Sıcaklık Kontrollü Aşı & İnsülin Soğutucu: 9 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Soğukkanlı olmak hayat kurtarır

Gelişmekte olan dünyada aşılar, Ebola, Grip, Kolera, Tüberküloz ve Dang humması gibi tehlikeli hastalıklara karşı ön savunma hattıdır. İnsülin ve kan gibi aşıların ve diğer hayat kurtaran maddelerin taşınması dikkatli bir sıcaklık kontrolü gerektirir.

Birinci dünya lojistiği, malzemeler sınırlı kaynaklara sahip bölgelere taşındığında bozulma eğilimindedir. Birçok kırsal tıp kliniği, sıradan soğutma sistemleri için finansman veya enerjiden yoksundur.

İnsülin, insan kanı ve birçok yaygın aşı 2-8 ˚C sıcaklık aralığında tutulmalıdır. Sahada bunu sürdürmek zor olabilir çünkü elektrikli soğutma çok fazla güç gerektirir ve pasif buz soğutucuları termostat kontrolünden yoksundur.

Arduino'yu kurtarmak için

Bu proje, kuru buzun (katı karbondioksit) kompakt soğutma gücünü dijital sıcaklık kontrolünün hassasiyetiyle birleştirir. Kuru buz tek başına kullanıldığında aşı, insülin veya kan taşımak için çok soğuktur çünkü kolayca donmaya neden olabilir. Bu projenin soğutucu tasarımı, kuru buzu kargo soğutucusunun altında ayrı bir odaya yerleştirerek donma sorununu çözmektedir. Gerektiğinde kargo bölümünde küçük dozlarda süper soğutulmuş havayı dolaştırmak için fırçasız bir PC fanı kullanılır. Bu fan, hassas (PID) bir sıcaklık kontrol döngüsü çalıştıran sağlam bir Arduino mikro denetleyicisi tarafından kontrol edilir. Arduino sistemi çok az elektrik gücüyle çalıştığı için, bu sistem bir buz sandığı gibi hareketli olabilir, ancak bir fişli buzdolabı gibi sıcaklık kontrollü olabilir.

Bu proje kimin için?

Bu sistemi ücretsiz ve açık kaynak haline getirerek, insani yardım mühendislerine ve yardım çalışanlarına ihtiyaç noktasına yakın faydalı teknolojiler üretmenin yollarını arama konusunda ilham vereceğini umuyorum.

Bu proje, insani zorluklarla karşı karşıya kalan bölgelerde veya yakınında öğrenciler, mühendisler ve yardım görevlileri tarafından inşa edilmek üzere tasarlanmıştır. Malzemeler, parçalar ve sarf malzemeleri genellikle en yoksul ülkelerdeki dünya şehirlerinin çoğunda mevcuttur. Planları Instructables aracılığıyla ücretsiz olarak kullanıma sunarak, teknolojiye maliyet ve ölçeklenebilirlik açısından esneklik sağlıyoruz. Bu arduino-buz soğutucularının merkezi olmayan üretimi, hayat kurtarma potansiyeli ile önemli bir seçenek olabilir.

Bitmiş soğutucu özellikleri:

• Kargo hacmi: maksimum 6,6 galon (25L), tampon şişelerle tavsiye edilen 5 galon (19L).
• Maksimum kargo hacmi boyutları: =~14 inç x 14 inç x 8 inç (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Soğutma Kapasitesi: 20-30°C ortam ortamında sırasıyla 10-7 gün 5°C'yi korur

Güç kaynağı: kuru buz ve su basmış 12 volt deniz pili

Tüm boyutlar üzerinde: 24 inç x 24 inç x 32 inç yüksekliğinde (61 cm x 61 cm x 66,6 cm yükseklik)

Tüm ağırlık üzerinden: Buzsuz boş 33,3 lb (15,1 Kg) / dolu buz ve kargo ile 63 lb (28,6 kg)

Sıcaklık düzenlemesi: PID kontrolü 5°C +-0.5°C tutar

Malzemeler: IR yansıtıcı yalıtım kaplamalı inşaat sınıfı kapalı hücreli köpük ve inşaat yapıştırıcıları

Adım 1: Proje için Kurulum

Çalışma Alanı:

Bu proje, stiren köpük yalıtımının biraz kesilmesini ve yapıştırılmasını gerektirir. Bu, özellikle bıçak yerine testere kullanmayı tercih ederseniz biraz toz üretebilir. Toz maskesi kullandığınızdan emin olun. Ayrıca, giderken tozu temizlemek için elinizin altında bir dükkan-vakum olması çok yararlıdır

