Esittelyn automaattinen näytteenotto: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä ohje on luotu täyttämään Etelä -Floridan yliopiston Makecourse -projektin vaatimus (www.makecourse.com)

Näytteenotto on tärkeä osa melkein mitä tahansa märkälaboratorioita, koska niitä voidaan analysoida tärkeän tiedon tuottamiseksi tutkimukselle, teollisuudelle jne. Näytteenottotiheys voi kuitenkin olla työlästä ja edellyttää jonkun toistuvan läsnäolon, myös viikonloppuisin, juhlapyhinä jne. Automaattinen näytteenotin voi lievittää tällaista kysyntää ja poistaa tarpeen ajoittaa ja ylläpitää näytteenottoaikataulua ja henkilöstöä sen suorittamiseksi. Tässä Instructable -ohjelmassa esittelyn automaattinen näytteenotin rakennettiin yksinkertaiseksi järjestelmäksi, joka voidaan helposti rakentaa ja käyttää. Katso linkitetty video nähdäksesi yleiskatsauksen tämän hankkeen kehityksestä.

Seuraavassa on luettelo tämän projektin rakentamiseen käytetyistä materiaaleista, ja kaikkien näiden osien pitäisi löytyä kaupoista tai verkosta pikahaun avulla:

• 1 x 3-D-tulostin
• 1 x kuuma liimapistooli
• 3 x ruuvit
• 1 x ruuvimeisseli
• 1 x Arduino Uno
• 1 x leipälauta
• 1 x USB -Arduino -kaapeli
• 1 x 12V, 1A tynnyripistoke ulkoinen virtalähde
• 1 x 12 V: n peristalttinen pumppu ja Iduino -ohjain
• 1 x Nema 17 askelmoottori ja EasyDriver
• 1 x magneettinen Reed -kytkin
• 2 x painiketta
• 1 x 25 ml: n näytepullo
• 1 x 1,5 "x 1,5" styroxlohko, ontto
• Nastajohdot Arduinon ja leipälevyn liittämiseen
• CAD -ohjelmisto (esim. Fusion 360/AutoCAD)

Vaihe 1: Valmista lineaarinen teline ja hammasratasjärjestelmä

Jotta pystyisin nostamaan ja laskemaan injektiopullon näytteen vastaanottamiseksi, käytin Thingiversestä (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) otettua lineaarista hammaspyörä- ja hammaspyöräjärjestelmää, jonka tekijä: MechEngineerMike. Jokaisen sopivan kokoisen hammas- ja hammaspyöräjärjestelmän pitäisi kuitenkin toimia. Tämä erityisesti hammas- ja hammaspyöräjärjestelmä on asennettu yhdessä ruuveilla. Vaikka kuvissa näkyy servo, tarvittavan vääntömomentin aikaansaamiseksi käytettiin askelmoottoria.

Suositellut tulostusasetukset (kaikkien kappaleiden tulostamiseen):

• Lautat: Ei
• Tukee: Ei
• Resoluutio:.2mm
• Täyte: 10%
• 3D-tulostimesi laadusta riippuen tulostettujen puutteiden hiominen tekee asennuksesta sujuvampaa

Vaihe 2: Valmistele teline

Anturilohkon (josta keskustellaan myöhemmin) ja peristalttisen pumpun letkun sijoittamiseksi injektiopullon täyttämiseksi näytteellä on valmistettava jalusta. Koska tämä on esittelymalli, jossa muutoksia on tehtävä matkan varrella, käytettiin modulaarista lähestymistapaa. Jokainen lohko on suunniteltu uros -naaras -kokoonpanoksi, jossa on kolme nastaa/reikää niiden päissä, mikä mahdollistaa helpon muokkaamisen, kokoamisen ja purkamisen. Kulmainen rakennuspalikka toimi jalustan pohjana ja yläosana, kun taas toinen lohko pidentää jalustan korkeutta. Järjestelmän mittakaava riippuu otettavan näytteen koosta. Tätä järjestelmää varten käytettiin 25 ml: n injektiopulloja ja lohkot suunniteltiin seuraavilla mitoilla:

• Lohko K x L x S: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Uros/naaras nastan säde x pituus: 0,125 x 0,25 tuumaa

