Temperatuurbeheerde entstof en insulienkoeler: 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Om koel te bly, red lewens

In die ontwikkelende wêreld is entstowwe die voorste verdedigingslinie teen gevaarlike siektes soos Ebola, griep, cholera, tuberkulose en Dengue, om maar net 'n paar te noem. Om entstowwe en ander lewensreddende materiale soos insulien en bloed te vervoer, verg noukeurige temperatuurbeheer.

Eerste wêreld logistiek is geneig om te breek as voorraad met beperkte hulpbronne na streke vervoer word. Baie landelike mediese klinieke het nie geld of energie vir gewone verkoelingstelsels nie.

Insulien, menslike bloed en baie algemene entstowwe moet binne 'n temperatuur van 2-8 ˚C gehou word. In die veld kan dit moeilik wees om dit in stand te hou, want elektriese verkoeling verg te veel krag en passiewe yskoelers het nie 'n termostaatbeheer nie.

Arduino tot die redding

Hierdie projek kombineer die kompakte verkoelingskrag van droë-ys (vaste koolstofdioksied) met die presisie van digitale temperatuurbeheer. As dit op sigself gebruik word, is droë ys te koud om entstof, insulien of bloed te vervoer omdat dit maklik tot bevriesing kan lei. Die koeler ontwerp van hierdie projek los die probleem van vries op deur die droë ys in 'n aparte kamer onder die vragkoeler te plaas. 'N Borsellose rekenaarwaaier word gebruik om, indien nodig, klein dosisse supergekoelde lug deur die vraggedeelte te sirkuleer. Hierdie waaier word beheer deur 'n robuuste Arduino -mikrobeheerder, met 'n presisie (PID) temperatuurbeheerlus. Omdat die Arduino-stelsel op baie min elektriese krag werk, kan hierdie stelsel soos 'n yskas beweeglik wees, maar temperatuurgereguleer word soos 'n yskas.

Vir wie is hierdie projek bedoel?

Dit is my hoop dat deur hierdie stelsel gratis en open source te maak, dit humanitêre ingenieurs en hulpverleners sal inspireer om maniere te soek om nuttige tegnologieë naby die punt van nood te produseer.

Hierdie projek is ontwerp om te bou deur studente, ingenieurs en hulpverleners in of naby gebiede wat humanitêre uitdagings ondervind. Die materiaal, onderdele en voorrade is algemeen beskikbaar in die meeste van die wêreld se stede, selfs in die armste lande. Deur die planne gratis beskikbaar te stel via Instructables, bied ons tegnologie buigsaamheid ten opsigte van koste en skaalbaarheid. Die gedesentraliseerde vervaardiging van hierdie arduino-yskoelers is moontlik 'n belangrike opsie met die potensiaal om lewens te red.

Voltooide koeler spesifikasies:

• Vragvolume: maksimum 6,6 liter (25L), aanbeveel 5 liter (19L) met bufferbottels.
• Maksimum vrag volume afmetings: = ~ 14 in x 14 in x 8 in (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Koelvermoë: Behou 5 ° C vir 10-7 dae in onderskeidelik 20-30 ° C omgewing

Kragbron: droë ys en oorstroomde 12 volt mariene selbattery

Oor alle afmetings: 24 cm x 24 cm x 32 cm lank (61 cm x 61 cm x 66,6 cm lank)

Totale gewig: 33,1 lb (15,1 kg) leeg sonder ys / 28 lb (63 lb) vol ys en vrag

Temperatuurregulering: PID-beheer hou 5 ° C +-0,5 ° C

Materiaal: skuim met geslote sel van konstruksiegraad en konstruksiegom met IR-reflektiewe isolasie-omhulsel

Stap 1: Opstel vir die projek

Werkruimte:

Hierdie projek vereis 'n bietjie sny en plak van isoleen van styreenskuim. Dit kan stof veroorsaak, veral as u verkies om 'n saag eerder as 'n mes te gebruik. Gebruik 'n stofmasker. Dit is ook baie handig om 'n winkelvakansie byderhand te hê om die stof skoon te maak

