Ukážkový automatický vzorkovač: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento návod bol vytvorený ako splnenie projektovej požiadavky Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Odber vzoriek je dôležitým aspektom takmer akéhokoľvek wetlab, pretože je možné ich analyzovať a poskytnúť dôležité informácie pre výskum, priemysel atď. Frekvencia odberu vzoriek však môže byť únavná a vyžaduje si častú prítomnosť niekoho, kto by vzorku odobral, vrátane víkendov, sviatkov atď. Autosampler môže zmierniť takýto dopyt a eliminuje potrebu plánovania a udržiavania plánu vzorkovania a personálu, ktorý ho vykonáva. V tomto návode bol predvádzací automatický vzorkovač skonštruovaný ako jednoduchý systém, ktorý je možné ľahko skonštruovať a ovládať. Pozrite si prepojené video a pozrite sa na prehľad vývoja tohto projektu.

Nasleduje zoznam materiálov použitých na stavbu tohto projektu, všetky tieto komponenty by ste mali nájsť v obchodoch alebo online pomocou rýchleho vyhľadávania:

• 1 x 3-D tlačiareň
• 1 x horúca lepiaca pištoľ
• 3 x skrutky
• 1 x skrutkovač
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Breadboard
• 1 x kábel USB na Arduino
• 1 x 12V, 1A externý napájací zdroj so sudovou zástrčkou
• 1 x 12V peristaltická pumpa s ovládačom Iduino
• 1 x krokový motor Nema 17 s EasyDriverom
• 1 x magnetický jazýčkový spínač
• 2 x tlačidlá
• 1 x 25 ml injekčná liekovka so vzorkou
• 1 x 1,5 "x 1,5" polystyrénový blok, vyhĺbený
• Kolíkové vodiče na pripojenie Arduina a breadboardu
• CAD softvér (t.j. Fusion 360/AutoCAD)

Krok 1: Vytvorte lineárny ozubnicový systém

Aby som zdvihol a spustil injekčnú liekovku na prijatie vzorky, použil som lineárny ozubený systém prevzatý z Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) s kreditom od autora: MechEngineerMike. Fungovať by však mal akýkoľvek systém regálov a pastorkov vhodnej veľkosti. Tento konkrétny systém hrebeňa a pastorka je namontovaný spolu so skrutkami. Kým je na obrázkoch zobrazené servo, na zaistenie potrebného krútiaceho momentu bol použitý krokový motor.

Odporúčané nastavenia tlače (pre tlač všetkých kusov):

• Plte: Nie
• Podporuje: Nie
• Rozlíšenie: 0,2 mm
• Výplň: 10%
• V závislosti od kvality vašej 3-D tlačiarne bude brúsenie vytlačených kúskov nedokonalostí hladšie

Krok 2: Vytvorte stojan

Na uloženie bloku senzorov (diskutované neskôr) a potrubia z peristaltického čerpadla na naplnenie liekovky vzorkou je potrebné vyrobiť stojan. Pretože ide o demonštračný model, v ktorom by bolo potrebné na ceste vykonať zmeny, bol použitý modulárny prístup. Každý blok bol navrhnutý ako konfigurácia muž - žena s tromi kolíkmi/otvormi na príslušných koncoch, aby bola umožnená ľahká modifikácia, montáž a demontáž. Rohový stavebný blok fungoval ako základ a vrchol stojana, zatiaľ čo druhý blok slúžil na predĺženie výšky stojana. Rozsah systému závisí od veľkosti vzorky, ktorá sa má odobrať. Na tento konkrétny systém boli použité 25 ml injekčné liekovky a bloky boli navrhnuté s nasledujúcimi rozmermi:

• Blok V x Š x H: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Polomer mužského/ženského kolíka x dĺžka: 0,125 palca x 0,25 palca

