Demonstrační automatický vzorkovač: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento instruktáž byl vytvořen při splnění požadavku projektu Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Odběr vzorků je důležitým aspektem téměř jakéhokoli wetlab, protože je lze analyzovat, aby poskytl důležité informace pro výzkum, průmysl atd. Frekvence odběru vzorků však může být únavná a vyžaduje častou přítomnost někoho, kdo odebere uvedený vzorek, včetně víkendů, svátků atd. Autosampler může takové poptávce ulevit a eliminuje potřebu plánování a udržování plánu odběru vzorků a personálu, který jej provede. V tomto Instructable byl ukázkový autosampler konstruován jako jednoduchý systém, který lze snadno sestavit a provozovat. Podívejte se na propojené video a podívejte se na přehled vývoje tohoto projektu.

Následuje seznam materiálů použitých k vytvoření tohoto projektu, všechny tyto komponenty by mělo být možné najít v obchodech nebo online pomocí rychlého vyhledávání:

• 1 x 3-D tiskárna
• 1 x horká lepicí pistole
• 3 x šrouby
• 1 x šroubovák
• 1 x Arduino Uno
• 1 x prkénko
• 1 x kabel USB na Arduino
• Externí napájecí zdroj 1 x 12V, 1A
• 1 x peristaltická pumpa 12V s ovladačem Iduino
• 1 x krokový motor Nema 17 s ovladačem EasyDriver
• 1 x magnetický jazýčkový spínač
• 2 x tlačítka
• 1 x 25 ml lahvička se vzorkem
• 1 x 1,5 "x 1,5" polystyrenový blok, vyhloubený
• Kolíkové vodiče pro připojení Arduina a prkénka
• CAD software (tj. Fusion 360/AutoCAD)

Krok 1: Vytvořte lineární ozubnicový systém

Aby se lahvička zvedla a spustila pro příjem vzorku, použil jsem lineární ozubený systém převzatý z Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) s kreditem od autora: MechEngineerMike. Fungovat by však měl jakýkoli vhodně dimenzovaný hřebenový systém. Tento konkrétní hřebenový systém je namontován společně se šrouby. Zatímco na obrázcích je zobrazeno servo, k zajištění potřebného točivého momentu byl použit krokový motor.

Doporučené nastavení tisku (pro tisk všech kusů):

• Rafty: Ne
• Podporuje: Ne
• Rozlišení: 0,2 mm
• Výplň: 10%
• V závislosti na kvalitě vaší 3-D tiskárny bude broušení tištěných kusů nedokonalostí hladší

Krok 2: Vyrobte stojan

Aby bylo možné umístit senzorový blok (diskutováno dále) a potrubí z peristaltického čerpadla k naplnění lahvičky vzorkem, je třeba vyrobit stojan. Jelikož se jedná o demonstrační model, kde by bylo nutné po cestě provádět změny, byl použit modulární přístup. Každý blok byl navržen jako konfigurace muž -žena se třemi kolíky/otvory na příslušných koncích, což umožňuje snadnou úpravu, montáž a demontáž. Rohový stavební blok fungoval jako základna a horní část stojanu, zatímco druhý blok sloužil k prodloužení výšky stojanu. Měřítko systému závisí na velikosti vzorku, který má být odebrán. Pro tento konkrétní systém byly použity 25ml lahvičky a bloky byly navrženy s následujícími rozměry:

• Blok V x Š x H: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Poloměr pinů muž/žena x délka: 0,125 palce x 0,25 palce

Krok 3: Vyrobte senzorové bloky

K naplnění lahvičky vzorkem na povel byl použit přístup založený na senzorech. Magnetický jazýčkový spínač se používá k aktivaci peristaltického čerpadla, když jsou obě magnetiky spojeny dohromady. K tomu, když se lahvička zvedne, aby přijala vzorek, byly navrženy bloky stejných rozměrů a podobného designu jako ty, které byly použity k výrobě stojanu, ale v každém rohu mají čtyři otvory pro kolíky (se stejným poloměrem jako samec/samice) kolíky bloků a délce 2 ", ale s mírně silnější hlavou, aby se blok nesklouzl) s dalším otvorem o průměru 0,3" ve středu pro hadičku, která naplní lahvičku. Dva bloky senzorů jsou naskládány dohromady s kolíky procházejícími rohovými otvory každého bloku. Konec čepů je zacementován v rohových otvorech horního bloku senzoru, aby se bloky stabilizovaly, bylo použito horké lepidlo, ale většina ostatních lepidel by také měla fungovat. S každou polovinou spínače přilepenou ke straně každého bloku, když je lahvička zvednuta aktivovaným lineárním systémem ozubených kol a pastorků pro příjem vzorku, zvedne spodní blok po délce kolíků, aby se setkal s horním senzorem zablokujte a připojte magnetické spínače a aktivujte peristaltické čerpadlo. Všimněte si, že je důležité navrhnout kolíky a rohové otvory tak, aby měly dostatečnou vůli, aby spodní blok mohl snadno klouzat nahoru a dolů po délce kolíků (alespoň 1/8 ").

