Demonstracijski automatski uzorak: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ova instrukcija nastala je u skladu sa projektnim zahtjevima Makecourse -a na Univerzitetu Južne Floride (www.makecourse.com)

Uzorkovanje je važan aspekt gotovo svakog vlažnog laboratorija jer se može analizirati kako bi se pružile važne informacije za istraživanje, industriju itd. Međutim, učestalost uzorkovanja može biti dosadna i zahtijevati često prisustvo nekoga da uzme navedeni uzorak, uključujući vikende, praznike itd. Automatsko uzorkovanje može ublažiti takvu potražnju i eliminirati potrebu za zakazivanjem i održavanjem rasporeda uzorkovanja i osoblja koje ga izvršava. U ovom Instructable -u demonstracioni autosampler je konstruisan kao jednostavan sistem koji se može lako konstruisati i upravljati. Pogledajte povezani video zapis da biste pogledali pregled razvoja ovog projekta.

Slijedi popis materijala koji su korišteni za izradu ovog projekta. Sve ove komponente trebale bi se moći pronaći u trgovinama ili na internetu uz brzu pretragu:

• 1 x 3-D štampač
• 1 x pištolj za vruće ljepilo
• 3 x vijci
• 1 x Odvijač
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Oglasna ploča
• 1 x USB kabel za Arduino
• 1 x 12V, 1A vanjski izvor napajanja
• 1 x 12V peristaltička pumpa sa upravljačkim programom Iduino
• 1 x Nema 17 koračni motor sa EasyDriverom
• 1 x Magnetski trstični prekidač
• 2 x dugmeta
• 1 x 25 ml bočica sa uzorkom
• 1 x 1,5 "x 1,5" blok stiropora, izdubljen
• Pin žice za povezivanje Arduina i matične ploče
• CAD softver (tj. Fusion 360/AutoCAD)

Korak 1: Napravite linearni sistem zupčanika i zupčanika

Da bih podigao i spustio bočicu za primanje uzorka, upotrijebio sam linearni sistem nosača i zupčanika preuzet iz Thingiverse -a (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) uz zasluge autora: MechEngineerMike. Međutim, svaki sustav zupčanika odgovarajuće veličine trebao bi funkcionirati. Ovaj sistem zupčanika montira se zajedno sa vijcima. Dok je servo prikazan na slikama, iskorišten je koračni motor za osiguravanje potrebnog okretnog momenta.

Preporučene postavke štampanja (za štampanje svih komada):

• Splavovi: Ne
• Podržava: Ne
• Rezolucija:.2 mm
• Punjenje: 10%
• Ovisno o kvaliteti vašeg 3-D pisača, brušenjem ispisanih dijelova nedostataka učinit ćete montažu glatkijom

Korak 2: Napravite postolje

Za smještaj senzorskog bloka (o čemu će biti riječi kasnije) i cijevi iz peristaltičke pumpe za punjenje bočice uzorkom, potrebno je izraditi postolje. Budući da se radi o demonstracijskom modelu u kojem je potrebno usput unijeti promjene, korišten je modularni pristup. Svaki blok je dizajniran kao muško -ženska konfiguracija s tri igle/rupe na svojim odgovarajućim krajevima kako bi se omogućila laka izmjena, montaža i demontaža. Ugaoni građevinski blok funkcionirao je kao osnova i vrh postolja, dok je drugi blok služio za produžavanje visine postolja. Skala sistema zavisi od veličine uzorka koji se želi uzeti. Za ovaj sistem korištene su bočice od 25 ml, a blokovi su dizajnirani sa sljedećim dimenzijama:

• Blok V x Š X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Muški/ženski radijus igle x dužina: 0,125 "x 0,25"

Korak 3: Napravite senzorske blokove

Za punjenje bočice uzorkom na naredbu, korišten je pristup zasnovan na senzoru. Magnetski trskasti prekidač koristi se za aktiviranje peristaltičke pumpe kada se dva magneta spoje. Da bi se to učinilo kad se bočica podigne da primi uzorak, dizajnirani su blokovi istih dimenzija i sličnog dizajna kao oni koji su korišteni za izradu stalka, ali imaju četiri rupe u blizini svakog ugla za igle (s istim radijusom kao muško/žensko igle blokova duljine 2 ", ali s nešto debljom glavom kako bi se spriječilo klizanje bloka) s još jednom rupom promjera 0,3" u sredini za cijevi koje će napuniti bočicu. Dva senzorska bloka složena su zajedno sa iglama koje prolaze kroz ugaone rupe svakog bloka. Kraj igala cementiran je u kutnim rupama gornjeg senzorskog bloka radi stabilizacije blokova, korišteno je vruće ljepilo, ali bi trebala djelovati i većina drugih ljepila. Sa svakom polovicom prekidača koja je pričvršćena sa strane svakog bloka, kada se bočica podigne aktiviranim sistemom linearnih nosača i zupčanika da primi uzorak, podići će donji blok prema dužini pinova u susret gornjem senzoru blokirati i spojiti magnetske prekidače, aktivirajući peristaltičku pumpu. Imajte na umu da je važno dizajnirati igle i rubove ugla tako da imaju dovoljno slobodnog prostora kako bi donji blok mogao lako kliziti prema gore i prema dolje po dužini igala (najmanje 1/8 ").

