Vaksin Terkontrol Suhu & Pendingin Insulin: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Tetap tenang menyelamatkan nyawa

Di negara berkembang, vaksin adalah garis depan pertahanan melawan penyakit berbahaya seperti Ebola, Influenza, Kolera, Tuberkulosis, dan Demam Berdarah. Mengangkut vaksin dan bahan penyelamat hidup lainnya seperti insulin dan darah memerlukan kontrol suhu yang hati-hati.

Logistik dunia pertama cenderung rusak ketika pasokan diangkut ke wilayah dengan sumber daya terbatas. Banyak klinik medis pedesaan kekurangan dana atau energi untuk sistem pendingin biasa.

Insulin, darah manusia, dan banyak vaksin umum lainnya harus disimpan dalam kisaran suhu 2-8 C. Di lapangan, ini bisa sulit untuk dipertahankan karena pendinginan listrik membutuhkan terlalu banyak daya, dan pendingin es pasif tidak memiliki kontrol termostat.

Arduino untuk menyelamatkan

Proyek ini menggabungkan kekuatan pendinginan kompak es kering (karbon dioksida padat) dengan presisi kontrol suhu digital. Bila digunakan sendiri, es kering terlalu dingin untuk mengangkut vaksin, insulin atau darah karena dapat dengan mudah menyebabkan pembekuan. Desain pendingin proyek ini memecahkan masalah pembekuan dengan menempatkan es kering di ruang terpisah di bawah pendingin kargo. Kipas PC tanpa sikat digunakan untuk mensirkulasikan udara super dingin dosis kecil melalui bagian kargo sesuai kebutuhan. Kipas ini dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino yang kuat, menjalankan loop kontrol suhu presisi (PID). Karena sistem Arduino berjalan dengan daya listrik yang sangat kecil, sistem ini dapat bergerak seperti lemari es, tetapi dapat diatur suhunya seperti kulkas yang terpasang.

Untuk siapa proyek ini?

Harapan saya, dengan membuat sistem ini gratis dan open source, akan menginspirasi para insinyur kemanusiaan dan pekerja bantuan untuk mencari cara untuk menghasilkan teknologi yang berguna yang mendekati titik kebutuhan.

Proyek ini dirancang untuk dibangun oleh mahasiswa, insinyur, dan pekerja bantuan di atau dekat daerah yang menghadapi tantangan kemanusiaan. Bahan, suku cadang, dan persediaan umumnya tersedia di sebagian besar kota di dunia bahkan di negara-negara termiskin. Dengan membuat paket tersedia secara gratis melalui Instructables, kami menyediakan teknologi dengan fleksibilitas dalam hal biaya dan skalabilitas. Pembuatan desentralisasi pendingin arduino-es ini mungkin merupakan pilihan penting dengan potensi untuk menyelamatkan nyawa.

Spesifikasi pendingin selesai:

• Volume kargo: maksimum 6,6 galon (25L), direkomendasikan 5 galon (19L) dengan botol penyangga.
• Dimensi volume kargo maksimum: =~14 inci x 14 inci x 8 inci (35,6 cm x 35,6 x 20,3 cm)

Kapasitas Pendinginan: Mempertahankan 5 °C selama 10-7 hari di lingkungan sekitar 20-30 °C

Sumber daya: es kering dan baterai sel laut 12 volt yang terendam

Di atas semua dimensi: tinggi 24 inci x 24 inci x 32 inci (tinggi 61 cm x 61 cm x 66,6 cm)

Berat keseluruhan: 33,3 lb (15,1 Kg) kosong tanpa es / 63 lb (28,6kg) dengan es dan kargo penuh

Pengaturan suhu: Kontrol PID menahan 5 ° C + -0,5 ° C

Bahan: busa sel tertutup kelas konstruksi dan perekat konstruksi dengan pelapis insulasi reflektif IR

Langkah 1: Setup untuk Proyek

Ruang kerja:

Proyek ini membutuhkan beberapa pemotongan dan perekatan insulasi busa styrene. Ini dapat menghasilkan debu, terutama jika Anda memilih untuk menggunakan gergaji daripada pisau. Pastikan untuk menggunakan masker debu. Juga, sangat berguna untuk memiliki toko-vakum di tangan untuk membersihkan debu saat Anda pergi

