واکسن کنترل شده دما و کولر انسولین: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

خونسردی باعث نجات جان افراد می شود

در کشورهای در حال توسعه ، واکسن ها خط مقدم دفاع در برابر بیماری های خطرناکی مانند ابولا ، آنفولانزا ، وبا ، سل و دنگو هستند. انتقال واکسن ها و سایر مواد نجات بخش مانند انسولین و خون نیاز به کنترل دقیق دما دارد.

زمانی که منابع به مناطق محدود منتقل شوند ، تدارکات جهان اول متلاشی می شود. بسیاری از کلینیک های پزشکی روستایی فاقد بودجه یا انرژی لازم برای سیستم های تبرید معمولی هستند.

انسولین ، خون انسان و بسیاری از واکسن های معمولی باید در محدوده دمای 2-8 ˚C نگهداری شوند. در مزرعه ، حفظ این امر دشوار است زیرا تبرید الکتریکی به قدرت بیش از حد نیاز دارد و کولرهای یخ غیرفعال فاقد کنترل ترموستات هستند.

آردوینو برای نجات

این پروژه قدرت خنک کننده فشرده یخ خشک (دی اکسید کربن جامد) را با دقت کنترل دما دیجیتال ترکیب می کند. وقتی یخ خشک به تنهایی برای انتقال واکسن ، انسولین یا خون استفاده می شود ، بسیار سرد است زیرا به راحتی می تواند منجر به یخ زدن شود. طراحی خنک کننده این پروژه مشکل یخ زدگی را با قرار دادن یخ خشک در یک محفظه جداگانه در زیر کولر بار حل می کند. از یک پنکه رایانه ای بدون برس برای گردش مقادیر کمی از هوای فوق سرد در قسمت بار در صورت نیاز استفاده می شود. این فن توسط یک میکروکنترلر قوی آردوینو کنترل می شود و یک حلقه کنترل دقیق دما (PID) را اجرا می کند. از آنجا که سیستم آردوینو با نیروی الکتریکی بسیار کمی کار می کند ، این سیستم می تواند مانند یک صندوق یخ متحرک باشد ، اما مانند یخچال پلاگین تنظیم دما می کند.

این پروژه برای چه کسانی است؟

امیدوارم با آزاد و منبع باز بودن این سیستم ، مهندسان بشردوستانه و امدادگران را برانگیزد تا به دنبال راه هایی برای تولید فناوری های مفید در نزدیکی نقطه نیاز باشند.

این پروژه به گونه ای طراحی شده است که توسط دانشجویان ، مهندسان و امدادگران در مناطق نزدیک یا نزدیک با چالش های بشردوستانه ساخته شود. مواد ، قطعات و لوازم به طور کلی در اکثر شهرهای جهان حتی در فقیرترین کشورها موجود است. با ارائه برنامه ها به صورت رایگان از طریق Instructables ، ما از نظر هزینه و مقیاس پذیری فناوری را با انعطاف پذیری ارائه می دهیم. تولید غیر متمرکز این کولرهای یخ آردوینو ممکن است با نجات جان افراد در گزینه مهمی باشد.

مشخصات کامل کولر:

• حجم بار: حداکثر 6.6 گالن (25 لیتر) ، توصیه می شود 5 گالن (19 لیتر) با بطری های بافر.
• حداکثر حجم حجم بار: = ~ 14 در x 14 در x 8 اینچ (35.6 سانتی متر 35 35.6 20 20.3 سانتی متر)

ظرفیت خنک کننده: 5 درجه سانتی گراد را به مدت 10-7 روز در محیط 20-30 درجه سانتی گراد حفظ می کند

منبع تغذیه: یخ خشک و سیل باتری 12 ولت سلول دریایی

در تمام ابعاد: 24 اینچ در 24 در x 32 در ارتفاع (61 سانتی متر در 61 سانتی متر در 66.6 سانتی متر قد)

