Yksinkertainen sameuden valvonta- ja valvontajärjestelmä mikroleville: 4 vaihetta

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

Sanotaan vain, että olet kyllästynyt näytteenottoveteen sameuden mittaamiseksi, mikä on brutto termi, joka osoittaa pieniä, suspendoituneita hiukkasia vedessä, mikä vähentää valon voimakkuutta joko kasvavalla valopolulla tai suuremmalla hiukkaspitoisuudella tai molemmilla. Joten miten se tehdään?

Alla on useita vaiheita, jotka tein rakentaakseni automaattisen valvontajärjestelmän mikrolevien biomassatiheydelle. Tämä on pienleviä, jotka ovat alle mikronin kokoisia, hyvin suspendoituneita veteen ja joilla on pikemminkin äärimmäinen elämäntapa: ne muuttavat valoenergiaa ja vähentävät hiilidioksidia vasta syntetisoiduksi biomassaksi. Se riittää mikrolevistä.

Sameuden tai biomassatiheyden mittaamiseksi minun on tapauksessani mitattava valon voimakkuus ilmaisimen puolella, joka muunnetaan jännitteen lukemaksi. Yksi este minulla oli alussa löytää sopiva anturi, joka toimii mikrolevylajien kanssa, joiden kanssa työskentelin.

Sameutta voidaan mitata spektrofotometrillä. Laboratorion spektrofotometri on kallis ja mittaa useimmiten yhden näytteen kerrallaan. Jotenkin minulla kävi tuuri, että ostin halvan sameusanturin, jonka löysin ebay.comista tai amazon.comista, ja yllätyksekseni anturi toimii hyvin kokeiltujen mikrolevälajien kanssa.

Vaihe 1: Tarvittavat osat:

1. Kuvan sameusanturi, joka yhdistää letkun. Luettelossa olevalla on avoin kanava, ellet aio upottaa anturia.

2. Arduino -taulu. Se voi olla Nano tai Mega/Uno (jos käytetään Yun Shieldiä)

3. Potentiometri. Parempi käyttää tällaista tarkkuutta.

4. OLED -näyttö. Käytin SSD1306, mutta muun tyyppiset nestekidenäytöt, kuten 1602, 2004, toimisivat (ja tarkista koodi vastaavasti).

5. Toistokortti, jossa on kaksi tällaista kanavaa

6. Kaksi kolmiasentoista kytkintä manuaalista lisäohjausta varten

7. Pumput: Ostin 12 V pienen peristalttisen pumpun ja käytin Cole Parmerin kaksikanavaista pumppua laboratoriossa pääpumpuna. Jos pääpumpussa on vain yksi kanavapää, kerää ylimääräinen biomassa ylivuotoputken avulla, varo, että mahdollinen biomassan kuoriminen reaktorin päällä, jos käytät voimakasta ilmakuljetussekoitusta.

8. Raspberry Pi tai kannettava tietokone tiedon tallentamiseen vaihtoehtoa 1 varten tai Yun Shield vaihtoehtoa 2 varten

Kokonaiskustannukset ovat 200 dollaria. Cole Parmerin pumppu maksaa noin 1000 dollaria, eikä se sisälly kokonaiskustannuksiin. En tehnyt tarkkaa yhteenvetoa.

Vaihe 2: Vaihtoehto 1: Kirjaa tiedot tietokoneeseen/ Raspberry Pi -laitteeseen USB -kaapelin kautta

Tietokoneen tai Raspberry Pi: n käyttäminen tulostustietojen tallentamiseen

Tallennus voidaan tehdä kirjausasetuksella, kuten Putty (Windows) tai Screen (Linux). Tai se voidaan tehdä Python -komentosarjalla. Tämä komentosarja vaatii Python3: n ja kirjaston nimeltä pyserial toimivan. Sen lisäksi, että tallennetut tiedot ovat helposti saatavilla kannettavalla tietokoneella tai Desktop Remote -kaukosäätimellä, tämä lähestymistapa hyödyntää aikaa, joka kuluu tietokoneeseen, joka on kirjautunut tiedostoon muiden tulosten kanssa.