Konstruksie gom kan irriterende dampe vrystel tydens droging. Maak seker dat u die lijm- en kalfstappe in 'n goed geventileerde area voltooi

Die samestelling van die arduino-byvoegingskomponente vereis die gebruik van 'n soldeerbout. Gebruik loodvrye soldeersel indien moontlik, en werk in 'n goed beligte, goed geventileerde ruimte

Alle gereedskap:

• Sirkelsaag of mes
• Koordlose boor met 'n gatboor van 1,75 duim
• Soldeerbout en soldeer
• Aansteker of hittegeweer
• 4 voet reguit rand
• Sharpie merker
• Ratelbande
• Maatband
• Doseerbuis dispenser
• Draadsnyer/strippers
• Skroewedraaiers groot en klein Phillips & gereeld

Alle voorrade:

Elektroniese toebehore

• Krimp buise 1/8 en 1/4 duim
• Koppiebordkop (vroulike voetstukke en penne)
• Elektriese boks uit ABS -plastiek met 'n duidelike omslag, 200 mm x 120 mm x 75 mm in grootte 7,9 "x 4,7" x 2,94"
• Herlaaibare, verseëlde loodsuurbattery, 12V 20AH. NPP HR1280W of soortgelyk.
• Arduino Uno R3 mikrokontrollerbord of soortgelyke
• Arduino stapelbare prototipe bord: Alloet mini breadboard prototipe skild V.5 of soortgelyk.
• MOSFET bestuurder module IRF520 of soortgelyk
• Digitale temperatuursensor DFRobot DS18B20 in waterdigte kabelpakket
• Borsellose 12V PC -waaier: 40mm x 10mm 12V 0.12A
• Micro SD -kaartleser: Adafruit ADA254
• Realtime klok: DIYmore DS3231, gebaseer op DS1307 RTC
• Battery vir intydse klok: muntstuk LIR2032)
• 4.7 K-ohm weerstand
• 26 meter gestrande haakdraadspoelen (rooi, swart, geel)
• Lengte van 2-geleidingsdraad (3 voet of 1 m) 12 gauge gestrand (batteryhaakdraad)
• Motor lont sekuriteit houer en 3 amp lem lont (vir gebruik met battery)
• USB -drukkabel (tik 'n mannetjie na 'n mannetjie)
• Draadmoer (12 meter)

Bande en kleefmiddels

• Nuttige band met 'n kleefband van 2 duim breed x 50 voet (Gorilla-band of soortgelyk)
• Silikonband, een buis
• Konstruksie gom, 2 buise. (Vloeibare naels of soortgelyke)
• Aluminium oondband, 2 duim breed x 50 voet rol.
• Selfklevende haak-en-lus stroke (1 duim breed x 12 duim totaal benodig)

Konstruksiemateriaal Voorrade

• 2 x 4 voet x 8 voet x 2 duim dik (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) skuimisolasievelle
• 2 x 25 voet rol dubbel weerkaatsende lugrol -oondisolasie, silwer borrel.
• 2 x kort PVC -pype, 1 1/2 duim binnediameter x Sch 40. gesny tot 13 duim lengtes.

Spesiale voorrade

• Inentingstermometer: 'Thomas -naspeurbare yskas/vrieskas plus termometer met entstofbottelsonde' en naspeurbare kalibrasiesertifikaat of soortgelyke.
• 2 x blomstingelbottels vir vloeistofbuffer van die DS18B20 waterdigte temperatuurmeters.

Stap 2: Sny die skuimonderdele uit

Druk die snypatroon uit, wat 'n aantal reghoeke toon wat uit twee velle (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) stewige isolasie met geslote sel skuim.