بیش از همه وزن: 33.3 پوند (15.1 کیلوگرم) خالی بدون یخ / 63 پوند (28.6 کیلوگرم) با یخ و محموله کامل

تنظیم دما: کنترل PID دارای 5 درجه سانتیگراد +-0.5 درجه سانتی گراد است

مواد: فوم سلول بسته و چسب های ساختمانی با روکش عایق بازتابنده IR

مرحله 1: راه اندازی پروژه

فضای کاری:

این پروژه نیاز به برش و چسباندن عایق فوم استایرن دارد. این می تواند کمی گرد و غبار ایجاد کند ، به ویژه اگر ترجیح دهید از اره به جای چاقو استفاده کنید. حتما از ماسک گرد و غبار استفاده کنید. همچنین ، داشتن مغازه خالی برای پاک کردن گرد و غبار هنگام کار بسیار مفید است

چسب ساختمانی می تواند هنگام خشک شدن بخارهای تحریک کننده را آزاد کند. اطمینان حاصل کنید که مراحل چسباندن و آب بندی را در یک منطقه با تهویه خوب انجام دهید

مونتاژ اجزای افزودنی آردوینو نیاز به استفاده از آهن لحیم کاری دارد. در صورت امکان از لحیم بدون سرب استفاده کنید و مطمئن شوید که در فضایی با نور و تهویه مناسب کار می کنید

همه ابزارها:

• اره دایره ای یا چاقوی نمره گذاری
• مته بی سیم با قطر اره 1.75 اینچی
• لحیم کاری و لحیم کاری
• تفنگ سبک تر یا گرم کننده
• لبه مستقیم 4 فوت
• نشانگر شارپی
• بندهای راتچ
• اندازه نوار
• توزیع کننده لوله آب بندی
• برش سیم/استریپر
• پیچ گوشتی های فیلیپس بزرگ و کوچک و معمولی

کلیه لوازم:

لوازم الکترونیکی

• لوله جمع کننده 1/8 و 1/4 اینچ
• سربرگ های صفحه مدار (سوکت های زن و پین های مردانه)
• جعبه برقی پلاستیکی ABS با پوشش شفاف ، اندازه 7.9 "x4.7" x2.94 "(200mmx120mmx75mm)
• باتری سربی مهر و موم شده قابل شارژ ، 12V 20AH. NPP HR1280W یا مشابه.
• برد میکروکنترلر Arduino Uno R3 یا مشابه آن
• نمونه اولیه تخته آردوینو: Alloet mini breadboard prototype shield V.5 یا مشابه آن.
• ماژول درایور MOSFET IRF520 یا مشابه آن
• سنسور دما دیجیتال DFRobot DS18B20 در بسته کابل ضد آب
• فن خنک کننده بدون برس 12 ولت PC: 40 میلی متر در 10 میلی متر 12 ولت 0.12 آمپر
• کارت خوان Micro SD: Adafruit ADA254
• ساعت بیدرنگ: DIYmore DS3231 ، بر اساس DS1307 RTC
• باتری برای ساعت واقعی: سلول سکه LIR2032)
• مقاومت 4.7 کیلو اهم
• قرقره های سیم دار قلاب دار 26 سنج (قرمز ، مشکی ، زرد)
• طول سیم 2 هادی (3 فوت یا 1 متر) 12 سنج رشته (سیم قلاب باتری)
• نگهدارنده فیوز تیغه خودرو و فیوز تیغه 3 آمپر (برای استفاده با باتری)
• کابل چاپگر USB (نوع نر به نر b را تایپ کنید)
• مهره سیم (12 گیج)

نوار و لوازم چسب

• نوار چسبندگی بالا با ابعاد 2 اینچ در عرض 50 فوت (نوار گوریلا یا مشابه)
• چسب سیلیکونی ، یک لوله
• چسب ساختمانی ، 2 لوله. (ناخن مایع یا مشابه)
• نوار کوره آلومینیومی ، رول 2 اینچ عرض 50 فوت.
• نوارهای قلاب و حلقه خود چسبنده (1 اینچ عرض x 12 اینچ در کل مورد نیاز است)