Krok 3: Vytvorte bloky senzorov

Na naplnenie liekovky vzorkou na príkaz bol použitý prístup založený na senzoroch. Magnetický jazýčkový spínač sa používa na aktiváciu peristaltického čerpadla, keď sú tieto dva magnety spojené. Aby sa to dosiahlo, keď sa injekčná liekovka zdvihne, aby sa do nej zachytila vzorka, boli navrhnuté bloky rovnakých rozmerov a podobného dizajnu ako bloky použité na výrobu stojana, ale v každom rohu majú štyri otvory pre kolíky (s rovnakým polomerom ako samec/samica) kolíky blokov a dĺžke 2 ", ale s mierne hrubšou hlavou, aby sa zabránilo skĺznutiu bloku) s ďalším otvorom s priemerom 0,3" v strede pre hadičku, ktorá naplní injekčnú liekovku. Dva senzorové bloky sú naukladané spolu s kolíkmi, ktoré prechádzajú rohovými otvormi každého bloku. Koniec kolíkov je zacementovaný v rohových otvoroch horného bloku senzorov, aby sa bloky stabilizovali, použilo sa horúce lepidlo, ale väčšina ostatných lepidiel by tiež mala fungovať. S každou polovicou spínača prilepenou na stranu každého bloku, keď je liekovka zdvihnutá aktivovaným lineárnym systémom ozubených kolies a pastorkov, aby prijala vzorku, zdvihne spodný blok po dĺžke kolíkov, aby sa stretol s horným senzorom zablokovať a pripojiť magnetické spínače, čím sa aktivuje peristaltické čerpadlo. Upozorňujeme, že je dôležité, aby boli kolíky a rohové otvory navrhnuté tak, aby mali dostatočnú vôľu, aby sa spodný blok mohol ľahko posúvať hore a dole po dĺžke čapov (najmenej 1/8 palca).

Krok 4: Ovládanie: Vytvorte kód Arduino a pripojenia

Časť A: Popis kódu

Aby systém fungoval tak, ako má, na tieto požadované funkcie sa používa doska Arduino Uno. Štyrmi hlavnými komponentmi, ktoré vyžadujú ovládanie, sú: spustenie procesu, v tomto prípade tlačidlá hore a dole, krokový motor na zdvíhanie a spúšťanie systému lineárnych hrebeňov a pastorkov držiacich liekovku, magnetický jazýčkový spínač, ktorý sa aktivuje pri zdvihnutí blokov senzorov injekčnou liekovkou a peristaltickou pumpou, aby sa zapla a naplnila injekčnú liekovku, keď je aktivovaný magnetický jazýčkový spínač. Aby Arduino mohol vykonávať tieto požadované akcie pre systém, je potrebné do Arduina nahrať správny kód pre každú z uvedených funkcií. Kód (komentovaný kvôli jednoduchosti sledovania), ktorý bol použitý v tomto systéme, sa skladal z dvoch primárnych častí: hlavného kódu a triedy krokových motorov, ktorá sa skladá z hlavičky (.h) a C ++ (.cpp) a sú priložené ako súbory PDF s príslušnými názvami. Tento kód je teoreticky možné skopírovať a prilepiť, ale treba ho skontrolovať, aby nedošlo k chybe prenosu. Hlavný kód je tým, čo v skutočnosti vykonáva väčšinu požadovaných funkcií pre tento projekt, a je načrtnutý v nižšie uvedených primárnych prvkoch a v komentovanom kóde by mal byť ľahko sledovateľný:

• Zahrňte triedu na ovládanie krokového motora
• Definujte všetky premenné a ich priradené umiestnenia pinov na Arduine
• Definujte všetky komponenty rozhrania ako vstupy alebo výstupy pre Arduino, povoľte krokový motor
• Príkaz if, ktorý zapína peristaltické čerpadlo, ak je aktivovaný jazýčkový spínač (tento príkaz if je vo všetkých ostatných slučkách if a while, aby sme zaistili, že neustále kontrolujeme, či by malo byť čerpadlo zapnuté)
• Zodpovedajúce tvrdenia, že keď stlačíte tlačidlo hore alebo dole, aby ste niekoľkokrát otočili krokový motor (pomocou slučky while) v zodpovedajúcom smere