Gebruik 'n reguit rand en merker om die lyne vir die sny van die skuimvelle versigtig te trek. Die skuim kan gesny word deur dit met 'n mes te sny, maar die maklikste is om 'n sirkelsaag te gebruik. Om skuim met 'n saag te sny, produseer egter stof wat nie ingeasem moet word nie. Belangrike voorsorgmaatreëls moet gevolg word:

• Dra 'n stofmasker.
• Gebruik 'n vakuumslang wat aan die saag geheg is om stof op te vang.
• Sny buite moontlik indien moontlik.

Stap 3: Monteer die koeler uit skuimplate

Die meegeleverde skyfies gee 'n uiteensetting van hoe u die volledige koeler van skuimvelle en silwer borrelwrap -isolasie kan monteer. Dit is belangrik om die konstruksiegom tussen 'n paar verskillende stappe te laat droog word, dus moet u ongeveer drie dae bestee om al hierdie stappe te voltooi.

Stap 4: Monteer die beheerstelsel

Die volgende beelde wys hoe u die elektroniese komponente op 'n prototipe kan monteer om die temperatuurbeheerstelsel vir die koeler te skep. Die laaste prentjie wat ingesluit is, is 'n volledige stelselskema vir u verwysing.

Stap 5: Opstel en toets van sagteware

Probeer eers hierdie opstelskets

Die opstelskets doen twee dinge. Eerstens kan u die tyd en datum in die Real Time Clock (RTC) stel. Tweedens toets dit al die eksterne komponente van die koeler kontroleerder en gee u 'n klein verslag deur die seriële monitor.

Laai die nuutste opstelskets hier af: CoolerSetupSketch van GitHub

Maak die skets oop in die Arduino IDE. Rol af na die kodeblok met die opmerking: "Stel die tyd en datum hier in." Vul die huidige tyd en datum in. Kontroleer nou of die volgende randapparatuur opgestel en gereed is voordat u die skets oplaai (sien ingesluit elektriese skematiese prentjie):

• Temperatuurprobe is in een van die 3 -pen -kopstukke ingeprop
• Micro SD -kaart in die lesermodule geplaas
• Muntselbattery ingevoeg in die real -time klok (RTC) module
• Aansluitdrade wat aan die rekenaarwaaier gekoppel is
• Lont in die lonthouer van die batterykabel.
• Arduino is aan die battery gekoppel (seker dat dit nie agteruit bedraad is nie! + Na VIN, - na GND!)

Kies in die Arduino IDE Arduino UNO uit die lys borde en laai dit op. Sodra die oplaai voltooi is, kies Tools / Serial Monitor in die keuselys bo -aan. Dit moet 'n klein stelselverslag bevat. Ideaal gesproke moet dit so lees:

Koeler opstellingskets-weergawe 190504START VAN SYSTEEMTOETS ---------------------- TOETS REELTYDKLOK: tyd [20:38] datum [1/6/2019] TOETS TEMP. SENSOR: 22.25 C TESTING SD CARD: init done Skryf na dataLog.txt … dataLog.txt: As u dit kan lees, werk u SD -kaart! TOETSVENTILATOR: Is die waaier aan en af aan? EINDE VAN STELSELTOETS ----------------------

Probleme met die stelsel

Gewoonlik verloop dinge vir my nooit soos beplan nie. Sommige stelsels het waarskynlik nie reg gewerk nie. Die opstelskets sal hopelik 'n idee gee - die klok? Die SD kaart? Die algemeenste probleme met enige mikrobeheerderprojek het gewoonlik te doen met een hiervan:

• jy het vergeet om 'n lont in die batterykabel te sit, dus geen krag nie
• U het vergeet om 'n mikro -SD -kaart in die leser te plaas, sodat die stelsel hang
• jy het vergeet om 'n battery in die real -time klok (RTC) te sit sodat die stelsel hang
• gekoppelde sensors is los, ontkoppel of omgekeerd gekoppel
• die drade van die komponente word ontkoppel of gekoppel aan die verkeerde Arduino -pen (s)
• die verkeerde komponent word by die verkeerde penne ingeprop of agteruit bedraad
• daar is 'n draad wat onbehoorlik geheg is wat alles kortmaak

Installeer die kontroleerderskets

Sodra u 'n suksesvolle toets met die CoolerSetupSketch gehad het, is dit tyd om die volledige kontroleerderskets te installeer.