لوازم مصالح ساختمانی

• ورق های عایق فوم 2 * 4 پا * 8 پا * 2 اینچ ضخامت (1200 میلی متر * 2400 میلی متر * 150 میلی متر)
• رول 2 فوت x 25 فوت عایق کوره رول هوا دو بازتاب کننده ، حباب نقره.
• 2 عدد لوله PVC کوتاه ، 1 1/2 اینچ قطر داخلی x Sch 40. به طول 13 اینچ برش دهید.

لوازم تخصصی

• دماسنج واکسن: "دماسنج یخچال فریزر توماس/فریزر به همراه پروب بطری واکسن" و گواهی کالیبراسیون قابل ردیابی یا مشابه آن.
• 2 عدد بطری گل ساقه برای مایع سازی پروب های درجه حرارت ضد آب DS18B20.

مرحله 2: قطعات فوم را برش دهید

الگوی برش را چاپ کنید ، که تعدادی مستطیل را نشان می دهد که از دو ورق عایق فوم سلول بسته سفت و محکم برش داده می شوند.

با استفاده از یک لبه و نشانگر مستقیم خطوط برش ورقه های فوم را بکشید. ممکن است فوم را با استفاده از یک چاقوی کاربردی برش دهید ، اما استفاده از اره دایره ای برای انجام این کار راحت تر است. برش فوم با اره ، اما گرد و غبار ایجاد می کند که نباید استنشاق شود. اقدامات احتیاطی مهم باید رعایت شود:

• از ماسک گرد و غبار استفاده کنید.
• برای جمع آوری گرد و غبار از شلنگ خلاء متصل به اره استفاده کنید.
• در صورت امکان برش را در بیرون انجام دهید.

مرحله 3: ورق های کولر را از فوم جمع کنید

اسلایدهای موجود نحوه جمع آوری کولر کامل از ورق های فوم و عایق روکش حباب نقره را توضیح می دهد. مهم است که اجازه دهید چسب ساختمانی بین چند مرحله مختلف خشک شود ، بنابراین باید برنامه ریزی کنید که 3 روز یا بیشتر برای انجام تمام این مراحل صرف کنید.

مرحله 4: سیستم کنترل کننده را مونتاژ کنید

تصاویر زیر نحوه مونتاژ قطعات الکترونیکی روی برد نمونه را برای ایجاد سیستم کنترل دما برای کولر نشان می دهد. آخرین تصویر شامل یک طرح کلی سیستم برای مرجع شما است.

مرحله 5: راه اندازی و آزمایش نرم افزار

ابتدا این طرح تنظیم را امتحان کنید

طرح راه اندازی دو کار انجام می دهد. ابتدا ، به شما امکان می دهد زمان و تاریخ را در ساعت زمان واقعی (RTC) تنظیم کنید. دوم ، تمام اجزای جانبی کنترل کننده کولر را آزمایش می کند و گزارش کوچکی از طریق مانیتور سریال به شما می دهد.

جدیدترین طرح راه اندازی را اینجا بارگیری کنید: CoolerSetupSketch از GitHub

طرح را در Arduino IDE باز کنید. به پایین بلوک کد بروید که با عنوان "زمان و تاریخ را در اینجا تنظیم کنید" توضیح داده شده است. زمان و تاریخ فعلی را پر کنید. اکنون ، قبل از بارگذاری طرح ، بررسی کنید که لوازم جانبی زیر راه اندازی شده یا آماده است (به تصویر شماتیک الکتریکی موجود مراجعه کنید):

• پروب دما به یکی از سوکت های هدر 3 پین متصل شده است
• کارت Micro SD به ماژول خواننده وارد شده است
• باتری سکه ای وارد ماژول ساعت واقعی (RTC) شده است
• سیمهای متصل به فن کامپیوتر را وصل کنید
• فیوز در نگهدارنده فیوز سیم باتری.
• آردوینو به باتری متصل شد (مطمئناً سیم عقب نیست! + به VIN ، - به GND!)