Perekat konstruksi dapat melepaskan asap yang mengiritasi saat dikeringkan. Pastikan untuk menyelesaikan langkah-langkah perekatan dan dempul di area yang berventilasi baik

Merakit komponen tambahan arduino membutuhkan penggunaan besi solder. Gunakan solder bebas timah jika memungkinkan, dan pastikan untuk bekerja di ruang yang cukup terang dan berventilasi baik

Semua alat:

• Gergaji bundar atau pisau skor
• Bor tanpa kabel dengan mata gergaji lubang 1,75 inci
• Besi solder & solder
• Pemantik api atau senapan panas
• Tepi lurus 4 kaki
• penanda Sharpie
• Tali pengikat
• Pita pengukur
• Dispenser tabung mendempul
• Pemotong kawat/Stripper
• Obeng phillips besar dan kecil & reguler

Semua persediaan:

Perlengkapan Elektronik

• Kecilkan Tabung 1/8 dan 1/4 inci
• Header pin papan sirkuit (soket wanita dan pin pria)
• Kotak listrik plastik ABS dengan penutup bening, ukuran 7.9"x4.7"x2.94"(200mmx120mmx75mm)
• Baterai asam timbal tersegel yang dapat diisi ulang, 12V 20AH. PLTN HR1280W atau sejenisnya.
• Papan mikrokontroler Arduino Uno R3 atau sejenisnya
• Papan prototipe Arduino yang dapat ditumpuk: Pelindung prototipe papan tempat memotong roti mini Alloet V.5 atau serupa.
• Modul driver MOSFET IRF520 atau serupa
• Sensor suhu digital DFRobot DS18B20 dalam paket kabel tahan air
• Kipas pendingin PC 12V tanpa sikat: 40mm x 10mm 12V 0,12A
• Pembaca kartu Micro SD: Adafruit ADA254
• Jam waktu nyata: DIYmore DS3231, berdasarkan DS1307 RTC
• Baterai untuk jam waktu nyata: sel koin LIR2032)
• 4.7 resistor K-ohm
• 26 gauge gulungan kawat hook-up terdampar (Merah, Hitam, Kuning)
• Panjang kawat 2-konduktor (3 kaki atau 1m) 12 gauge terdampar (kawat pengait baterai)
• Dudukan sekering blade otomotif dan sekering blade 3 amp (untuk digunakan dengan baterai)
• Kabel USB printer (ketik a male ke b male)
• Mur kawat (12 pengukur)

Perlengkapan Pita & Perekat

• Pita utilitas berperekat tinggi lebar 2 inci x gulungan 50 kaki (Gorilla Tape atau sejenisnya)
• Dempul silikon, satu tabung
• Perekat konstruksi, 2 tabung. (Kuku Cair atau sejenisnya)
• Pita tungku aluminium, lebar 2 inci x gulungan 50 kaki.
• Strip hook-and-loop berperekat (diperlukan lebar 1 inci x 12 inci total)

Persediaan Bahan Konstruksi

• 2 x 4 kaki x 8 kaki x 2 inci tebal (1200 mm x 2400 mm x 150 mm) lembar insulasi busa
• 2 ft x 25 ft gulungan insulasi tungku rol udara reflektif ganda, gelembung perak.
• 2 x Pipa PVC pendek, diameter dalam 1 1/2 inci x Sch 40. dipotong hingga panjang 13 inci.

Perlengkapan Khusus

• Termometer vaksin: 'Thomas Traceable Refrigerator/Freezer Plus Thermometer with Vaccine Bottle Probe' dan sertifikat kalibrasi yang dapat dilacak atau sejenisnya.
• 2 x Botol tangkai bunga untuk buffer cair probe suhu tahan air DS18B20.

Langkah 2: Potong Bagian Busa

Cetak pola potong, yang menunjukkan sejumlah persegi panjang untuk dipotong dari dua lembar insulasi busa sel tertutup kaku berukuran 4 ft x 8 ft x 2 inci (1200 mm x 2400 mm x 150 mm).

