Demonstracijski samodejni vzorčevalnik: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ta pouk je bil ustvarjen v skladu z zahtevami projekta Makecourse na Univerzi v Južni Floridi (www.makecourse.com)

Vzorčenje je pomemben vidik skoraj vsakega mokrega laboratorija, saj ga je mogoče analizirati, da zagotovi pomembne informacije za raziskave, industrijo itd. Vendar je pogostost vzorčenja lahko dolgočasna in zahteva pogosto prisotnost nekoga, ki bo vzel omenjeni vzorec, vključno z vikendi, prazniki itd. Samodejni vzorčevalnik lahko odpravi takšno povpraševanje in odpravi potrebo po načrtovanju in vzdrževanju urnika vzorčenja ter osebju, ki ga izvaja. V tem Instructable je bil predstavitveni samodejni vzorčevalnik zgrajen kot preprost sistem, ki ga je mogoče enostavno sestaviti in upravljati. Oglejte si videoposnetek na povezavi in si oglejte pregled razvoja tega projekta.

Spodaj je seznam materialov, uporabljenih za izdelavo tega projekta, vse te komponente pa bi morali najti v trgovinah ali na spletu s hitrim iskanjem:

• 1 x 3D-tiskalnik
• 1 x Pištola za vroče lepilo
• 3 x vijaki
• 1 x izvijač
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Ogledna plošča
• 1 x USB kabel za Arduino
• 1 x 12V, 1A zunanji napajalni vtič
• 1 x 12V peristaltična črpalka z gonilnikom Iduino
• 1 x Nema 17 koračni motor z EasyDriverjem
• 1 x magnetno reed stikalo
• 2 x gumbi
• 1 x 25 ml viala z vzorcem
• 1 x 1,5 "x 1,5" blok stiropora, votlo
• Pin žice za povezovanje Arduina in plošče
• CAD programska oprema (npr. Fusion 360/AutoCAD)

Korak 1: Izdelajte linearni sistem zobnikov in zobnikov

Da bi dvignili in spustili vialo, da bi prejeli vzorec, sem uporabil linearni sistem stojala in zobnika, vzet iz Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464), za kar je zaslužen avtor: MechEngineerMike. Vendar bi moral delovati vsak sistem stojala in zobnikov ustrezne velikosti. Ta sistem zobnikov je nameščen skupaj z vijaki. Medtem ko je na slikah prikazan servo, je bil za zagotovitev potrebnega navora uporabljen koračni motor.

Priporočene nastavitve tiskanja (za tiskanje vseh kosov):

• Splavi: Ne
• Podpora: Ne
• Ločljivost: 0,2 mm
• Polnjenje: 10%
• Odvisno od kakovosti vašega 3-D tiskalnika bo brušenje natisnjenih kosov pomanjkljivosti naredilo montažo bolj gladko

2. korak: izdelajte stojalo

Za namestitev senzorskega bloka (obravnavano kasneje) in cevi iz peristaltične črpalke za polnjenje viale z vzorcem je treba izdelati stojalo. Ker je to predstavitveni model, pri katerem bi bilo treba na poti spremeniti, je bil uporabljen modularni pristop. Vsak blok je bil zasnovan kot moško -ženska konfiguracija s tremi zatiči/luknjami na njihovih koncih, kar omogoča enostavno spreminjanje, sestavljanje in razstavljanje. Vogalni gradnik je deloval kot osnova in vrh stojala, drugi blok pa je podaljšal višino stojala. Lestvica sistema je odvisna od velikosti vzorca, ki ga želimo vzeti. Za ta sistem smo uporabili 25 ml viale, bloki pa so bili oblikovani z naslednjimi dimenzijami:

• Blok V x Š x D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Polmer moškega/ženskega zatiča x dolžina: 0,125 "x 0,25"

3. korak: Izdelajte senzorske bloke

Za polnjenje viale z vzorcem na ukaz je bil uporabljen pristop, ki temelji na senzorju. Magnetno trstično stikalo se uporablja za aktiviranje peristaltične črpalke, ko se magneti združita. Če želite vialo dvigniti, da sprejme vzorec, so bili oblikovani bloki enakih dimenzij in podobne oblike, kot so bili uporabljeni za izdelavo stojala, vendar imajo v bližini vsakega vogala štiri luknje za zatiče (z enakim polmerom kot moški/samica) zatiči blokov in dolžine 2 ", vendar z nekoliko debelejšo glavo, da blok ne zdrsne) z drugo luknjo premera 0,3" na sredini za cevke, ki bodo napolnile vialo. Dva senzorska bloka sta zložena skupaj z zatiči, ki gredo skozi vogalne luknje vsakega bloka. Konec zatičev je cementiran v vogalnih luknjah zgornjega senzorskega bloka za stabilizacijo blokov, uporabljeno je bilo vroče lepilo, vendar bi morala delovati tudi večina drugih lepil. Ko se vsaka polovica stikala drži ob strani vsakega bloka, ko se viala dvigne z aktiviranim sistemom linearnih regalov in zobnikov, da sprejme vzorec, bo spodnji blok dvignila vzdolž dolžine zatičev, da bo dosegla zgornji senzor blokirajte in priključite magnetna stikala, s čimer aktivirate peristaltično črpalko. Upoštevajte, da je pomembno, da imajo zatiči in vogalne luknje dovolj prostora, da spodnji blok zlahka zdrsne navzgor in navzdol po dolžini zatičev (vsaj 1/8 ").