Vaihe 3: Valmista anturilohkoja

Pullon täyttämiseksi näytteellä käskystä käytettiin anturipohjaista lähestymistapaa. Magneettista reed -kytkintä käytetään aktivoimaan peristalttinen pumppu, kun kaksi magneettia yhdistetään. Tätä varten, kun injektiopullo nostetaan näytteen ottamiseksi, suunniteltiin samankokoiset ja samankaltaiset lohkot kuin telineen valmistuksessa käytetyt lohkot, mutta niissä on neljä reikää kulmien lähellä tappeja varten (samalla säteellä kuin uros/naaras) lohkojen tapit ja pituus 2 ", mutta hieman paksumpi pää estääkseen lohkon liukumisen pois) ja toinen halkaisijaltaan 0,3": n reikä keskellä letkua varten, joka täyttää injektiopullon. Kaksi anturilohkoa pinotaan yhteen tappeilla, jotka kulkevat kunkin lohkon kulmareikien läpi. Tappien pää on sementoitu yläanturilohkon kulmareikiin lohkojen vakauttamiseksi, käytettiin kuumaa liimaa, mutta useimpien muiden liimojen pitäisi toimia myös. Kunkin kytkimen puolen ollessa kiinni kunkin lohkon sivussa, kun injektiopullo nostetaan aktivoidulla lineaarisella telineellä ja hammaspyöräjärjestelmällä näytteen vastaanottamiseksi, se nostaa alalohkon tapien pituudelta ylemmän anturin kohdalle estää ja liittää magneettikytkimet, aktivoimalla peristalttisen pumpun. Huomaa, että on tärkeää suunnitella tapit ja kulmareiät niin, että niiden väliin jää riittävästi tilaa, jotta pohjakappale voi liukua helposti ylös ja alas tapien pituuden (vähintään 1/8 ").

Vaihe 4: Ohjaus: Luo Arduino -koodi ja yhteydet

Osa A: Koodin kuvaus

Jotta järjestelmä toimisi aiotulla tavalla, näiden haluttujen toimintojen suorittamiseen käytetään Arduino Uno -korttia. Neljä valvontaa vaativaa pääkomponenttia ovat: prosessin käynnistäminen, jotka tässä tapauksessa olivat ylös- ja alaspainikkeita, askelmoottori nostaa ja laskea injektiopulloa pitävää lineaarista hammaspyörää ja hammaspyöräjärjestelmää, magneettinen reed -kytkin, joka aktivoituu, kun anturilohkoja nostetaan injektiopullosta, ja peristalttinen pumppu käynnistää ja täyttää injektiopullon, kun magneettinen reed -kytkin aktivoidaan. Jotta Arduino voisi suorittaa nämä halutut toiminnot järjestelmälle, oikea koodi kullekin näistä toiminnoista on ladattava Arduinoon. Tässä järjestelmässä käytetty koodi (kommentoitu helpottaakseen seuraamista) koostui kahdesta pääosasta: pääkoodista ja askelmoottoriluokasta, joka koostuu otsikosta (.h) ja C ++ (.cpp) ja liitetään pdf -tiedostoina vastaavilla nimillä. Teoriassa tämä koodi voidaan kopioida ja liittää, mutta se on tarkistettava, ettei siirtovirhettä ollut. Pääkoodi suorittaa todellisuudessa suurimman osan tämän projektin halutuista toiminnoista, ja se esitetään alla olevissa ensisijaisissa elementeissä, ja sen pitäisi olla helposti seurattavissa kommentoidussa koodissa:

• Sisällytä luokka askelmoottorin käyttämiseen
• Määritä kaikki muuttujat ja niille määritetyt pin -sijainnit Arduinossa
• Määritä kaikki liitäntäkomponentit Arduinon tuloiksi tai lähtöiksi, ota askelmoottori käyttöön
• If -lause, joka käynnistää peristalttisen pumpun, jos reed -kytkin on aktivoitu (tämä jos lause on kaikissa muissa silmukoissa if ja while, jotta varmistamme, että tarkistamme jatkuvasti, onko pumppu kytkettävä päälle)
• Vastaavat lausunnot, joiden mukaan kun ylös- tai alaspainetaan askelmoottoria pyöritettäessä tietty määrä kertoja (käyttämällä while -silmukkaa) vastaavaan suuntaan