Gunakan tepi lurus dan spidol untuk menggambar garis dengan hati-hati untuk memotong lembaran busa. Busa dapat dipotong dengan mencetaknya dengan pisau utilitas, tetapi paling mudah menggunakan gergaji bundar untuk melakukan pekerjaan itu. Memotong busa dengan gergaji, bagaimanapun, menghasilkan debu yang tidak boleh dihirup. Tindakan pencegahan penting harus diikuti:

• Pakailah masker debu.
• Gunakan selang vakum yang terpasang pada gergaji untuk mengumpulkan debu.
• Lakukan pemotongan di luar jika memungkinkan.

Langkah 3: Pasang Pendingin Dari Lembar Busa

Slide yang disertakan merinci cara merakit pendingin lengkap dari lembaran busa dan insulasi bungkus gelembung perak. Penting untuk membiarkan perekat konstruksi mengering di antara beberapa langkah yang berbeda, jadi Anda harus merencanakan untuk menghabiskan 3 hari atau lebih untuk menyelesaikan semua langkah ini.

Langkah 4: Merakit Sistem Pengontrol

Gambar berikut menunjukkan cara merakit komponen elektronik ke papan prototipe untuk membuat sistem kontrol suhu untuk pendingin. Gambar terakhir yang disertakan adalah skema sistem lengkap untuk referensi Anda.

Langkah 5: Pengaturan dan Pengujian Perangkat Lunak

Pertama coba sketsa pengaturan ini

Sketsa pengaturan melakukan dua hal. Pertama, ini memungkinkan Anda mengatur waktu dan tanggal di Real Time Clock (RTC). Kedua, ia menguji semua komponen periferal pengontrol pendingin dan memberi Anda sedikit laporan melalui monitor serial.

Unduh sketsa pengaturan terbaru di sini: CoolerSetupSketch dari GitHub

Buka sketsa di Arduino IDE. Gulir ke bawah ke blok kode yang dikomentari sebagai "Setel Waktu dan Tanggal Di Sini." Isi waktu dan tanggal saat ini. Sekarang, periksa kembali apakah periferal berikut telah disiapkan dan siap sebelum Anda mengunggah sketsa (lihat gambar skema listrik yang disertakan):

• Suhu Probe dicolokkan ke salah satu soket header 3 pin
• Kartu Micro SD dimasukkan ke dalam modul pembaca
• Baterai sel koin dimasukkan ke dalam modul jam waktu nyata (RTC)
• Hubungkan kabel yang terhubung ke kipas PC
• Sekering di tempat sekering kabel baterai.
• Arduino terhubung ke baterai (PASTI tidak disambungkan ke belakang! + ke VIN, - ke GND!)

Di Arduino IDE, Pilih Arduino UNO dari daftar papan, dan unggah. Setelah pengunggahan selesai, dari menu tarik-turun di bagian atas, pilih Alat / Serial Monitor. Ini akan menampilkan laporan sistem kecil. Idealnya, itu harus membaca sesuatu seperti ini:

Cooler Setup Sketch - versi 190504MULAI UJI SISTEM ---------------------- PENGUJIAN JAM WAKTU NYATA: waktu[20:38] tanggal[1/6/2019] SUHU PENGUJIAN. SENSOR: 22.25 C MENGUJI SD CARD: init selesai Menulis ke dataLog.txt…dataLog.txt: Jika Anda dapat membaca ini, berarti Kartu SD Anda berfungsi! PENGUJIAN KIPAS: Apakah kipas menyala dan mati? UJI AKHIR SISTEM ----------------------

Memecahkan masalah sistem

Biasanya bagi saya, segala sesuatunya tidak pernah berjalan sesuai rencana. Beberapa sistem mungkin tidak bekerja dengan benar. Sketsa pengaturan mudah-mudahan akan memberikan petunjuk - jam? Kartu SD? Masalah paling umum dengan proyek mikrokontroler biasanya berkaitan dengan salah satu dari ini:

• Anda lupa memasang sekering ke kabel baterai, jadi tidak ada daya
• Anda lupa meletakkan kartu micro SD di pembaca, sehingga sistemnya hang
• Anda lupa memasang baterai di jam waktu nyata (RTC) sehingga sistemnya hang
• sensor yang terhubung longgar, terputus, atau terhubung secara terbalik
• kabel untuk komponen dibiarkan terputus, atau terhubung ke pin Arduino yang salah
• komponen yang salah dicolokkan ke pin yang salah atau disambungkan ke belakang
• ada kabel yang tidak terpasang dengan benar yang membuat semuanya korslet

Instal sketsa pengontrol

Setelah Anda memiliki tes yang berhasil dengan CoolerSetupSketch, saatnya untuk menginstal sketsa pengontrol penuh.