در Arduino IDE ، Arduino UNO را از لیست تابلوها انتخاب کرده و بارگذاری کنید. پس از اتمام بارگذاری ، از منوی کشویی بالا ، Tools / Serial Monitor را انتخاب کنید. این باید یک گزارش کوچک سیستم نشان دهد. در حالت ایده آل ، باید چیزی شبیه به این بخواند:

Cooler Setup Sketch-نسخه 190504START OF SYSTEM TEST ---------------------- TESTING REAL-TIME CLOCK: زمان [20:38] تاریخ [1/6/2019] آزمایش TEMP. SENSOR: 22.25 C CARD SD CARD: init done نوشتن در dataLog.txt … dataLog.txt: اگر می توانید این مطلب را بخوانید ، کارت SD شما کار می کند! تست فن: آیا فن در حال خاموش و روشن شدن است؟ پایان تست سیستم ----------------------

عیب یابی سیستم

معمولاً برای من ، همه چیز هرگز مطابق برنامه ریزی پیش نمی رود. احتمالاً برخی از سیستم ها درست کار نمی کنند. امیدوارم طرح راه اندازی یک سرنخ ارائه دهد - ساعت؟ کارت SD؟ شایع ترین مشکلات هر پروژه میکروکنترلر معمولاً مربوط به یکی از موارد زیر است:

• فراموش کرده اید که فیوز را در سیم باتری قرار دهید ، بنابراین برق ندارد
• فراموش کرده اید که کارت خوان micro SD را در خواننده قرار دهید ، بنابراین سیستم در حال آویزان شدن است
• فراموش کرده اید که یک باتری را در ساعت زمان واقعی (RTC) قرار دهید تا سیستم در حال کار باشد
• سنسورهای متصل شل ، قطع یا قطع معکوس هستند
• سیمهای قطعات قطع شده یا به پین (های) آردوینو اشتباه متصل شده اند
• قطعه اشتباه به پین های اشتباه متصل شده یا به عقب متصل شده است
• یک سیم نادرست وصل شده است که همه چیز را کوتاه می کند

طرح کنترلر را نصب کنید

هنگامی که یک آزمایش موفق با CoolerSetupSketch داشتید ، وقت آن است که طرح کنترلر کامل را نصب کنید.

جدیدترین طرح کنترلر را در اینجا بارگیری کنید: CoolerControllerSketch

Arduino را با کابل USB به رایانه خود وصل کنید و طرح را با Arduino IDE بارگذاری کنید. شما اکنون آماده نصب فیزیکی کل سیستم در بدنه کولر هستید.

مرحله 6: سیستم آردوینو را نصب کنید

مراحل زیر را می توان به عنوان یک چک لیست یا نصب کلیه وسایل الکترونیکی در نظر گرفت. برای مراحل زیر ، به عکسهای موجود پروژه تکمیل شده مراجعه کنید. تصاویر کمک می کند!

1. یک جفت سیم فن به ماژول Arduino UNO وصل کنید.
2. یک جفت سیم برق 12 ولت به ماژول Arduino UNO وصل کنید.
3. سنسورهای دما DS18B20 را به ماژول Arduino UNO وصل کنید. کافی است سنسور را به یکی از سوکت های 3 پینی که در برد نمونه نصب کرده ایم وصل کنید. به رنگ سیم توجه کنید ، قرمز به مثبت ، سیاه به منفی و زرد یا سفید به پین داده سوم می رود.
4. یک کابل چاپگر USB را به کانکتور USB آردوینو وصل کنید.
5. از یک اره 1.75 اینچی برای سوراخ گرد بزرگ در پایین جعبه لوازم الکترونیکی استفاده کنید.
6. ماژول آردوینو UNO را با استفاده از نوارهای محکم حلقه و حلقه به انتهای جعبه لوازم الکترونیکی وصل کنید.
7. دماسنج واکسن کالیبره شده را به قسمت زیر درب شفاف جعبه با نوارهای اتصال دهنده قلاب و حلقه وصل کنید. سیم پروب بطری بافر مایع کوچک آن را وصل کنید.

