Demonstracinis automatinis pavyzdys: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Šis nurodymas buvo sukurtas vykdant Pietų Floridos universiteto „Makecourse“projekto reikalavimą (www.makecourse.com)

Mėginių ėmimas yra svarbus beveik bet kurios šlapios laboratorijos aspektas, nes juos galima išanalizuoti, kad būtų suteikta svarbi informacija moksliniams tyrimams, pramonei ir tt Automatinis mėginių ėmiklis gali palengvinti tokią paklausą ir panaikinti poreikį planuoti ir išlaikyti mėginių ėmimo grafiką bei personalą, kuris jį atliktų. Šioje instrukcijoje demonstracinis automatinis imtuvas buvo sukurtas kaip paprasta sistema, kurią galima lengvai sukurti ir valdyti. Žiūrėkite susietą vaizdo įrašą, kad pamatytumėte šio projekto plėtros apžvalgą.

Toliau pateikiamas medžiagų, naudojamų šiam projektui kurti, sąrašas, visus šiuos komponentus turėtų būti galima rasti parduotuvėse ar internete, naudojant greitą paiešką:

• 1 x 3-D spausdintuvas
• 1 x karšto klijų pistoletas
• 3 x varžtai
• 1 x atsuktuvas
• 1 x „Arduino Uno“
• 1 x duonos lenta
• 1 x USB prie „Arduino“kabelis
• 1 x 12V, 1A statinės kištuko išorinis maitinimo šaltinis
• 1 x 12 V peristaltinis siurblys su „Iduino“tvarkykle
• 1 x „Nema 17“žingsninis variklis su „EasyDriver“
• 1 x magnetinis nendrinis jungiklis
• 2 x mygtukai
• 1 x 25 ml mėginio buteliukas
• 1 x 1,5 "x 1,5" polistirolo blokas, tuščiaviduris
• Smeigtukai „Arduino“ir duonos lentos prijungimui
• CAD programinė įranga (t. Y. „Fusion 360“/„AutoCAD“)

1 žingsnis: pagaminkite linijinių stovų ir krumpliaračių sistemą

Norėdami pakelti ir nuleisti buteliuką, kad gaučiau mėginį, aš panaudojau linijinę krumpliaračio ir krumpliaračio sistemą, paimtą iš „Thingiverse“(https://www.thingiverse.com/thing:3037464) su autoriaus vardu MechEngineerMike. Tačiau bet kokio tinkamo dydžio stovo ir krumpliaračio sistema turėtų veikti. Ši konkreti stovo ir krumpliaračio sistema yra sumontuota kartu su varžtais. Nors paveikslėliuose parodyta servo, reikiamam sukimo momentui užtikrinti buvo naudojamas žingsninis variklis.

Rekomenduojami spausdinimo nustatymai (visų dalių spausdinimui):

• Plaustai: Ne
• Palaiko: Ne
• Skiriamoji geba:.2mm
• Užpildas: 10%
• Priklausomai nuo jūsų 3-D spausdintuvo kokybės, šlifavus išspausdintus trūkumus, surinkimas bus sklandesnis

2 žingsnis: pagaminkite stovą

Norint pastatyti jutiklio bloką (aptartą vėliau) ir vamzdelius iš peristaltinio siurblio, kad buteliukas būtų užpildytas mėginiu, reikia pagaminti stovą. Kadangi tai yra demonstracinis modelis, kai kelyje reikia atlikti pakeitimus, buvo naudojamas modulinis metodas. Kiekvienas blokas buvo suprojektuotas kaip vyriškos ir moteriškos konfigūracijos su trimis kaiščiais/skylėmis jų galuose, kad būtų galima lengvai modifikuoti, surinkti ir išmontuoti. Kampinis statybinis blokas veikė kaip stovo pagrindas ir viršus, o kitas blokas pailgino stendo aukštį. Sistemos skalė priklauso nuo norimo paimti mėginio dydžio. Šiai sistemai buvo naudojami 25 ml buteliukai, o blokai buvo suprojektuoti taip:

• Blokas H x W X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Vyrų/moterų kaiščio spindulys x ilgis: 0,125 x 0,25 colio