Unduh sketsa pengontrol terbaru di sini: CoolerControllerSketch

Hubungkan Arduino ke komputer Anda dengan kabel USB dan unggah sketsa dengan Arduino IDE. Anda sekarang siap untuk memasang seluruh sistem secara fisik ke dalam badan pendingin.

Langkah 6: Instal Sistem Arduino

Langkah-langkah berikut dapat diperlakukan sebagai daftar periksa atau menginstal semua elektronik. Untuk langkah-langkah berikut, lihat foto yang disertakan dari proyek yang sudah selesai. Gambar membantu!

1. Pasang sepasang kabel kipas ke modul Arduino UNO.
2. Pasang sepasang kabel listrik 12 volt ke modul Arduino UNO.
3. Pasang sensor suhu DS18B20 ke modul Arduino UNO. Cukup colokkan sensor ke salah satu soket 3-pin yang kami pasang di papan prototipe. Perhatikan warna kabel, merah ke positif, hitam ke negatif, dan kuning atau putih ke pin data ke-3.
4. Colokkan kabel printer USB ke konektor USB Arduino.
5. Gunakan gergaji lubang 1,75" untuk mengebor lubang bundar besar di bagian bawah kotak elektronik.
6. Pasang modul Arduino UNO ke bagian bawah kotak elektronik menggunakan strip pengencang hook-and-loop berperekat.
7. Pasang termometer vaksin yang dikalibrasi ke bagian bawah tutup kotak yang bening dengan strip pengikat kait-dan-loop. Hubungkan kabel probe botol buffer cair kecilnya.

8. Lewatkan kabel berikut keluar dari kotak melalui lubang bundar di bagian bawah:

   • Kabel daya 12 volt (12-18 gauge tembaga terdampar 2 kabel speaker konduktor)
   • Sensor suhu Arduino (DS18B20 dengan konektor header 3 pin jantan pada masing-masing)
   • Kabel printer USB (Tipe A Pria ke Tipe B Pria)
   • Probe Termometer Vaksin (Disertakan dengan termometer terkalibrasi)
   • Kabel kipas (twisted pair dari 26 gauge hook-up wire yang terdampar)
9. Buka tutup pendingin dan gunakan pisau atau bor untuk membuat lubang berukuran 3/4 inci (2 cm) melalui tutup di dekat salah satu sudut belakang. (Lihat gambar yang disertakan) Tusuk melalui penutup bungkus gelembung mylar.
10. Masukkan semua kecuali kabel USB dari kotak kontrol ke bawah melalui tutup dari atas. Tempatkan kotak ke tutupnya dengan kabel USB yang digantung sehingga dapat diakses nanti. Amankan kotak dengan pita perekat tinggi.
11. Pasang tutup bening kotak elektronik ke kotak.
12. Buat penutup isolasi bungkus gelembung mylar perak tambahan untuk menutupi kotak dan melindunginya dari sinar matahari langsung. (Lihat gambar yang disertakan.)
13. Di dalam pendingin, letakkan baterai 12 volt 20AH di dekat bagian belakang kompartemen. Baterai akan tetap berada di dalam ruang di samping kargo. Ini akan bekerja dengan baik bahkan pada 5˚C, dan akan berfungsi sebagai penyangga termal, mirip dengan botol air.
14. Pasang kedua probe suhu (probe botol termometer dan probe Arduino) ke dasar pipa tengah menggunakan pita perekat tinggi.
15. Di dalam pendingin, gunakan selotip aluminium untuk memasang kipas sehingga meniup ke dalam pipa sudut. Hubungkan kabelnya ke kabel dari pengontrol. Kipas bertiup ke pipa sudut, dan super dingin akan mengalir ke ruang kargo dari pipa tengah.

