Демонстрационный автосэмплер: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Это руководство было создано во исполнение требований проекта Makecourse в Университете Южной Флориды (www.makecourse.com).

Отбор проб является важным аспектом практически любой лаборатории влажной лаборатории, поскольку их можно проанализировать, чтобы получить важную информацию для исследований, промышленности и т. Д. Однако частота отбора проб может быть утомительной и требовать частого присутствия кого-либо для взятия указанной пробы, включая выходные, праздничные дни и т. Д. Автоматический пробоотборник может облегчить такую потребность и избавляет от необходимости составлять и поддерживать график отбора проб и персонал для его выполнения. В этом руководстве демонстрационный автосэмплер был сконструирован как простая система, которую можно легко сконструировать и использовать. Пожалуйста, посмотрите видео по ссылке, чтобы получить представление о развитии этого проекта.

Ниже приводится список материалов, использованных для создания этого проекта, все эти компоненты можно будет найти в магазинах или в Интернете с помощью быстрого поиска:

• 1 x 3-D принтер
• 1 х пистолет для горячего клея
• 3 х винта
• 1 х отвертка
• 1 х Arduino Uno
• 1 х макет
• 1 x USB-кабель для Arduino
• Внешний источник питания - 1 шт., 12 В, 1 А
• 1 х 12 В перистальтический насос с драйвером Iduino
• 1 шаговый двигатель Nema 17 с EasyDriver
• 1 х магнитный геркон
• 2 кнопки
• 1 флакон с образцом объемом 25 мл
• 1 х 1,5 "х 1,5" пенополистирол, выдолбленный
• Штыревые провода для подключения Arduino и макета
• Программное обеспечение САПР (например, Fusion 360 / AutoCAD)

Шаг 1. Изготовление линейной реечной системы и шестерни

Чтобы поднимать и опускать пробирку для приема образца, я использовал линейную систему зубчатой рейки и шестерни, взятую из Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) с благодарностью автору: MechEngineerMike. Однако любая система зубчатой рейки подходящего размера должна работать. Эта конкретная система зубчатой рейки и шестерни крепится вместе с помощью винтов. На изображениях показан сервопривод, но для обеспечения необходимого крутящего момента использовался шаговый двигатель.

Рекомендуемые настройки печати (для печати всех частей):

• Плоты: нет
• Поддерживает: Нет
• Разрешение: 0,2 мм
• Заполнение: 10%
• В зависимости от качества вашего 3-D принтера шлифование отпечатанных дефектов сделает сборку более гладкой.

Шаг 2: Изготовьте подставку

Для размещения сенсорного блока (обсуждается позже) и трубки от перистальтического насоса для заполнения пробирки образцом необходимо изготовить подставку. Поскольку это демонстрационная модель, в которой необходимо будет вносить изменения по ходу работы, был использован модульный подход. Каждый блок был спроектирован как конфигурация "папа-мама" с тремя штифтами / отверстиями на соответствующих концах, чтобы облегчить модификацию, сборку и разборку. Угловой строительный блок служил основанием и верхом стенда, а другой блок служил для увеличения высоты стенда. Масштаб системы зависит от размера образца, который требуется взять. Для этой конкретной системы использовались флаконы на 25 мл, и блоки были разработаны со следующими размерами:

• Блок В x Ш x Г: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Диаметр шпильки с наружной / внутренней резьбой x длина: 0,125 дюйма x 0,25 дюйма

Шаг 3: Изготовление сенсорных блоков

Для заполнения пробирки образцом по команде был использован сенсорный подход. Магнитный геркон используется для активации перистальтического насоса, когда два магнетика сводятся вместе. Для этого, когда флакон поднимается для приема образца, были спроектированы блоки тех же размеров и конструкции, что и те, которые использовались для изготовления подставки, но с четырьмя отверстиями возле каждого угла для штифтов (с таким же радиусом, что и вилка / охват штифты блоков и длиной 2 дюйма, но с немного более толстой головкой для предотвращения соскальзывания блока) с другим отверстием диаметром 0,3 дюйма в центре для трубки, которая будет заполнять флакон. Два сенсорных блока сложены друг с другом, и штифты проходят через угловые отверстия каждого блока. Концы штифтов приклеиваются к угловым отверстиям верхнего блока датчика для стабилизации блоков, использовался горячий клей, но большинство других клеев тоже подойдут. Когда каждая половина переключателя прикреплена к стороне каждого блока, когда пробирка поднимается с помощью активированной линейной системы зубчатой рейки и шестерни для приема образца, она поднимает нижний блок по длине штифтов, чтобы встретиться с верхним датчиком. заблокировать и подключить магнитные переключатели, активируя перистальтический насос. Обратите внимание, что важно проектировать штифты и угловые отверстия так, чтобы имелся достаточный зазор, чтобы нижний блок мог легко скользить вверх и вниз по длине штифтов (не менее 1/8 дюйма).

