Autosampler demonstracyjny: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Ta instrukcja została stworzona w celu spełnienia wymagań projektowych Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

Pobieranie próbek jest ważnym aspektem prawie każdego laboratorium mokrego, ponieważ można je analizować w celu dostarczenia ważnych informacji dla badań, przemysłu itp. Jednak częstotliwość pobierania próbek może być żmudna i wymagać częstej obecności kogoś, kto pobiera tę próbkę, w tym w weekendy, święta itp. Autosampler może zmniejszyć takie zapotrzebowanie i eliminuje potrzebę planowania i utrzymywania harmonogramu pobierania próbek oraz personelu do jego realizacji. W tym Instructable demonstracyjny autosampler został skonstruowany jako prosty system, który można łatwo zbudować i obsługiwać. Obejrzyj film, do którego prowadzi link, aby zapoznać się z rozwojem tego projektu.

Poniżej znajduje się lista materiałów użytych do budowy tego projektu, wszystkie te elementy powinny być dostępne w sklepach lub w Internecie za pomocą szybkiego wyszukiwania:

• 1 x drukarka 3D
• 1 x pistolet do klejenia na gorąco
• 3 x śruby
• 1 x śrubokręt
• 1 x Arduino Uno
• 1 x deska do krojenia chleba
• 1 x kabel USB do Arduino
• 1x12V, 1A Wtyczka Zewnętrznego Zasilacza
• 1 x pompa perystaltyczna 12 V ze sterownikiem Iduino
• 1 x silnik krokowy Nema 17 z EasyDriver
• 1 x magnetyczny kontaktron
• 2 x przyciski
• 1 x 25mL fiolka na próbkę
• Blok styropianowy 1 x 1,5 "x 1,5", wydrążony
• Przewody pinowe do podłączenia Arduino i płytki stykowej
• Oprogramowanie CAD (np. Fusion 360/AutoCAD)

Krok 1: Wyprodukuj liniowy system zębatek i zębników

Aby podnieść i opuścić fiolkę w celu pobrania próbki, wykorzystałem liniowy system zębatkowy zaczerpnięty z Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) z uznaniem autora: MechEngineerMike. Jednak każdy system zębatek i zębatek o odpowiedniej wielkości powinien działać. Ten konkretny system zębatki i zębnika jest montowany razem za pomocą śrub. Podczas gdy na zdjęciach pokazano serwo, zastosowano silnik krokowy, aby zapewnić niezbędny moment obrotowy.

Zalecane ustawienia drukowania (do drukowania wszystkich sztuk):

• Tratwy: Nie
• Obsługuje: Nie
• Rozdzielczość: 0,2 mm
• Wypełnienie: 10%
• W zależności od jakości drukarki 3D szlifowanie wydrukowanych niedoskonałości sprawi, że montaż będzie płynniejszy

Krok 2: Wyprodukuj stoisko

Aby pomieścić blok czujnika (omówiony później) i rurkę z pompy perystaltycznej do napełniania fiolki próbką, należy wyprodukować stojak. Ponieważ jest to model demonstracyjny, w którym po drodze należałoby wprowadzić zmiany, zastosowano podejście modułowe. Każdy blok został zaprojektowany jako konfiguracja męska do żeńskiej z trzema kołkami/otworami na odpowiednich końcach, aby umożliwić łatwą modyfikację, montaż i demontaż. Blok narożny pełnił funkcję podstawy i wierzchołka trybuny, drugi blok służył do wydłużenia wysokości trybuny. Skala systemu zależy od wielkości próbki, która ma zostać pobrana. Do tego konkretnego systemu użyto fiolek 25 ml, a bloki zostały zaprojektowane w następujących wymiarach:

• Blok wys. x szer. x gł.: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Męski/żeński promień sworznia x długość: 0.125 "x 0.25"