Yapı yapıştırıcısı kuruturken tahriş edici dumanlar çıkarabilir. İyi havalandırılmış bir alanda yapıştırma ve kalafatlama adımlarını tamamladığınızdan emin olun

Arduino eklenti bileşenlerinin montajı için bir havya kullanılması gerekir. Mümkünse kurşunsuz lehim kullanın ve iyi aydınlatılmış, iyi havalandırılmış bir alanda çalıştığınızdan emin olun

Tüm araçlar:

• Daire testere veya puanlama bıçağı
• 1,75 inç delik testere uçlu akülü matkap
• Havya ve lehim
• Çakmak veya ısı tabancası
• 4 fit düz kenar
• keskin nişancı
• Cırcır kayışları
• şerit metre
• Kalafatlama tüpü dağıtıcısı
• Tel kesici/Sıyırıcılar
• Büyük ve küçük yıldız tornavidalar ve normal tornavidalar

Tüm malzemeler:

Elektronik Malzemeleri

• Shrink Boru 1/8 ve 1/4 inç
• Devre kartı pin başlıkları (dişi soketler ve erkek pinler)
• Şeffaf kapaklı ABS plastik elektrik kutusu, boyut 7,9"x4,7"x2,94"(200mmx120mmx75mm)
• Şarj edilebilir sızdırmaz kurşun asit akü, 12V 20AH. NPP HR1280W veya benzeri.
• Arduino Uno R3 mikrodenetleyici kartı veya benzeri
• Arduino istiflenebilir prototip kartı: Alloet mini devre tahtası prototip kalkanı V.5 veya benzeri.
• MOSFET sürücü modülü IRF520 veya benzeri
• Su geçirmez kablo paketinde dijital sıcaklık sensörü DFRobot DS18B20
• Fırçasız 12V PC soğutma fanı: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Mikro SD kart okuyucu: Adafruit ADA254
• Gerçek zamanlı saat: DIYmore DS3231, DS1307 RTC'ye dayalı
• Gerçek zamanlı saat için pil: LIR2032 düğme pil)
• 4.7 K-ohm direnç
• 26 gauge telli kancalı tel makaraları (Kırmızı, Siyah, Sarı)
• 2 iletkenli telin uzunluğu (3 ft veya 1 m) 12 gauge örgülü (akü bağlantı kablosu)
• Otomotiv bıçak sigorta tutucusu ve 3 amper bıçak sigortası (pille kullanım için)
• USB yazıcı kablosu (bir erkekten b erkeğe yazın)
• Tel somun (12 ölçü)

Bantlar ve Yapıştırıcılar Malzemeleri

• Yüksek yapışmalı yardımcı bant 2 inç genişliğinde x 50 ft rulo (Gorilla Bant veya benzeri)
• Silikon kalafat, bir tüp
• İnşaat yapıştırıcısı, 2 tüp. (Sıvı Çiviler veya benzeri)
• Alüminyum fırın bandı, 2 inç genişliğinde x 50 ft rulo.
• Kendinden yapışkanlı cırt cırt şeritler (1 inç genişlik x 12 inç toplam gerekli)

İnşaat Malzemeleri Malzemeleri

• 2 x 4 fit x 8 fit x 2 inç kalınlığında (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) köpük yalıtım levhaları
• 2 ft x 25 ft çift yansıtıcı hava rulolu fırın yalıtımı rulosu, gümüş kabarcık.
• 2 x kısa PVC Boru, 1 1/2 inç iç çap x Sch 40. 13 inç uzunlukta kesilir.

Özel Malzemeler

• Aşı termometresi:'Thomas İzlenebilir Buzdolabı/Dondurucu Plus Aşı Şişesi Probu ile Termometre' ve izlenebilir kalibrasyon sertifikası veya benzeri.
• DS18B20 su geçirmez sıcaklık problarını sıvı tamponlamak için 2 adet çiçek saplı şişe.

Adım 2: Köpük Parçalarını Kesin

İki adet 4 ft x 8 ft x 2 inç (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) sert kapalı hücreli köpük yalıtım levhasından kesilecek bir dizi dikdörtgeni gösteren kesim modelini yazdırın.