Korak 4: Kontrola: Kreirajte Arduino kôd i veze

Dio A: Opis koda

Kako bi sustav funkcionirao kako je predviđeno, koristi se Arduino Uno ploča za izvršavanje ovih željenih funkcija. Četiri glavne komponente koje zahtijevaju kontrolu su: pokretanje procesa koji su u ovom slučaju bili tipke za gore i dolje, koračni motor za podizanje i spuštanje linearnog sistema zupčanika i zupčanika koji drži bočicu, magnetski trskasti prekidač za aktiviranje kada se senzorski blokovi podignu bočicom i peristaltičkom pumpom za uključivanje i punjenje bočice kada se aktivira magnetni trska. Da bi Arduino izveo ove željene radnje za sistem, odgovarajući kôd za svaku od navedenih funkcija mora biti postavljen u Arduino. Kôd (komentiran radi lakšeg praćenja) koji se koristio u ovom sistemu sastojao se od dva primarna dijela: glavnog koda i klase koračnih motora koja se sastoji od zaglavlja (.h) i C ++ (.cpp) i se prilažu kao pdf datoteke sa odgovarajućim imenima. Teoretski se ovaj kôd može kopirati i zalijepiti, ali treba provjeriti da nije došlo do greške pri prijenosu. Glavni kôd je ono što zapravo izvršava većinu željenih funkcija za ovaj projekt i prikazan je u donjim primarnim elementima i trebao bi se moći lako slijediti u komentiranom kodu:

• Uključite klasu za rad koračnog motora
• Definirajte sve varijable i njihove dodijeljene pin lokacije na Arduinu
• Definirajte sve komponente sučelja kao ulaze ili izlaze za Arduino, omogućite koračni motor
• Naredba if koja uključuje peristaltičku pumpu ako je trska sklopka aktivirana (ova naredba if je u svim ostalim if i while petljama kako bismo bili sigurni da stalno provjeravamo treba li pumpu uključiti)
• Odgovara if navodi da kada se pritisne gore ili dolje za okretanje koračnog motora određeni broj puta (pomoću while petlje) u odgovarajućem smjeru

Klasa koračnih motora je u osnovi plan koji programerima praktično omogućava da kontrolišu sličan hardver sa istim kodom; teoretski ovo možete kopirati i koristiti za različite koračne motore umjesto da morate svaki put prepisivati kôd! Zaglavna datoteka ili.h datoteka sadrže sve definicije koje su definirane i koriste se posebno za ovu klasu (poput definiranja varijable u glavnom kodu). C ++ kôd ili.cpp datoteka je stvarni radni odjeljak klase, a posebno za steppr motor.

Dio B: Postavljanje hardvera

Budući da Arduino napaja samo 5 V, a koračni motor i peristaltička pumpa zahtijevaju 12 V, potreban je vanjski izvor napajanja i integriran s odgovarajućim upravljačkim programima za svaki. Budući da postavljanje veza između matične ploče, Arduina i funkcionalnih komponenti može biti zamršeno i zamorno, priložena je shema ožičenja kako bi se lako pokazalo hardversko postavljanje sistema radi lakše replikacije.

Korak 5: Sastavite

S ispisanim dijelovima, ožičenim hardverom i postavljenim kodom vrijeme je da sve spojite.

1. Sastavite zupčanik i zupčanik s ručicom koračnog motora umetnutom u utor zupčanika namijenjenog za servo motor (pogledajte slike u koraku 1).
2. Pričvrstite blok stiropora na vrh police (koristio sam vruće ljepilo).
3. Umetnite bočicu u izdubljeni blok stiropora (stiropor pruža izolaciju za borbu protiv razgradnje uzorka sve dok ga ne možete dohvatiti).
4. Sastavite modularno postolje s kutnim blokovima za podnožje i vrh, dodajte što više ostalih blokova kako bi odgovarajuća visina odgovarala visini koju sustav zupčanika podiže i spušta. Nakon što se postavi konačna konfiguracija, preporučuje se stavljanje ljepila na ženske krajeve blokova, a na muške. Ovo osigurava snažan udar i poboljšaće integritet sistema.
5. Pričvrstite odgovarajuće polovice magnetskih prekidača za trčanje na svaki senzorski blok.
6. Osigurajte da se donji senzorski blok senzora slobodno pomiče duž dužine igala (tj. Da ima dovoljno zazora u rupama).
7. Sastavite Arduino i odgovarajuće ožičene veze, svi su oni smješteni u crnu kutiju na slici zajedno s koračnim motorom.
8. Priključite USB kabel u Arduino, a zatim u izvor od 5 V.
9. Uključite vanjsko napajanje u utičnicu (napomena da biste izbjegli mogući kratak prekid rada vašeg Arduina, vrlo je važno da to učinite ovim redoslijedom i pazite da Arduino ne dodiruje ništa metalno niti da mu se učitavaju podaci kada se priključuje vanjski priključak. napajanje).
10. Dvaput provjerite SVE
11. Uzorak!

Korak 6: Uzorak

Čestitamo! Napravili ste vlastiti demonstracijski autosampler! Iako ovaj autosampler ne bi bio toliko praktičan za upotrebu u laboratoriju kakav jest, nekoliko modifikacija bi ga učinilo takvim! Pazite na buduće instrukcije o nadogradnji vašeg demonstracionog automatskog uzorka kako biste ga mogli koristiti u stvarnoj laboratoriji! U međuvremenu slobodno pokažite svoj ponosni rad i koristite ga kako vam odgovara (možda i fensi aparat za piće!)