Krok 3: Wyprodukuj bloki czujników

Aby napełnić fiolkę próbką na polecenie, zastosowano podejście oparte na czujnikach. Magnetyczny kontaktron służy do aktywacji pompy perystaltycznej, gdy dwa magnesy są ze sobą połączone. Aby to zrobić, gdy fiolka jest podnoszona w celu pobrania próbki, zaprojektowano bloki o tych samych wymiarach i podobnej konstrukcji do tych, które zostały użyte do wytworzenia stojaka, ale mają cztery otwory w pobliżu każdego rogu na szpilki (o tym samym promieniu co samiec/żeński szpilki bloków i długości 2 cali, ale z nieco grubszą główką, aby zapobiec zsunięciu się bloku) z kolejnym otworem o średnicy 0,3 cala w środku na rurkę, która wypełni fiolkę. Dwa bloki czujników są ułożone razem z kołkami przechodzącymi przez narożne otwory każdego bloku. Końce szpilek są zacementowane w narożnych otworach górnego bloku czujnika, aby ustabilizować bloki, użyto gorącego kleju, ale większość innych klejów również powinna działać. Z każdą połową przełącznika przyklejoną do boku każdego bloku, gdy fiolka zostanie podniesiona przez aktywowany liniowy system zębatkowy i zębnikowy w celu przyjęcia próbki, podniesie dolny blok wzdłuż długości kołków, aby spotkać się z górnym czujnikiem zablokować i podłączyć przełączniki magnetyczne, uruchamiając pompę perystaltyczną. Zwróć uwagę, że ważne jest, aby zaprojektować kołki i otwory narożne tak, aby miały wystarczający prześwit, aby dolny blok mógł łatwo przesuwać się w górę i w dół wzdłuż kołków (co najmniej 1/8 cala).

Krok 4: Kontrola: Utwórz kod Arduino i połączenia

Część A: Opis kodu

Aby system działał zgodnie z przeznaczeniem, do realizacji tych pożądanych funkcji wykorzystywana jest płytka Arduino Uno. Cztery główne elementy wymagające kontroli to: inicjowanie procesu, którym w tym przypadku były przyciski podnoszenia i opuszczania, silnik krokowy do podnoszenia i opuszczania liniowego systemu zębatkowego i zębnika trzymającego fiolkę, magnetyczny kontaktron aktywowany po podniesieniu bloków czujników przez fiolkę i pompę perystaltyczną, aby włączyć i napełnić fiolkę, gdy aktywowany jest kontaktron magnetyczny. Aby Arduino wykonało te pożądane działania dla systemu, odpowiedni kod dla każdej z wymienionych funkcji musi zostać przesłany do Arduino. Kod (komentowany, aby był łatwy do naśladowania), który został użyty w tym systemie, składał się z dwóch podstawowych części: kodu głównego i klasy silnika krokowego, która składa się z nagłówka (.h) i C++ (.cpp) oraz są załączone jako pliki pdf z odpowiadającymi im nazwami. Teoretycznie ten kod można skopiować i wkleić, ale należy sprawdzić, czy nie wystąpił błąd transferu. Główny kod jest tym, co faktycznie wykonuje większość pożądanych funkcji dla tego projektu i jest przedstawiony w poniższych podstawowych elementach i powinien być łatwy do naśladowania w komentowanym kodzie:

• Uwzględnij klasę obsługi silnika krokowego
• Zdefiniuj wszystkie zmienne i przypisane im lokalizacje pinów na Arduino
• Zdefiniuj wszystkie komponenty interfejsu jako wejścia lub wyjścia do Arduino, włącz silnik krokowy
• Stwierdzenie if, które włącza pompę perystaltyczną, jeśli aktywowany jest kontaktron (to stwierdzenie znajduje się we wszystkich innych pętlach if i while, aby zapewnić, że stale sprawdzamy, czy pompa powinna być włączona)
• Odpowiadające if stwierdzenia, że po naciśnięciu przycisku w górę lub w dół, aby obrócić silnik krokowy określoną liczbę razy (za pomocą pętli while) w odpowiednim kierunku