Trieda krokových motorov je v podstate plán, ktorý programátorom pohodlne umožňuje ovládať podobný hardvér s rovnakým kódom; teoreticky to môžete skopírovať a použiť pre rôzne krokové motory namiesto toho, aby ste museli zakaždým prepisovať kód! Hlavičkový súbor alebo súbor.h obsahuje všetky definície, ktoré sú definované a používané špeciálne pre túto triedu (napríklad definovanie premennej v hlavnom kóde). Kód C ++ alebo súbor.cpp je skutočnou pracovnou časťou triedy a konkrétne pre steppr motor.

Časť B: Nastavenie hardvéru

Pretože Arduino dodáva iba 5 V a krokový motor a peristaltické čerpadlo vyžadujú 12 V, je potrebný externý zdroj energie a integrovaný s príslušnými ovládačmi pre každý z nich. Pretože nastavovanie prepojení medzi doskou, Arduino a funkčnými komponentmi môže byť zložité a únavné, bola priložená schéma schémy zapojenia, ktorá ľahko ukazuje hardvérové nastavenie systému pre jednoduchú replikáciu.

Krok 5: Zostavte

Keď sú vytlačené diely, zapojený hardvér a nastavený kód, je načase dať všetko dohromady.

1. Zostavte systém hrebeňa a pastorka s ramenom krokového motora zasunutým do štrbiny v prevode určenom pre servomotor (pozrite si obrázky v kroku 1).
2. Polystyrénový blok pripevnite k hornej časti stojana (použil som horúce lepidlo).
3. Vložte injekčnú liekovku do vydlabaného polystyrénového bloku (polystyrén poskytuje izoláciu proti degradácii vašej vzorky, kým ju nebudete môcť získať).
4. Zostavte modulárny stojan s rohovými blokmi pre základňu a hornú časť, pridajte toľko ďalších blokov, aby ste získali príslušnú výšku zodpovedajúcu výške, ktorú systém hrebeňa a pastorka zvyšuje a znižuje. Po nastavení konečnej konfigurácie sa odporúča vložiť lepidlo na vnútorné konce blokov a vypáliť samčie konce. To zaisťuje silné bongo a zlepší integritu systému.
5. Pripojte príslušné polovice magnetických jazýčkových spínačov ku každému bloku senzorov.
6. Zaistite, aby sa spodný senzorový blok snímača voľne pohyboval po dĺžke kolíkov (t.j. aby v otvoroch bol dostatok voľného priestoru).
7. Zostavte Arduino a príslušné káblové pripojenia, ktoré sú všetky umiestnené v čiernom poli na obrázku spolu s krokovým motorom.
8. Pripojte kábel USB k Arduinu a potom k 5V zdroju.
9. Zapojte externý napájací zdroj do zásuvky (upozorňujeme, že aby ste predišli možnému skratu vášho Arduina, je veľmi dôležité postupovať v tomto poradí a zaistiť, aby sa Arduino pri zapájaní externého zariadenia nedotýka ničho kovového alebo aby doň boli nahrané údaje). Zdroj).
10. Dvakrát skontrolujte VŠETKO
11. Ukážka!

Krok 6: Ukážka

Gratulujem Vytvorili ste svoj vlastný ukážkový automatický vzorkovač! Aj keď by tento automatický vzorkovač nebol taký praktický na použitie v laboratóriu, ako je, niekoľko úprav by to urobilo! Dávajte si pozor na budúcnosť, ktorá sa dá poučiť o aktualizácii vášho ukážkového automatického vzorkovača, aby ho bolo možné použiť v skutočnom laboratóriu! Do tej doby môžete bez obáv predvádzať svoju hrdú prácu a používať ju podľa vlastného uváženia (možno ako efektný dávkovač nápojov!)