Шаг 4: Управление: создание кода и подключений Arduino

Часть A: Код Описание

Чтобы система функционировала должным образом, для выполнения этих желаемых функций используется плата Arduino Uno. Четыре основных компонента, требующих управления: запуск процесса, который в данном случае был кнопками вверх и вниз, шаговый двигатель для подъема и опускания линейной рейки и системы шестерен, удерживающих флакон, герконовый переключатель для активации, когда блоки датчиков поднимаются. флаконом и перистальтическим насосом для включения и наполнения флакона при срабатывании геркона. Чтобы Arduino мог выполнять эти желаемые действия для системы, в Arduino необходимо загрузить соответствующий код для каждой из указанных функций. Код (с комментариями для облегчения понимания), который использовался в этой системе, состоял из двух основных частей: основного кода и класса шагового двигателя, который состоит из заголовка (.h) и C ++ (.cpp) и прилагаются в виде файлов pdf с соответствующими именами. Теоретически этот код можно скопировать и вставить, но следует проверить, чтобы не было ошибок передачи. Основной код - это то, что на самом деле выполняет большинство желаемых функций для этого проекта, он описан в основных элементах ниже и должен быть легко отслежен в закомментированном коде:

• Включите класс для работы с шаговым двигателем
• Определите все переменные и назначенные им местоположения контактов на Arduino
• Определите все компоненты интерфейса как входы или выходы для Arduino, включите шаговый двигатель
• Оператор if, который включает перистальтический насос, если герконовый переключатель активирован (этот оператор if присутствует во всех остальных циклах if и while, чтобы гарантировать, что мы постоянно проверяем, следует ли включать насос)
• Соответствующие утверждения if о том, что при нажатии вверх или вниз шаговый двигатель определенное количество раз (с использованием цикла while) в соответствующем направлении

Класс шагового двигателя - это, по сути, схема, которая позволяет программистам удобно управлять аналогичным оборудованием с помощью одного и того же кода; теоретически вы можете скопировать это и использовать для разных шаговых двигателей вместо того, чтобы каждый раз переписывать код! Заголовочный файл или файл.h содержит все определения, которые определены и используются специально для этого класса (например, определение переменной в основном коде). Код C ++ или файл.cpp - это фактическая рабочая секция класса, особенно для шагового двигателя.

Часть B: Настройка оборудования

Поскольку Arduino подает только 5 В, а шаговый двигатель и перистальтический насос требуют 12 В, требуется внешний источник питания, интегрированный с соответствующими драйверами для каждого из них. Поскольку установка соединений между макетной платой, Arduino и функционирующими компонентами может быть сложной и утомительной, была приложена электрическая схема, чтобы легко показать настройку оборудования системы для облегчения репликации.

Шаг 5: соберите

Когда детали напечатаны, оборудование подключено, а код настроен, пора собрать все воедино.

1. Соберите систему реечной передачи с рычагом шагового двигателя, вставленным в паз шестерни, предназначенной для серводвигателя (см. Изображения в шаге 1).
2. Прикрепите блок пенополистирола к верхней части стойки (я использовал горячий клей).
3. Вставьте флакон в выдолбленный блок из пенополистирола (пенополистирол обеспечивает изоляцию, предотвращающую деградацию вашего образца, пока вы не сможете его извлечь).
4. Соберите модульную стойку с угловыми блоками для основания и верха, добавьте столько других блоков, чтобы получить соответствующую высоту, соответствующую высоте, которую система зубчатой рейки поднимает и опускает. После установки окончательной конфигурации рекомендуется нанести клей на охватывающие концы блоков и закрепить охватываемые концы. Это гарантирует прочный бонг и улучшит целостность системы.
5. Присоедините соответствующие половинки герконовых переключателей к каждому блоку датчиков.
6. Убедитесь, что нижний сенсорный блок датчика свободно перемещается по длине штифтов (т. Е. Имеется достаточный зазор в отверстиях).
7. Соберите Arduino и соответствующие проводные соединения, все они размещены в черном ящике на изображении вместе с шаговым двигателем.
8. Подключите USB-кабель к Arduino, а затем к источнику 5 В.
9. Подключите внешний источник питания к розетке (обратите внимание, чтобы избежать возможного короткого замыкания вашего Arduino, очень важно делать это в этом порядке и следить за тем, чтобы Arduino не касался ничего металлического или не загружал данные, когда он подключается к внешнему устройству. источник питания).
10. Дважды проверьте ВСЕ
11. Образец!

Шаг 6: Образец

Поздравляю! Вы создали свой собственный демонстрационный автосэмплер! Хотя этот автосэмплер не так удобен в использовании в лаборатории, как он есть, несколько модификаций сделают его таковым! Следите за будущими инструкциями по обновлению демонстрационного автосэмплера, чтобы его можно было использовать в реальной лаборатории! А пока не стесняйтесь демонстрировать свою гордую работу и использовать ее по своему усмотрению (возможно, модный диспенсер для напитков!)