8. سیمهای زیر را از جعبه از سوراخ گرد در پایین عبور دهید:

   • سیمهای برق 12 ولت (سیم بلندگوی مس 12-18 سنج رشته ای 2 سیم)
   • سنسورهای دمای آردوینو (DS18B20 با اتصال هدر 3 پین نر روی هر کدام)
   • کابل چاپگر USB (نوع A نر تا نوع B نر)
   • پروب دماسنج واکسن (همراه با دماسنج کالیبره شده)
   • سیم های فن (جفت پیچ خورده 26 قلاده سیم قلاب)
9. درب کولر را باز کنید و با چاقو یا مته سوراخ 3/4 اینچی (2 سانتی متری) را از طریق درپوش نزدیک یکی از گوشه های عقب ایجاد کنید. (به تصاویر موجود مراجعه کنید) از طریق روکش پلاستیکی حباب مولار بیرون بیاورید.
10. همه موارد را بجز سیم USB از جعبه کنترل به پایین از طریق درب از بالا وارد کنید. جعبه را روی درب قرار دهید و کابل USB را آویزان کنید تا بعداً به آن دسترسی پیدا کنید. جعبه را با نوار چسبنده محکم کنید.
11. درب شفاف جعبه لوازم الکترونیکی را روی جعبه پیچ کنید.
12. برای پوشاندن جعبه و محافظت از آن در برابر نور مستقیم خورشید ، یک فلپ عایق اضافی برای بسته بندی حباب مولار نقره ایجاد کنید. (تصاویر موجود را مشاهده کنید.)
13. داخل کولر ، باتری 12 ولت 20AH را در قسمت پشتی محفظه قرار دهید. باتری در داخل محفظه در کنار بار باقی می ماند. حتی در دمای 5 درجه سانتی گراد نیز به خوبی کار می کند و مانند یک بطری آب به عنوان یک بافر حرارتی عمل می کند.
14. هر دو پروب دما (پروب بطری دماسنج و کاوشگر آردوینو) را با استفاده از نوار چسب بالا به پایه لوله مرکزی وصل کنید.
15. در داخل کولر ، از نوار آلومینیومی برای اتصال فن استفاده کنید تا در لوله گوشه ای منفجر شود. سیمهای آن را از طریق کنترلر به سیمها وصل کنید. فن لوله گوشه ای را پایین می کشد و بسیار سرد از لوله مرکزی به داخل محفظه بار می رود.