Laai die nuutste kontroleerderskets hier af: CoolerControllerSketch

Koppel die Arduino aan u rekenaar met 'n USB -kabel en laai die skets op met die Arduino IDE. U is nou gereed om die hele stelsel fisies in die koeler se liggaam te installeer.

Stap 6: Installeer die Arduino -stelsel

Die volgende stappe kan as 'n kontrolelys beskou word of al die elektronika geïnstalleer word. Raadpleeg die meegaande foto's van die voltooide projek vir die volgende stappe. Foto's help!

1. Koppel 'n paar waaierdrade aan die Arduino UNO -module.
2. Koppel 'n paar 12 volt kragdrade aan die Arduino UNO-module.
3. Koppel die DS18B20 temperatuursensors aan die Arduino UNO -module. Koppel die sensor net aan een van die 3-pins aansluiting (s) wat ons in die prototipe-bord geïnstalleer het. Let op die draadkleure, rooi gaan na positief, swart na negatief, en geel of wit na die derde datapennetjie.
4. Steek 'n USB -drukkabel in die Arduino se USB -aansluiting.
5. Gebruik die 1,75 "gatsaag om 'n groot ronde gat in die onderkant van die elektroniese boks te boor.
6. Bevestig die Arduino UNO-module aan die onderkant van die elektroniese boks met behulp van selfklevende haak-en-lusstroke.
7. Heg die gekalibreerde entstoftermometer aan die onderkant van die deksel van die boks vas met klittenbandstroke. Koppel sy klein vloeistofgebufferde botteldraaddraad.

8. Trek die volgende drade uit die boks deur die ronde gat in die onderkant:

   • 12 volt kragdrade (12-18 gauge gestrande koper 2 geleidingsluidsprekerdraad)
   • Arduino -temperatuursensor (s) (DS18B20 met 'n 3 -polige kopkop -aansluiting op elkeen)
   • USB -drukkabel (tipe A -man tot tipe B -man)
   • Entstoftermometer sonde (ingesluit by geykte termometer)
   • Waaierdrade (gedraaide paar gestrande 26 gauge-aansluitdraad)
9. Maak die deksel van die koeler oop en gebruik 'n mes of 'n boor om 'n gat van 2 cm deur die deksel naby een van die agterste hoeke te maak. (Sien foto's ingesluit) Steek op deur die mylar -borrelbedekking.
10. Voer almal behalwe die USB -draad van die bedieningsboks af deur die deksel van bo af. Plaas die boks op die deksel terwyl die USB -kabel uithang sodat dit later verkry kan word. Maak die boks vas met 'n hoë kleefband.
11. Skroef die deksel van die elektroniese boks op die boks vas.
12. Skep 'n klep ekstra silwer mylar -borrel -isolasie om die boks te bedek en beskerm dit teen direkte sonlig. (Sien foto's wat ingesluit is.)
13. Plaas die 12 volt 20AH -battery in die koeler naby die agterkant van die kompartement. Die battery bly in die kamer langs die vrag. Dit sal goed werk, selfs by 5˚C, en sal dien as 'n mate van termiese buffering, soortgelyk aan 'n waterbottel.
14. Bevestig albei die temperatuursondes (die bottelsonde van die termometer en die Arduino-sonde) aan die basis van die middelste pyp met behulp van kleefband.
15. Binne die koeler, gebruik aluminiumband om die waaier vas te maak sodat dit in die hoekpyp waai. Koppel sy drade aan die drade van die beheerder. Die waaier blaas die hoekpyp af, en superverkoel sal vanuit die middelste pyp in die vragkamer uitloop.