3 žingsnis: pagaminkite jutiklių blokus

Norėdami užpildyti buteliuką pagal pavyzdį pagal komandą, buvo naudojamas jutikliu pagrįstas metodas. Magnetinis nendrinis jungiklis naudojamas peristaltiniam siurbliui įjungti, kai abu magnetai yra sujungti. Norėdami tai padaryti, kai buteliukas pakeltas imti mėginį, buvo suprojektuoti vienodo dydžio ir panašaus dizaino blokai, naudojami gaminant stovą, tačiau šalia kiekvieno kampo yra keturios skylės kaiščiams (tokiu pat spinduliu kaip patinas/patelė) kaiščių kaiščiai ir 2 colių ilgio, bet su šiek tiek storesne galvute, kad blokas nenuslystų) su dar viena 0,3 colio skersmens skylute vamzdelio, kuris užpildys buteliuką, centre. Du jutiklių blokai yra sukrauti kartu su kaiščiais, einančiais per kiekvieno bloko kampines skyles. Smeigtukų galas yra įtvirtintas viršutinio jutiklio bloko kampinėse skylėse, kad stabilizuotų blokus, buvo naudojami karšti klijai, tačiau dauguma kitų klijų taip pat turėtų veikti. Kai kiekviena jungiklio pusė prilimpa prie kiekvieno bloko šono, kai buteliuką pakelia aktyvuota linijinė stovo ir krumpliaračio sistema, kad gautų mėginį, jis pakels apatinį bloką išilgai kaiščių, kad atitiktų viršutinį jutiklį blokuoti ir prijungti magnetinius jungiklius, įjungiant peristaltinį siurblį. Atkreipkite dėmesį, kad kaiščius ir kampines angas svarbu suprojektuoti taip, kad būtų pakankamai vietos, kad apatinis blokas lengvai slystų aukštyn ir žemyn kaiščių ilgiu (bent 1/8 colio).

4 žingsnis: valdymas: sukurkite „Arduino“kodą ir ryšius

A dalis: kodo aprašymas

Kad sistema veiktų taip, kaip numatyta, šioms funkcijoms atlikti naudojama „Arduino Uno“plokštė. Keturi pagrindiniai komponentai, kuriuos reikia kontroliuoti, yra: proceso, kuris šiuo atveju buvo aukštyn ir žemyn mygtukai, inicijavimas, žingsninis variklis, skirtas pakelti ir nuleisti linijinę stovo ir krumpliaračio sistemą, laikantis buteliuką, magnetinis nendrinis jungiklis, kuris įjungiamas pakėlus jutiklių blokus per buteliuką, o peristaltinis siurblys - įjungti ir užpildyti buteliuką, kai įjungiamas magnetinis nendrės jungiklis. Kad „Arduino“atliktų šiuos norimus sistemos veiksmus, į „Arduino“reikia įkelti tinkamą kiekvienos iš šių funkcijų kodą. Šioje sistemoje naudojamas kodas (pakomentuotas, kad būtų lengviau sekti) susideda iš dviejų pagrindinių dalių: pagrindinio kodo ir žingsninio variklio klasės, kurią sudaro antraštė (.h) ir C ++ (.cpp) ir pridedami kaip pdf failai su atitinkamais pavadinimais. Teoriškai šį kodą galima nukopijuoti ir įklijuoti, tačiau reikėtų peržiūrėti, ar nebuvo perdavimo klaidos. Pagrindinis kodas yra tai, kas iš tikrųjų atlieka daugumą norimų šio projekto funkcijų ir yra išdėstytas žemiau esančiuose pagrindiniuose elementuose, ir jį turėtų būti galima lengvai sekti komentuojamame kode:

• Įtraukite klasę, kad galėtumėte valdyti žingsninį variklį
• Apibrėžkite visus kintamuosius ir jiems priskirtas kaiščių vietas „Arduino“
• Apibrėžkite visus sąsajos komponentus kaip „Arduino“įėjimus ar išėjimus, įgalinkite žingsninį variklį
• „If“teiginys, įjungiantis peristaltinį siurblį, jei įjungtas nendrinis jungiklis (tai, jei teiginys yra visuose kituose cikluose „ir“ir „kai“, kad užtikrintume, jog nuolat tikriname, ar siurblys turi būti įjungtas)
• Atitinkami teiginiai, kad paspaudus aukštyn arba žemyn tam tikrą skaičių kartų pasukant žingsninį variklį (naudojant laiko kilpą) atitinkama kryptimi