Tässä on toinen opetusohjelma, jonka kirjoitin Raspberry Pi: n määrittämiseksi ja tietojen keräämiseksi Arduinolta. Se on vaiheittainen opas tietojen hankkimiseksi Arduinosta Raspberry Pi: hen.

Ja Arduinon koodi isännöidään tässä vaihtoehdossa 1: sameuden anturijärjestelmän käyttö ja tietojen kirjaaminen tietokoneeseen.

Kuten edellä mainitsin, tämä on yksinkertainen järjestelmä, mutta jotta anturi tuottaa merkityksellistä dataa, mittausten, kuten mikrolevien, hämärän, maidon tai suspendoituneiden hiukkasten, aihe oli suspendoitava, suhteellisen vakaa.

Tallennettu tiedosto sisältää aikaleiman, asetuspisteen, sameuden mittausarvon ja pääpumpun ollessa päällä. Tämän pitäisi antaa sinulle joitakin indikaattoreita järjestelmän suorituskyvystä. Voit lisätä parametreja.ino -tiedoston Serial.println -tiedostoon (dataString).

Jokaiseen tulostukseen on lisättävä pilkku (tai välilehti tai muita merkkejä tietojen jakamiseksi laskentataulukon jokaiseen soluun), jotta tiedot voidaan jakaa Excelissä kaavion luomiseksi. Pilkku säästää hiuksiasi (se säästää minun), varsinkin kun sinulla on muutama tuhat riviä tietoja, ja selvitä kuinka jakaa numerot ja unohtanut lisätä pilkun väliin.

Vaihe 3: Vaihtoehto 2: Tiedot kirjataan Yun Shieldiin

Yun Shieldin käyttäminen Arduino Megan tai Unon päällä tietojen kirjaamiseen

Yun Shieldillä on minimaalinen Linux -distro, ja se voi muodostaa Internet -yhteyden, USB -portit ja SD -korttipaikan, joten tiedot voidaan kirjata USB -tikulle tai SD -kortille. Aika haetaan Linux -järjestelmästä ja datatiedosto haetaan FTP -ohjelmasta, kuten WinSCP tai FileZilla, tai suoraan USB-, SD -kortinlukijasta.

Tässä on koodi Githubissa, vaihtoehto 2.

Vaihe 4: Sameusanturin suorituskyky

Käytin Amphenol-sameusanturia (TSD-10) ja sen mukana tulee tietolomake. Tuotteen tarkistaminen online -luettelosta on vaikeampaa. Tietolomake sisältää kaavion jännitteen lukemasta (Vout), jonka sameuspitoisuus on erilainen Nefelometric Turbidity Unit (NTU). Mikrolevien osalta biomassatiheys on yleensä aallonpituudella 730 nm tai 750 mm hiukkaspitoisuuden mittaamiseksi, nimeltään optinen tiheys (OD). Joten tässä on vertailu Voutin, OD730: n (mitattu Shimadzu -spektrometrillä) ja OD750: n välillä (muunnettu NTU: sta tietolomakkeessa).

Tämän järjestelmän halutuin tila on sameus-staattinen tai samea tila, joka järjestelmä voi automaattisesti mitata ja ohjata biomassan tiheyttä asetetussa arvossa (tai lähellä sitä). Tässä on kaavio, joka esittää tämän järjestelmän suorittamisen.

Paljastaminen:

Tämä sameuden seuranta- ja säätöjärjestelmä (jota usein kutsutaan sameaksi säätimeksi) on yksi kolmesta yksiköstä, joita olen työskennellyt yrittäessäni rakentaa edistyksellistä fotobioreaktoria. Tämä työ tehtiin, kun työskentelin Ariodan osavaltion yliopiston Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology -keskuksessa. Tämän järjestelmän tieteellinen panos levänviljelyn edistämiseen julkaistiin Algal Research Journal -lehdessä.