Langkah 7: Startup dan Operasi yang Lebih Dingin

1. Format kartu Micro SD - suhu akan dicatat ke chip ini
2. Isi ulang baterai 12 volt
3. Beli balok es kering seberat 25 lb (11,34kg), potong dengan ukuran 8 inci x 8 inci x 5 inci (20 cm x 20 cm x 13 cm).
4. Pasang balok es dengan terlebih dahulu meletakkan balok di atas handuk di atas meja. Geser liner Mylar perak di atas blok sehingga hanya permukaan bawah yang terbuka. Sekarang angkat seluruh balok, balikkan sehingga es terbuka menghadap ke atas, dan geser seluruh balok ke dalam ruang es kering di bawah lantai yang lebih dingin.
5. Ganti lantai yang lebih dingin. Gunakan pita aluminium untuk merekatkan di sekitar tepi luar lantai.
6. Tempatkan baterai 12 volt ke dalam tubuh pendingin. Anda mungkin ingin mengencangkannya ke dinding yang lebih dingin dengan potongan pita perekat tinggi.
7. Hubungkan kabel daya pengontrol ke baterai.
8. Periksa untuk melihat bahwa probe suhu direkatkan dengan aman.
9. Muat botol air ke dalam kompartemen kargo untuk mengisi hampir semua ruang. Ini akan menyangga suhu.
10. Atur pendingin di tempat yang tidak terkena sinar matahari langsung dan biarkan 3-5 jam agar suhu stabil pada 5C.
11. Setelah suhu stabil, item sensitif suhu dapat ditambahkan dengan mengeluarkan botol air dan mengisi volume itu dengan kargo.
12. Pendingin ini dengan muatan es dan daya baru akan mempertahankan 5C terkontrol hingga 10 hari tanpa daya atau es tambahan. Performanya lebih baik jika pendingin dijauhkan dari sinar matahari langsung. Pendingin dapat dipindahkan dan tahan terhadap goncangan dalam banyak hal; itu harus, bagaimanapun, tetap tegak. Jika terbalik, cukup berdirikan kembali, tidak ada salahnya dilakukan.
13. Daya listrik yang tersisa dalam baterai dapat diukur secara langsung dengan volt meter kecil. Sistem membutuhkan minimal 9 volt untuk berfungsi dengan baik.
14. Es yang tersisa dapat diukur secara langsung dengan pita pengukur logam dengan mengukur lubang pipa tengah hingga ke tepi atas pipa PVC. Lihat tabel terlampir untuk pengukuran sisa berat es.
15. Data pencatatan suhu dapat diunduh dengan menghubungkan kabel USB ke laptop yang menjalankan Arduino IDE. Hubungkan, dan buka Serial Monitor. Arduino akan secara otomatis restart dan membaca log out lengkap melalui monitor serial. Pendingin akan terus berfungsi tanpa gangguan.
16. Data dapat diunduh dari Kartu MicroSD yang disertakan, tetapi sistem harus dimatikan sebelum mengeluarkan chip kecil!

Langkah 8: Catatan dan Data

Pendingin ini dirancang untuk menjadi keseimbangan yang layak dari ukuran, berat, kapasitas, dan waktu pendinginan. Dimensi tepat yang dijelaskan dalam rencana dapat dianggap sebagai titik awal default. Mereka dapat dimodifikasi agar lebih sesuai dengan kebutuhan Anda. Jika, misalnya, Anda memerlukan waktu pendinginan yang lebih lama, ruang es kering dapat dibuat dengan volume yang lebih tinggi untuk mendapatkan lebih banyak es. Demikian juga, ruang kargo dapat dibangun lebih lebar atau lebih tinggi. Namun, perawatan harus dilakukan untuk membuktikan secara eksperimental setiap perubahan desain yang Anda buat. Perubahan kecil dapat berdampak besar pada kinerja sistem secara keseluruhan.

Dokumen terlampir termasuk data eksperimen yang direkam melalui pengembangan pendingin. Juga termasuk daftar suku cadang lengkap untuk membeli semua persediaan. Selain itu, saya telah melampirkan versi sketsa Arduino yang berfungsi, meskipun unduhan GitHub di atas kemungkinan besar akan lebih terkini.

Langkah 9: Tautan ke Sumber Daya Online

Versi PDF dari buku instruksi ini dapat diunduh secara lengkap, lihat file yang disertakan untuk bagian ini.

Kunjungi repositori GitHub untuk proyek ini:

github.com/IdeaPropulsionSystems/VaccineCoolerProject

Hadiah Kedua dalam Kontes Arduino 2019