Askelmoottoriluokka on pohjimmiltaan suunnitelma, jonka avulla ohjelmoijat voivat kätevästi hallita samanlaisia laitteistoja samalla koodilla; teoriassa voit kopioida tämän ja käyttää sitä eri askelmoottoreissa sen sijaan, että sinun pitäisi kirjoittaa koodi uudelleen joka kerta! Otsikkotiedosto tai.h -tiedosto sisältää kaikki määritelmät, jotka on määritelty ja joita käytetään nimenomaan tätä luokkaa varten (kuten muuttujan määrittäminen pääkoodissa). C ++ -koodi tai.cpp -tiedosto on luokan varsinainen työosa ja erityisesti askelmoottorille.

Osa B: Laitteiston asennus

Koska Arduino syöttää vain 5 V jännitettä ja askelmoottori ja peristalttinen pumppu vaativat 12 V: n, tarvitaan ulkoinen virtalähde, joka on integroitu sopiviin ohjaimiin. Koska liitäntälevyn, Arduinon ja toimivien komponenttien välisten yhteyksien asettaminen voi olla monimutkaista ja työlästä, on kytketty kytkentäkaavio, joka näyttää järjestelmän laitteistoasetukset helposti toistamisen helpottamiseksi.

Vaihe 5: Kokoa

Kun osat on tulostettu, laitteisto kytketty ja koodi on määritetty, on aika koota kaikki yhteen.

1. Kokoa hammas- ja hammaspyöräjärjestelmä askelmoottorin varsi työnnettynä servomoottorille tarkoitetun vaihteen uraan (katso kuvat vaiheessa 1).
2. Kiinnitä styrox -lohko telineen yläosaan (käytin kuumaliimaa).
3. Aseta injektiopullo onttoon styrox -lohkoon (styrofoam eristää näytteen hajoamista, kunnes voit ottaa sen takaisin).
4. Kokoa modulaarinen jalusta alustan ja yläosan kulmakappaleiden kanssa, lisää niin monta muuta lohkoa, jotta saat oikean korkeuden, joka vastaa hammas- ja hammaspyöräjärjestelmän nousua ja laskua. Kun lopullinen kokoonpano on määritetty, on suositeltavaa laittaa liimaa lohkojen naaraspäihin ja kuusittaa urospäät. Tämä takaa vahvan bongin ja parantaa järjestelmän eheyttä.
5. Kiinnitä magneettisten reed -kytkimien puolikkaat kuhunkin anturilohkoon.
6. Varmista, että anturin pohjaanturilohko liikkuu vapaasti tapien pituudella (eli että reikissä on riittävästi tilaa).
7. Kokoa Arduino ja asianmukaiset langalliset liitännät, jotka kaikki sijaitsevat kuvan mustassa laatikossa askelmoottorin kanssa.
8. Liitä USB -kaapeli Arduinoon ja sitten 5 V: n lähteeseen.
9. Kytke ulkoinen virtalähde pistorasiaan (huomioi Arduinon mahdollisen oikosulun välttämiseksi, on erittäin tärkeää tehdä se tässä järjestyksessä ja varmistaa, että Arduino ei kosketa mitään metallia tai että siihen ladataan tietoja, kun kytket ulkoisen virtalähde).
10. Tarkista KAIKKI
11. Näyte!

Vaihe 6: Näyte

Onnittelut! Olet luonut oman esittelyn automaattisen näytteenottimen! Vaikka tämä automaattinen näytteenotin ei olisi kovin käytännöllinen käytettäväksi laboratoriossa sellaisenaan, muutama muutos tekisi siitä niin! Pidä silmällä tulevaa opastettavaa, kun haluat päivittää esittelyn automaattisen näytteenottimen, jotta sitä voidaan käyttää todellisessa laboratoriossa! Sillä välin voit vapaasti esitellä ylpeää työtäsi ja käyttää sitä parhaaksi katsomallasi tavalla (ehkä hieno juoma -annostelija!)