4. korak: Nadzor: ustvarite Arduino kodo in povezave

Del A: Opis kode

Da bi sistem deloval po predvidevanjih, se za izvajanje teh želenih funkcij uporablja plošča Arduino Uno. Štiri glavne komponente, ki zahtevajo nadzor, so: sprožitev postopka, ki je bil v tem primeru gumb za gor in dol, koračni motor za dvig in spuščanje linearnega sistema stojala in zobnikov, ki drži vialo, magnetno trstično stikalo za aktiviranje, ko so senzorski bloki dvignjeni z vialo in peristaltično črpalko, da se vklopi in napolni vialo, ko je magnetno trstično stikalo aktivirano. Če želite Arduino izvesti ta želena dejanja za sistem, je treba v Arduino naložiti ustrezno kodo za vsako od teh opisanih funkcij. Koda (komentirana za lažje sledenje), ki je bila uporabljena v tem sistemu, je bila sestavljena iz dveh primarnih delov: glavne kode in razreda koračnih motorjev, ki je sestavljen iz glave (.h) in C ++ (.cpp) in so priložene kot datoteke pdf z ustreznimi imeni. Teoretično je to kodo mogoče kopirati in prilepiti, vendar jo je treba pregledati, da ni prišlo do napake pri prenosu. Glavna koda je tisto, kar dejansko opravlja večino želenih funkcij za ta projekt, in je opisano v spodnjih primarnih elementih, zato bi jih bilo treba zlahka slediti v komentirani kodi:

• Vključite razred za delovanje koračnega motorja
• Določite vse spremenljivke in njihove dodeljene zatiče na Arduinu
• Določite vse komponente vmesnika kot vhode ali izhode za Arduino, omogočite koračni motor
• Stavek if, ki vklopi peristaltično črpalko, če je aktivirano trstično stikalo (to je, če je stavek v vseh drugih zankah if in while, da zagotovimo, da neprestano preverjamo, ali je treba črpalko vklopiti)
• Ustrezna if izjava, da ko pritisnete gor ali dol za obračanje koračnega motorja določeno število krat (z uporabo zanke while) v ustrezni smeri

Razred koračnih motorjev je v bistvu načrt, ki programerjem priročno omogoča nadzor podobne strojne opreme z isto kodo; teoretično lahko to kopirate in uporabite za različne koračne motorje, namesto da bi morali vsakič znova prepisati kodo! Datoteka z glavo ali datoteka.h vsebuje vse definicije, ki so definirane in se uporabljajo posebej za ta razred (na primer opredelitev spremenljivke v glavni kodi). Koda C ++ ali datoteka.cpp je dejanski delovni del razreda in še posebej za motor steppr.

Del B: Namestitev strojne opreme

Ker Arduino napaja samo 5 V, koračni motor in peristaltična črpalka pa zahtevata 12 V, je potreben zunanji vir napajanja, ki je za vsakega integriran z ustreznimi gonilniki. Ker je vzpostavitev povezav med osnovno ploščo, Arduinom in delujočimi komponentami lahko zapletena in dolgočasna, je bila priložena shema ožičenja, ki je preprosta za prikaz strojne opreme sistema za enostavno replikacijo.

5. korak: Sestavite

Ko so natisnjeni deli, ožičena strojna oprema in nastavljena koda, je čas, da vse združite.

1. Sestavite sistem stojala in zobnika z roko koračnega motorja, vstavljeno v režo zobnika, namenjenega servo motorju (glejte slike v koraku 1).
2. Blok stiropora pritrdite na vrh stojala (uporabil sem vroče lepilo).
3. Vialo vstavite v votli blok stiropora (stiropor zagotavlja izolacijo za boj proti razgradnji vzorca, dokler ga ne dobite).
4. Sestavite modularno stojalo z vogalnimi bloki za podlago in vrh, dodajte toliko drugih blokov, da bo ustrezna višina ustrezala višini, ki jo dviga in spušča sistem stojala. Ko je končna konfiguracija nastavljena, je priporočljivo, da lepilo nanesete na ženske konce blokov in jelite na moške. To zagotavlja močan bong in bo izboljšalo celovitost sistema.
5. Na vsak senzorski blok pritrdite ustrezne polovice magnetnih trstičnih stikal.
6. Prepričajte se, da se spodnji senzorski blok senzorja prosto premika po dolžini zatičev (tj. Da je v luknjah dovolj prostora).
7. Sestavite Arduino in ustrezne žične povezave, ki so skupaj s koračnim motorjem v črni škatli na sliki.
8. Priključite kabel USB v Arduino in nato v vir 5V.
9. Priključite zunanji napajalnik v vtičnico (upoštevajte, da se izognete kratkemu stikalu vašega Arduina, zelo pomembno je, da to storite v tem vrstnem redu in se prepričate, da se Arduino ne dotika ničesar kovinskega ali da ima nanj naložene podatke, ko to priključite na zunanji napajalnik). napajanje).
10. Dvakrat preveri VSE
11. Vzorec!

6. korak: Vzorec

Čestitamo! Ustvarili ste lasten demonstracijski samodejni vzorčevalnik! Čeprav ta samodejni vzorčevalnik ne bi bil tako praktičen za uporabo v laboratoriju, kakršen je, bi ga nekaj sprememb spremenilo! Bodite pozorni na prihodnje poučevanje o nadgradnji vašega demonstracijskega samodejnega vzorčevalnika, da ga boste lahko uporabljali v dejanskem laboratoriju! V tem času lahko pokažete svoje ponosno delo in ga uporabite, kot se vam zdi primerno (morda razkošni razpršilnik pijač!)