Köpük tabakaları kesmek için çizgileri dikkatlice çizmek için düz bir kenar ve işaretleyici kullanın. Köpük, maket bıçağıyla çizilerek kesilebilir, ancak işi yapmak için daire testere kullanmak en kolay yoldur. Köpüğü testere ile kesmek ise solunmaması gereken toz üretir. Önemli önlemlere uyulmalıdır:

• Toz maskesi takın.
• Toz toplamak için testereye bağlı bir vakum hortumu kullanın.
• Kesimi mümkünse dışarıda yapın.

Adım 3: Soğutucuyu Köpük Levhalardan Birleştirin

Dahil edilen slaytlar, tüm soğutucunun köpük tabakalarından ve gümüş kabarcık sargılı yalıtımdan nasıl monte edileceğini detaylandırır. Birkaç farklı adım arasında inşaat yapıştırıcısının kurumasına izin vermek önemlidir, bu nedenle tüm bu adımları tamamlamak için 3 veya daha fazla gün harcamayı planlamalısınız.

Adım 4: Denetleyici Sistemini Birleştirin

Aşağıdaki resimler, soğutucu için sıcaklık kontrol sistemi oluşturmak için elektronik bileşenlerin prototip panosuna nasıl monte edileceğini göstermektedir. Dahil edilen son görüntü, referansınız için tam bir sistem şemasıdır.

Adım 5: Yazılım Kurulumu ve Testi

İlk önce bu kurulum taslağını deneyin

Kurulum taslağı iki şey yapar. İlk olarak, Gerçek Zamanlı Saat'te (RTC) saati ve tarihi ayarlamanıza olanak tanır. İkinci olarak, soğutucu kontrolörünün tüm çevresel bileşenlerini test eder ve seri monitör aracılığıyla size küçük bir rapor verir.

En güncel kurulum çizimini buradan indirin: GitHub'dan CoolerSetupSketch

Arduino IDE'deki taslağı açın. "Saati ve Tarihi Burada Ayarlayın" olarak yorumlanan kod bloğuna ilerleyin. Geçerli saat ve tarihi girin. Şimdi, taslağı yüklemeden önce aşağıdaki çevre birimlerinin kurulu ve hazır olduğunu iki kez kontrol edin (birlikte verilen elektrik şeması resmine bakın):

• 3 pinli başlık soketlerinden birine takılı Sıcaklık Probu
• Okuyucu modülüne takılı mikro SD kart
• Gerçek zamanlı saat (RTC) modülüne yerleştirilmiş düğme pil
• PC fanına bağlı kabloları bağlayın
• Akü kablosunun sigorta tutucusundaki sigorta.
• Aküye bağlı Arduino (geriye doğru bağlanmadığından EMİN olun! + VIN'e, - GND'ye!)

Arduino IDE'de, pano listesinden Arduino UNO'yu seçin ve yükleyin. Yükleme tamamlandıktan sonra, üstteki açılır menüden Araçlar / Seri Monitör'ü seçin. Bu, küçük bir sistem raporu göstermelidir. İdeal olarak, şöyle bir şey okumalıdır:

Soğutucu Kurulum Çizimi - sürüm 190504SİSTEM TESTİNİN BAŞLANGICI -------------------------- GERÇEK ZAMANLI SAAT: saat[20:38] tarih[1/6/2019] TEST SICAKLIĞI. SENSÖR: 22.25 C TEST SD KART: init done dataLog.txt…dataLog.txt'e yazılıyor: Bunu okuyabiliyorsanız, SD Kartınız çalışıyor! FAN TEST: Fan atıyor ve kapanıyor mu? SİSTEM SONU TESTİ ----------------------

Sistemde sorun giderme

Genelde benim için işler asla planlandığı gibi gitmez. Bazı sistemler muhtemelen doğru çalışmadı. Kurulum taslağı umarım bir ipucu sağlar - saat? SD kart mı? Herhangi bir mikrodenetleyici projesinde en yaygın sorunlar genellikle aşağıdakilerden biriyle ilgilidir:

• akü kablosuna sigorta koymayı unuttunuz, bu yüzden güç yok
• okuyucuya bir mikro SD kart takmayı unuttunuz, bu yüzden sistem askıda kalıyor
• pili gerçek zaman saatine (RTC) takmayı unuttunuz, böylece sistem askıda kalıyor
• bağlı sensörler gevşek, bağlantısı kesilmiş veya ters bağlanmış
• bileşenlerin kabloları bağlı değil veya yanlış Arduino pin(ler)ine bağlı
• yanlış bileşen yanlış pimlere takılmış veya geriye doğru kablolanmış
• her şeyi kısa devre yapan yanlış bağlanmış bir tel var

Denetleyici taslağını yükleyin

CoolerSetupSketch ile başarılı bir test yaptıktan sonra, tam kontrolör taslağını kurmanın zamanı geldi.

