả khối vào ngăn đá khô bên dưới sàn lạnh.
5. Thay thế sàn làm mát. Dùng băng keo nhôm dán xung quanh mép ngoài của sàn.
6. Đặt pin 12 volt vào thân của bộ làm mát. Bạn có thể muốn cố định nó vào tường mát bằng các dải băng dính cao.
7. Kết nối dây nguồn của bộ điều khiển với pin.
8. Kiểm tra xem các đầu dò nhiệt độ đã được gắn chặt chưa.
9. Nạp chai nước vào khoang hàng hóa để lấp đầy gần như toàn bộ không gian. Những thứ này sẽ đệm nhiệt độ.
10. Đặt máy làm mát ở nơi tránh ánh nắng trực tiếp và để 3-5 giờ để nhiệt độ ổn định ở 5 ° C.
11. Khi nhiệt độ đã ổn định, có thể bổ sung các mặt hàng nhạy cảm với nhiệt độ bằng cách tháo các chai nước và chất đầy hàng vào thể tích đó.
12. Bộ làm mát này với nguồn điện và nước đá mới sẽ duy trì nhiệt độ 5C được kiểm soát trong tối đa 10 ngày mà không cần thêm bất kỳ nguồn điện hoặc đá nào. Hiệu suất sẽ tốt hơn nếu bộ làm mát tránh ánh nắng trực tiếp. Bộ làm mát có thể được di chuyển và có khả năng chống sốc ở hầu hết các khía cạnh; Tuy nhiên, nó phải được giữ thẳng đứng. Nếu bị lật, chỉ cần dựng đứng lại, không có hại gì.
13. Công suất điện còn lại trong pin có thể được đo trực tiếp bằng một vôn kế nhỏ. Hệ thống yêu cầu tối thiểu 9 vôn để hoạt động bình thường.
14. Phần băng còn lại có thể được đo trực tiếp bằng thước dây kim loại bằng cách đo từ lỗ ống trung tâm lên đến mép trên của ống PVC. Xem bảng đính kèm để biết các phép đo đối với khối lượng nước đá còn lại.
15. Dữ liệu ghi nhiệt độ có thể được tải xuống bằng cách gắn dây USB vào máy tính xách tay chạy Arduino IDE. Kết nối và mở Serial Monitor. Arduino sẽ tự động khởi động lại và đọc toàn bộ thông tin đăng xuất thông qua màn hình nối tiếp. Bộ làm mát sẽ tiếp tục hoạt động mà không bị gián đoạn.
16. Dữ liệu có thể được tải xuống từ Thẻ MicroSD kèm theo, nhưng hệ thống phải được tắt nguồn trước khi rút con chip nhỏ bé ra!

Bước 8: Ghi chú và dữ liệu

Bộ làm mát này được thiết kế để cân bằng giữa kích thước, trọng lượng, công suất và thời gian làm mát. Các kích thước chính xác được mô tả trong kế hoạch có thể được coi là một điểm khởi đầu mặc định. Chúng có thể được sửa đổi để phù hợp hơn với nhu cầu của bạn. Ví dụ, nếu bạn yêu cầu thời gian làm mát lâu hơn, thì ngăn đá khô có thể được xây dựng với thể tích lớn hơn để chứa nhiều đá hơn. Tương tự như vậy, buồng hàng có thể được xây dựng rộng hơn hoặc cao hơn. Tuy nhiên, cần cẩn thận để chứng minh bằng thực nghiệm bất kỳ thay đổi thiết kế nào mà bạn thực hiện. Những thay đổi nhỏ có thể có tác động lớn đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Các tài liệu đính kèm bao gồm dữ liệu thử nghiệm được ghi lại trong quá trình phát triển bộ làm mát. Cũng bao gồm một danh sách các bộ phận toàn diện để mua tất cả các nguồn cung cấp. Ngoài ra, tôi đã đính kèm các phiên bản làm việc của các bản phác thảo Arduino, mặc dù các bản tải xuống GitHub ở trên rất có thể sẽ mới hơn.

Bước 9: Liên kết đến tài nguyên trực tuyến

Có thể tải xuống toàn bộ phiên bản PDF của cuốn sách hướng dẫn này, xem tệp đính kèm cho phần này.

Truy cập kho lưu trữ GitHub cho dự án này:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Giải nhì Cuộc thi Arduino 2019