Žingsninio variklio klasė iš esmės yra planas, kuris patogiai leidžia programuotojams valdyti panašią aparatūrą tuo pačiu kodu; teoriškai galite tai nukopijuoti ir naudoti skirtingiems žingsniniams varikliams, o ne kiekvieną kartą perrašyti kodą! Antraštės faile arba.h faile yra visos apibrėžtys, kurios yra apibrėžtos ir naudojamos konkrečiai šiai klasei (pvz., Kintamojo apibrėžimas pagrindiniame kode). C ++ kodas arba.cpp failas yra tikrasis klasės skyrius ir specialiai skirtas steppr varikliui.

B dalis: Aparatūros sąranka

Kadangi „Arduino“tiekia tik 5 V įtampą, o žingsninis variklis ir peristaltinis siurblys reikalauja 12 V įtampos, reikalingas išorinis maitinimo šaltinis ir integruotas su atitinkamomis tvarkyklėmis kiekvienam. Kadangi ryšių tarp duonos lentos, „Arduino“ir veikiančių komponentų nustatymas gali būti sudėtingas ir varginantis, prijungta elektros instaliacijos schema, kad būtų galima lengvai parodyti sistemos aparatinę sąranką, kad ją būtų lengva pakartoti.

5 žingsnis: Surinkite

Kai dalys išspausdintos, aparatūra prijungta ir kodas nustatytas, laikas viską sujungti.

1. Surinkite stovo ir krumpliaračio sistemą su žingsninio variklio svirtimi, įkišta į servo varikliui skirtos pavaros lizdą (žr. 1 žingsnio paveikslėlius).
2. Pritvirtinkite polistirolo bloką prie stovo viršaus (aš naudojau karštus klijus).
3. Įdėkite buteliuką į tuščiavidurį putų polistirolo bloką (putplastis užtikrina izoliaciją, kad būtų išvengta mėginio degradacijos, kol galėsite jį atgauti).
4. Sumontuokite modulinį stovą su pagrindo ir viršaus kampiniais blokais, pridėkite tiek daug kitų blokų, kad atitinkamas aukštis atitiktų aukštį, kurį pakelia ir nuleidžia stovo ir krumpliaračio sistema. Nustačius galutinę konfigūraciją, rekomenduojama įklijuoti klijus į blokelių patelės galus, o vyriškus galus. Tai užtikrina tvirtą bongą ir pagerins sistemos vientisumą.
5. Prie kiekvieno jutiklio bloko pritvirtinkite atitinkamas magnetinių nendrių jungiklių puses.
6. Įsitikinkite, kad jutiklio apatinis jutiklio blokas laisvai juda išilgai kaiščių (t. Y. Ar skylėse yra pakankamai laisvos vietos).
7. Surinkite „Arduino“ir atitinkamas laidines jungtis, jos visos yra juodoje dėžutėje paveikslėlyje kartu su žingsniniu varikliu.
8. Prijunkite USB kabelį prie „Arduino“ir tada į 5 V šaltinį.
9. Prijunkite išorinį maitinimo šaltinį prie lizdo (atkreipkite dėmesį, kad išvengtumėte „Arduino“trumpo veikimo, labai svarbu tai padaryti tokia tvarka ir įsitikinti, kad „Arduino“neliečia nieko metalo ar į jį neįkeliami duomenys, kai prijungiamas išorinis maitinimo šaltinis).
10. Dar kartą patikrinkite VISKĄ
11. Pavyzdys!

6 žingsnis: pavyzdys

Sveikinu! Jūs sukūrėte savo demonstracinį automatinį mėginių ėmiklį! Nors šis automatinis mėginių ėmiklis nebūtų toks praktiškas naudoti laboratorijoje, koks yra, tačiau keli pakeitimai tai padarytų! Stebėkite, kaip ateityje patobulinti demonstracinį automatinį mėginių ėmiklį, kad galėtumėte jį naudoti tikroje laboratorijoje! Tuo tarpu drąsiai demonstruokite savo išdidų darbą ir naudokite jį savo nuožiūra (galbūt išgalvotas gėrimų dozatorius!)