En güncel kontrolör çizimini buradan indirin: CoolerControllerSketch

Arduino'yu bir USB kablosuyla bilgisayarınıza bağlayın ve taslağı Arduino IDE ile yükleyin. Artık tüm sistemi fiziksel olarak soğutucunun gövdesine kurmaya hazırsınız.

Adım 6: Arduino Sistemini Kurun

Aşağıdaki adımlar bir kontrol listesi veya tüm elektronik aksamların kurulumu olarak değerlendirilebilir. Aşağıdaki adımlar için bitmiş projenin içerdiği fotoğraflara bakın. Resimler yardımcı olur!

1. Arduino UNO modülüne bir çift fan kablosu bağlayın.
2. Arduino UNO modülüne bir çift 12 voltluk güç kablosu bağlayın.
3. DS18B20 sıcaklık sensörlerini Arduino UNO modülüne takın. Sensörü prototip panosuna kurduğumuz 3 pinli soket(ler)den birine takmanız yeterlidir. Kablo renklerine dikkat edin, kırmızı pozitife, siyahtan negatife ve sarı veya beyaz 3. data pinine gider.
4. Arduino'nun USB konektörüne bir USB yazıcı kablosu takın.
5. Elektronik kutusunun altında büyük bir yuvarlak delik açmak için 1,75" delik testeresini kullanın.
6. Arduino UNO modülünü, kendinden yapışkanlı cırt cırt bağlantı şeritleri kullanarak elektronik kutunun altına takın.
7. Kalibre edilmiş aşı termometresini, cırt cırt bantlarla kutunun şeffaf kapağının alt tarafına takın. Küçük sıvı tamponlu şişe prob kablosunu bağlayın.

8. Aşağıdaki kabloları kutudan alttaki yuvarlak delikten geçirin:

   • 12 voltluk güç kabloları (12-18 gauge telli bakır 2 iletkenli hoparlör kablosu)
   • Arduino sıcaklık sensör(ler)i (DS18B20, her birinde erkek 3 pinli başlık konektörlü)
   • USB yazıcı kablosu (A Tipi Erkek - B Tipi Erkek)
   • Aşı Termometre probu (Kalibre edilmiş termometre ile birlikte verilir)
   • Fan kabloları (bükümlü 26 gauge bağlantı teli çifti)
9. Soğutucunun kapağını açın ve arka köşelerden birinin yakınında kapaktan 3/4 inç (2 cm) delik açmak için bir bıçak veya matkap kullanın. (Birlikte verilen resimlere bakın) Mylar baloncuklu ambalajın içinden geçirin.
10. Kontrol kutusundan USB kablosu hariç hepsini üstten kapağa doğru besleyin. Kutuyu, daha sonra erişilebilmesi için USB kablosu dışarı sarkacak şekilde kapağa yerleştirin. Kutuyu yüksek yapışkan bantla sabitleyin.
11. Elektronik kutusunun şeffaf kapağını kutuya vidalayın.
12. Kutuyu örtmek ve doğrudan güneş ışığından korumak için ek gümüş mylar balonlu yalıtımlı bir kapak oluşturun. (İçerdiği resimlere bakın.)
13. Soğutucunun içinde, 12 voltluk 20AH pili bölmenin arkasına yakın bir yere yerleştirin. Batarya, kargonun yanında haznenin içinde kalacaktır. 5˚C'de bile iyi çalışacak ve bir su şişesine benzer şekilde bir miktar termal tampon görevi görecektir.
14. Her iki sıcaklık probunu (termometrenin şişe probu ve Arduino probu) yüksek yapışkanlı bant kullanarak orta borunun tabanına takın.
15. Soğutucunun içinde, fanı köşe borusuna üfleyecek şekilde tutturmak için alüminyum bant kullanın. Kablolarını denetleyiciden gelen kablolara bağlayın. Fan, köşe borusunu aşağı üfler ve süper soğutulmuş, merkez borudan kargo bölmesine fışkırır.