Krok 4: Ovládání: Vytvořte kód Arduino a připojení

Část A: Popis kódu

Aby systém fungoval tak, jak měl, byla k provedení těchto požadovaných funkcí použita deska Arduino Uno. Čtyři hlavní komponenty vyžadující ovládání jsou: zahájení procesu, kterým v tomto případě byla tlačítka nahoru a dolů, krokový motor ke zvedání a spouštění lineárního systému ozubených kol a pastorků, který drží lahvičku, magnetický jazýčkový spínač, který se aktivuje, když se zvednou bloky senzorů lahvičkou a peristaltickou pumpou, aby se zapnula a naplnila lahvičku, když je aktivován magnetický jazýčkový spínač. Aby Arduino provedlo tyto požadované akce pro systém, je třeba do Arduina nahrát správný kód pro každou z uvedených funkcí. Kód (okomentovaný, aby bylo snadné ho sledovat), který byl použit v tomto systému, se skládal ze dvou primárních částí: hlavního kódu a třídy krokového motoru, která se skládá ze záhlaví (.h) a C ++ (.cpp) a jsou připojeny jako soubory PDF s odpovídajícími názvy. Tento kód lze teoreticky zkopírovat a vložit, ale měl by být zkontrolován, zda nedošlo k chybě přenosu. Hlavní kód je to, co ve skutečnosti provádí většinu požadovaných funkcí pro tento projekt a je přehled v níže uvedených primárních prvcích a měl by být možné jej snadno sledovat v komentovaném kódu:

• Zahrňte třídu pro ovládání krokového motoru
• Definujte všechny proměnné a jim přiřazená umístění pinů na Arduinu
• Definujte všechny komponenty rozhraní jako vstupy nebo výstupy pro Arduino, povolte krokový motor
• Příkaz if, který zapíná peristaltickou pumpu, pokud je aktivován jazýčkový spínač (tento příkaz if je ve všech ostatních smyčkách if a while, abychom zajistili, že neustále kontrolujeme, zda má být čerpadlo zapnuto)
• Odpovídající tvrzení, že když je stisknuto tlačítko nahoru nebo dolů k otočení krokového motoru několikrát (pomocí cyklu while) v odpovídajícím směru

Třída krokových motorů je v podstatě plán, který programátorům pohodlně umožňuje ovládat podobný hardware se stejným kódem; teoreticky to můžete zkopírovat a použít pro různé krokové motory, místo abyste museli přepisovat kód pokaždé! Soubor záhlaví nebo soubor.h obsahuje všechny definice, které jsou definovány a použity konkrétně pro tuto třídu (jako definování proměnné v hlavním kódu). Kód C ++ nebo soubor.cpp je skutečnou pracovní částí třídy a konkrétně pro steppr motor.

Část B: Nastavení hardwaru

Protože Arduino dodává pouze 5 V a krokový motor a peristaltické čerpadlo vyžadují 12 V, je vyžadován externí zdroj napájení a integrovaný s příslušnými ovladači pro každý z nich. Protože nastavování spojení mezi prkénkem, Arduinem a fungujícími součástmi může být složité a únavné, bylo připojeno schéma schématu zapojení, které snadno ukazuje hardwarové nastavení systému pro snadnou replikaci.

Krok 5: Sestavte

S vytištěnými částmi, hardwarovým připojením a nastavením kódu je čas dát vše dohromady.

1. Sestavte hřebenový systém s ramenem krokového motoru zasunutým do štěrbiny ozubeného kola určeného pro servomotor (viz obrázky v kroku 1).
2. Polystyrénový blok připevněte k horní části stojanu (použil jsem horké lepidlo).
3. Vložte lahvičku do vydlabaného polystyrenového bloku (polystyren poskytuje izolaci v boji proti degradaci vašeho vzorku, dokud jej nemůžete získat).
4. Sestavte modulární stojan s rohovými bloky pro základnu a vrchol, přidejte tolik dalších bloků, abyste získali příslušnou výšku, která bude odpovídat výšce, kterou systém hřebene a pastorku zvedá a snižuje. Jakmile je nastavena konečná konfigurace, doporučuje se vložit lepidlo na vnitřní konce bloků a vypálit vnější konce. To zajišťuje silný bong a zlepší integritu systému.
5. Na každý senzorový blok připevněte příslušné poloviny magnetických jazýčkových spínačů.
6. Zajistěte, aby se spodní senzorový blok senzoru volně pohyboval po délce kolíků (tj. V otvorech byla dostatečná vůle).
7. Sestavte Arduino a příslušná kabelová připojení, to vše je umístěno v černé skříňce na obrázku spolu s krokovým motorem.
8. Zapojte USB kabel do Arduina a poté do 5V zdroje.
9. Zapojte externí napájecí zdroj do zásuvky (všimněte si toho, abyste se vyhnuli případnému zkratování vašeho Arduina, je velmi důležité to udělat v tomto pořadí a zajistit, aby se Arduino nedotklo ničeho kovového nebo aby do něj byla nahrána data, když se připojuje externí zdroj napájení).
10. Zkontrolovat VŠE
11. Vzorek!

Krok 6: Ukázka

Gratulujeme! Vytvořili jste si svůj vlastní ukázkový autosampler! I když by tento autosampler nebyl tak praktický pro použití v laboratoři, jako takový, pár úprav by to udělalo! Dávejte si pozor na budoucí instruktáž o upgradu vašeho ukázkového autosampleru, který bude možné použít ve skutečné laboratoři! Do té doby můžete bez obav předvést svou hrdou práci a použít ji, jak uznáte za vhodné (třeba luxusní dávkovač nápojů!)