مرحله 7: راه اندازی و بهره برداری خنک تر

1. کارت Micro SD را فرمت کنید - درجه حرارت به این تراشه وارد می شود
2. باتری 12 ولت را دوباره شارژ کنید
3. یک بلوک یخ خشک 25 پوندی (11.34 کیلوگرمی) خریداری کنید که به ابعاد 8 در 8 در 8 در 5 اینچ (20 سانتی متر در 20 سانتی متر در 13 سانتی متر) بریده شده است.
4. بلوک یخ را با قرار دادن ابتدا بلوک روی حوله روی میز نصب کنید. آستر نقره ای Mylar را روی بلوک بکشید تا فقط سطح زیرین نمایان شود. حالا کل بلوک را بردارید ، روی یخ برهنه را به سمت بالا بچرخانید و کل بلوک را داخل محفظه یخ خشک زیر کف سردتر بکشید.
5. کف کولر را تعویض کنید. از نوار آلومینیومی برای چسباندن لبه بیرونی کف استفاده کنید.
6. باتری 12 ولت را در بدنه کولر قرار دهید. ممکن است بخواهید آن را با نوارهای چسب بالا به دیوار سردتر محکم کنید.
7. سیم برق کنترل کننده را به باتری وصل کنید.
8. بررسی کنید که آیا پروبهای دما به طور ایمن ضبط شده اند.
9. بطری های آب را داخل محفظه بار بگذارید تا تقریباً تمام فضا را پر کند. اینها دما را بافر می کنند.
10. کولر را در جایی دور از نور مستقیم خورشید قرار دهید و 3-5 ساعت زمان دهید تا دما در 5 درجه سانتیگراد تثبیت شود.
11. پس از تثبیت دما ، ممکن است با برداشتن بطری های آب و پر کردن این حجم با محموله ، موارد حساس به دما را اضافه کنید.
12. این کولر با شارژ تازه یخ و قدرت ، 5 درجه کنترل شده را تا 10 روز بدون هیچ گونه نیروی اضافی یا یخ حفظ می کند. اگر کولر از نور مستقیم خورشید دور نگه داشته شود عملکرد بهتری دارد. کولر قابل جابجایی است و در بیشتر موارد در برابر ضربه مقاوم است. با این حال ، باید عمودی نگه داشته شود. در صورت اطلاع ، به سادگی آن را ایستاده ، هیچ آسیبی نمی رساند.
13. توان الکتریکی باقی مانده در باتری را می توان مستقیماً با یک ولت متر کوچک اندازه گیری کرد. برای عملکرد صحیح سیستم حداقل 9 ولت نیاز است.
14. یخ باقی مانده را می توان مستقیماً با اندازه گیری نوار فلزی با اندازه گیری سوراخ لوله مرکزی تا لبه بالای لوله PVC اندازه گیری کرد. برای اندازه گیری وزن یخ باقی مانده به جدول پیوست مراجعه کنید.
15. با اتصال سیم USB به لپ تاپی که از Arduino IDE استفاده می کند ، می توانید داده های ثبت دما را بارگیری کنید. وصل کنید و Serial Monitor را باز کنید. Arduino به طور خودکار راه اندازی مجدد می شود و خروج کامل را از طریق مانیتور سریال می خواند. کولر بدون وقفه به کار خود ادامه می دهد.
16. داده ها را می توان از کارت MicroSD ضمیمه بارگیری کرد ، اما قبل از بیرون آوردن تراشه کوچک ، سیستم باید خاموش شود!

مرحله 8: یادداشت ها و داده ها

این کولر به گونه ای طراحی شده است که از نظر اندازه ، وزن ، ظرفیت و زمان خنک کننده تعادل مناسبی داشته باشد. ابعاد دقیق توصیف شده در نقشه ها را می توان نقطه شروع پیش فرض در نظر گرفت. آنها را می توان تغییر داد تا بهتر با نیازهای شما مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال ، اگر به زمان خنک کننده بیشتری نیاز دارید ، محفظه یخ خشک را می توان با حجم بیشتری برای یخ بیشتر ساخت. به همین ترتیب ، محفظه بار می تواند گسترده تر یا بلندتر ساخته شود. با این حال باید مراقب باشید تا هرگونه تغییر طراحی را که انجام می دهید به صورت تجربی ثابت کنید. تغییرات کوچک می تواند تأثیر زیادی بر عملکرد کلی سیستم داشته باشد.

اسناد پیوست شامل داده های تجربی است که از طریق توسعه کولر ثبت شده است. همچنین یک لیست قطعات جامع برای خرید همه لوازم موجود است. علاوه بر این ، من نسخه های کاراکترهای Arduino را ضمیمه کرده ام ، اگرچه بارگیری های GitHub بالا به احتمال زیاد جاری تر خواهد بود.

مرحله 9: پیوند به منابع آنلاین

نسخه PDF این کتاب دستورالعمل را می توان به طور کامل بارگیری کرد ، فایل موجود در این بخش را ببینید.

از مخزن GitHub برای این پروژه دیدن کنید:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

جایزه دوم در مسابقه آردوینو 2019