Klasa silników krokowych jest zasadniczo planem, który pozwala programistom wygodnie kontrolować podobny sprzęt za pomocą tego samego kodu; teoretycznie możesz to skopiować i użyć do różnych silników krokowych zamiast każdorazowego przepisywania kodu! Plik nagłówkowy lub plik.h zawiera wszystkie definicje, które są zdefiniowane i używane specjalnie dla tej klasy (jak definiowanie zmiennej w kodzie głównym). Kod C++ lub plik.cpp to faktycznie działająca sekcja klasy, a konkretnie dla silnika krokowego.

Część B: Konfiguracja sprzętu

Ponieważ Arduino dostarcza tylko 5 V, a silnik krokowy i pompa perystaltyczna wymagają 12 V, wymagane jest zewnętrzne źródło zasilania zintegrowane z odpowiednimi sterownikami dla każdego z nich. Ponieważ konfigurowanie połączeń między płytą stykową, Arduino i działającymi komponentami może być skomplikowane i żmudne, dołączono schemat okablowania, aby łatwo pokazać konfigurację sprzętową systemu w celu łatwej replikacji.

Krok 5: Montaż

Po wydrukowaniu części, okablowaniu sprzętu i skonfigurowaniu kodu nadszedł czas, aby wszystko połączyć.

1. Zamontuj zębatkę i zębnik z ramieniem silnika krokowego wsuniętym w szczelinę przekładni przeznaczonej dla serwomotoru (patrz zdjęcia w kroku 1).
2. Przymocuj blok styropianowy do górnej części stojaka (użyłem kleju na gorąco).
3. Włóż fiolkę do wydrążonego bloku styropianowego (styropian zapewnia izolację, która zapobiega degradacji próbki, dopóki nie będzie można jej odzyskać).
4. Zmontuj stojak modułowy z blokami narożnymi podstawy i góry, dodaj tyle innych bloków, aby uzyskać odpowiednią wysokość odpowiadającą wysokości, na jaką podnosi i opuszcza system zębatkowy. Po ustaleniu ostatecznej konfiguracji zaleca się nałożenie kleju na żeńskie końce bloków i przypalenie końcówek męskich. Zapewnia to mocne bongo i poprawia integralność systemu.
5. Przymocuj odpowiednie połówki kontaktronów magnetycznych do każdego bloku czujnika.
6. Upewnij się, że dolny blok czujnika porusza się swobodnie wzdłuż kołków (tj. czy w otworach jest wystarczająco dużo luzu).
7. Złóż Arduino i odpowiednie połączenia przewodowe, wszystkie są umieszczone w czarnej skrzynce na zdjęciu wraz z silnikiem krokowym.
8. Podłącz kabel USB do Arduino, a następnie do źródła 5V.
9. Podłącz zewnętrzny zasilacz do gniazdka (uwaga, aby uniknąć możliwego zwarcia Arduino, bardzo ważne jest, aby zrobić to w tej kolejności i upewnić się, że Arduino nie dotyka niczego metalowego ani nie ma danych przesłanych do niego podczas podłączania zewnętrznego zasilacz).
10. Sprawdź dokładnie WSZYSTKO
11. Próbka!

Krok 6: Próbka

Gratulacje! Stworzyłeś swój własny autosampler demonstracyjny! Chociaż ten automatyczny podajnik próbek nie byłby tak praktyczny w użyciu w laboratorium, kilka modyfikacji sprawiłoby, że tak będzie! Miej oko na przyszłe instrukcje dotyczące aktualizacji demonstracyjnego autosamplera, aby móc używać go w prawdziwym laboratorium! W międzyczasie nie krępuj się zaprezentuj swoją dumną pracę i używaj jej według własnego uznania (być może fantazyjnego dozownika napojów!)