Adım 7: Soğutucu Başlatma ve Çalıştırma

1. Micro SD kartı biçimlendirin - sıcaklık bu çipe kaydedilecek
2. 12 voltluk pili şarj edin
3. 8 inç x 8 inç x 5 inç (20 cm x 20 cm x 13 cm) boyutlarında kesilmiş 25 librelik (11,34 kg) bir kuru buz bloğu satın alın.
4. Buz bloğunu önce bir masanın üzerindeki havlunun üzerine düz bir şekilde yerleştirerek yerleştirin. Gümüş Mylar astarı, yalnızca alt yüzey açığa çıkacak şekilde bloğun üzerine kaydırın. Şimdi tüm bloğu kaldırın, çıplak buz yukarı bakacak şekilde ters çevirin ve tüm bloğu daha soğuk zeminin altındaki kuru buz odasına kaydırın.
5. Soğutucu zemini değiştirin. Zeminin dış kenarını bantlamak için alüminyum bant kullanın.
6. 12 voltluk pili soğutucunun gövdesine yerleştirin. Yüksek yapışkan bant şeritleri ile soğutucu duvara sabitlemek isteyebilirsiniz.
7. Kontrolör güç kablosunu aküye bağlayın.
8. Sıcaklık problarının güvenli bir şekilde bantlandığını kontrol edin.
9. Neredeyse tüm alanı doldurmak için su şişelerini kargo bölmesine yükleyin. Bunlar sıcaklığı tamponlayacaktır.
10. Soğutucuyu doğrudan güneş ışığı almayan bir yere kurun ve sıcaklığın 5C'de sabitlenmesi için 3-5 saat bekleyin.
11. Sıcaklıklar stabilize olduğunda, su şişeleri çıkarılarak ve bu hacme kargo ile doldurularak sıcaklığa duyarlı maddeler eklenebilir.
12. Taze bir buz ve güç yüküne sahip bu soğutucu, herhangi bir ek güç veya buz olmaksızın 10 güne kadar kontrollü bir 5C'yi sürdürecektir. Soğutucu doğrudan güneş ışığından uzak tutulursa performans daha iyidir. Soğutucu hareket ettirilebilir ve çoğu yönden darbelere karşı dayanıklıdır; Ancak dik tutulmalıdır. Devrilirse, tekrar ayağa kalkın, zarar vermez.
13. Pilde kalan elektrik gücü doğrudan küçük bir voltmetre ile ölçülebilir. Sistemin düzgün çalışması için minimum 9 volt gerekir.
14. Kalan buz, PVC borunun üst kenarına kadar orta boru deliğinden aşağı doğru ölçülerek metal bir şerit metre ile doğrudan ölçülebilir. Kalan buz ağırlığına ilişkin ölçümler için ekteki tabloya bakın.
15. Sıcaklık kaydı verileri, USB kablosunu Arduino IDE çalıştıran bir dizüstü bilgisayara bağlayarak indirilebilir. Bağlayın ve Seri Monitörü açın. Arduino, seri monitör aracılığıyla otomatik olarak yeniden başlatılacak ve oturumun tamamını okuyacaktır. Soğutucu kesintisiz olarak çalışmaya devam edecektir.
16. Veriler ekteki MicroSD Karttan indirilebilir, ancak küçük çipi çıkarmadan önce sistem kapatılmalıdır!

8. Adım: Notlar ve Veriler

Bu soğutucu, iyi bir boyut, ağırlık, kapasite ve soğutma süresi dengesi olacak şekilde tasarlanmıştır. Planlarda açıklanan kesin boyutlar, varsayılan bir başlangıç noktası olarak kabul edilebilir. İhtiyaçlarınıza daha iyi uyacak şekilde değiştirilebilirler. Örneğin, daha uzun bir soğutma süresine ihtiyacınız varsa, kuru buz odası daha fazla buz için daha uzun bir hacimle oluşturulabilir. Aynı şekilde, kargo odası daha geniş veya daha uzun yapılabilir. Bununla birlikte, yaptığınız tasarım değişikliklerini deneysel olarak kanıtlamak için özen gösterilmelidir. Küçük değişikliklerin genel sistem performansı üzerinde büyük etkisi olabilir.

Ekli belgeler, soğutucunun geliştirilmesi yoluyla kaydedilen deneysel verileri içerir. Ayrıca, tüm sarf malzemelerini satın almak için kapsamlı bir parça listesi de dahildir. Ek olarak, yukarıdaki GitHub indirmeleri büyük olasılıkla daha güncel olacak olsa da, Arduino eskizlerinin çalışan sürümlerini ekledim.

9. Adım: Çevrimiçi Kaynaklara Bağlantılar

Bu talimat kitabının bir PDF versiyonu tam olarak indirilebilir, bu bölüm için birlikte verilen dosyaya bakın.

Bu proje için GitHub deposunu ziyaret edin:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Arduino Yarışması 2019 İkincilik Ödülü