Stap 7: Koeler opstart en werking

1. Formateer die Micro SD -kaart - die temperatuur word op hierdie chip aangeteken
2. Herlaai die 12 volt battery
3. Koop 'n 11,34 kg (25 lb) droë ys, gesny tot afmetings 20 x 20 cm x 13 cm.
4. Installeer die ysblok deur die blok eers op 'n handdoek op 'n tafel te plaas. Skuif die silwer Mylar -voering oor die blok sodat slegs die onderste oppervlak blootgestel word. Lig nou die hele blok op, draai om sodat die kaal ys na bo wys en skuif die hele blok in die droë ys kamer onder die koeler vloer.
5. Vervang die koeler vloer. Gebruik aluminiumband om die buitekant van die vloer te plak.
6. Plaas die 12 volt battery in die koeler se liggaam. U kan dit aan die koeler muur vasmaak met stroke kleefband.
7. Koppel die kragdraad van die beheerder aan die battery.
8. Kyk of die temperatuursondes veilig vasgemaak is.
9. Laai waterbottels in die laairuimte om byna al die ruimte te vul. Dit sal die temperatuur buffer.
10. Stel die koeler êrens uit direkte sonlig en laat 3-5 uur staan totdat die temperatuur by 5C stabiliseer.
11. Sodra die temperature gestabiliseer is, kan temperatuurgevoelige items bygevoeg word deur waterbottels te verwyder en die volume met vrag te vul.
12. Hierdie koeler met 'n vars lading ys en krag sal tot 10 dae 'n beheerde 5C onderhou sonder ekstra krag of ys. Die prestasie is beter as die koeler uit direkte sonlig gehou word. Die koeler kan beweeg word en is in die meeste opsigte bestand teen skok; dit moet egter regop gehou word. As dit omgeslaan word, staan dit eenvoudig terug, geen skade berokken nie.
13. Die oorblywende elektriese krag in die battery kan direk met 'n klein voltmeter gemeet word. Die stelsel benodig 'n minimum van 9 volt om behoorlik te funksioneer.
14. Die oorblywende ys kan direk met 'n metaalband gemeet word deur die middelste pypgat tot by die boonste rand van die PVC-pyp af te meet. Sien die aangehegte tabel vir metings oor die oorblywende ysgewig.
15. Temperatuurregistrasie -data kan afgelaai word deur die USB -kabel aan te sluit op 'n skootrekenaar met die Arduino IDE. Koppel en maak die Serial Monitor oop. Die Arduino sal outomaties herlaai en die volledige afmelding deur die seriële monitor lees. Die koeler sal aanhou werk sonder onderbreking.
16. Die data kan afgelaai word vanaf die meegeleverde MicroSD-kaart, maar die stelsel moet afgeskakel word voordat die klein skyfie verwyder kan word!

Stap 8: Notas en data

Hierdie koeler is ontwerp om 'n behoorlike balans tussen grootte, gewig, kapasiteit en verkoeltyd te wees. Die presiese afmetings wat in die planne beskryf word, kan as 'n standaard beginpunt beskou word. Hulle kan aangepas word om beter aan u behoeftes te voldoen. As u byvoorbeeld 'n langer afkoeltyd benodig, kan die droë-yskas met 'n groter volume vir meer ys gebou word. Net so kan die vragkamer wyer of langer gebou word. U moet egter sorg dra dat u alle ontwerpveranderings wat u aanbring eksperimenteel bewys. Klein veranderinge kan 'n groot impak op die algehele stelselprestasie hê.

Die aangehegte dokumente bevat eksperimentele data wat deur die ontwikkeling van die koeler aangeteken is. Daar is ook 'n uitgebreide onderdele -lys vir die aankoop van al die voorrade. Boonop het ek werkversies van die Arduino -sketse aangeheg, hoewel die GitHub -aflaai hierbo waarskynlik meer aktueel sal wees.

Stap 9: Skakels na aanlynbronne

'N PDF -weergawe van hierdie instruksieboek kan volledig afgelaai word, sien die ingeslote lêer vir hierdie afdeling.

Besoek die GitHub -bewaarplek vir hierdie projek:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Tweede prys in die Arduino -wedstryd 2019