Demonstration Autosampler: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Denne instruerbare blev oprettet for at opfylde projektkravet fra Makecourse ved University of South Florida (www.makecourse.com)

Prøvetagning er et vigtigt aspekt af næsten enhver vådlab, da de kan analyseres for at give vigtige oplysninger til forskning, industri osv. Imidlertid kan prøvetagningshyppigheden være kedelig og kræve hyppig tilstedeværelse af nogen til at tage prøven, herunder weekender, helligdage osv. En autosampler kan aflaste en sådan efterspørgsel og eliminerer behovet for at planlægge og vedligeholde en prøveudtagningsplan og personalet til at udføre den. I denne Instructable blev en demonstrationsautosampler konstrueret som et simpelt system, der let kan konstrueres og betjenes. Se den linkede video for at få et overblik over udviklingen af dette projekt.

Følgende er en liste over de materialer, der bruges til at konstruere dette projekt, alle disse komponenter skal kunne findes i butikker eller online med en hurtig søgning:

• 1 x 3D-printer
• 1 x varmlimpistol
• 3 x skruer
• 1 x skruetrækker
• 1 x Arduino Uno
• 1 x brødbræt
• 1 x USB til Arduino kabel
• 1 x 12V, 1A tønde stik Ekstern strømforsyning
• 1 x 12V peristaltisk pumpe med Iduino -driver
• 1 x Nema 17 Stepmotor m/EasyDriver
• 1 x Magnetisk Reed Switch
• 2 x knapper
• 1 x 25 ml prøvehætteglas
• 1 x 1,5 "x 1,5" styrofoamblok, udhulet
• Pin ledninger til tilslutning af Arduino og brødbræt
• CAD -software (dvs. Fusion 360/AutoCAD)

Trin 1: Fremstil lineært tandstangssystem

For at hæve og sænke hætteglasset for at modtage prøven brugte jeg et lineært tandhjuls -system taget fra Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) med kredit til forfatteren: MechEngineerMike. Dog bør ethvert passende tandstangssystem fungere. Dette særlige tandhjulssystem er monteret sammen med skruer. Mens en servo er vist på billederne, blev der brugt en trinmotor til at levere det nødvendige moment.

Anbefalede udskriftsindstillinger (til udskrivning af alle stykker):

• Flåder: Nej
• Understøtter: Nej
• Opløsning:.2mm
• Udfyldning: 10%
• Afhængigt af kvaliteten af din 3D-printer gør slibning af trykte stykker ufuldkommenheder jævnere

Trin 2: Fremstil stativ

For at huse sensorblokken (diskuteret senere) og slangen fra den peristaltiske pumpe for at fylde hætteglasset med prøve, skal der laves et stativ. Da dette er en demonstrationsmodel, hvor der skulle foretages ændringer undervejs, blev der anvendt en modulær tilgang. Hver blok var designet som mand til kvinde konfiguration med tre ben/huller i deres respektive ender for at muliggøre let ændring, montering og demontering. Hjørneblokken fungerede som fod og top af stativet, mens den anden blok tjente til at forlænge stativets højde. Systemets skala afhænger af prøvens størrelse, der ønskes taget. 25 ml hætteglas blev brugt til dette særlige system, og blokke blev designet med følgende dimensioner:

• Blok H x B X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Mand/Kvinde Pin Radius x Længde: 0,125 "x 0,25"

Trin 3: Fremstil sensorblokke

For at fylde et hætteglas med prøve på kommando blev der brugt en sensorbaseret tilgang. En magnetisk sivkontakt bruges til at aktivere den peristaltiske pumpe, når de to magnetikker bringes sammen. For at gøre dette, når hætteglasset er hævet for at modtage prøven, blev blokke af samme dimensioner og lignende design af dem, der blev brugt til at fremstille stativet, designet, men har fire huller nær hvert hjørne til stifter (med samme radius som hannen/hunnen stifter på blokkene og en længde på 2 "men med et lidt tykkere hoved for at forhindre blokken i at glide af) med endnu et hul på 0,3" i midten til slangen, der fylder hætteglasset. To sensorblokke stables sammen med stifter, der går gennem hjørnehullerne på hver blok. Enden af benene er cementeret i hjørnehullerne på den øverste sensorblok for at stabilisere blokkene, der blev brugt varm lim, men de fleste andre klæbemidler skulle også fungere. Med hver halvdel af kontakten klæbet til siden af hver blok, når hætteglasset hæves af det aktiverede lineære tandstangssystem for at modtage prøven, vil det hæve bundblokken til langs stifterne for at møde den øverste sensor blok og tilslut magnetkontakterne, aktiver den peristaltiske pumpe. Bemærk, at det er vigtigt at designe stifterne og hjørnehullerne til at have tilstrækkelig afstand til, at bundblokken let kan glide op og ned i længden af stifterne (mindst 1/8 ").

Trin 4: Kontrol: Opret Arduino -kode og -forbindelser

Del A: Kodebeskrivelse

For at systemet kan fungere efter hensigten, bruges et Arduino Uno -kort til at udføre disse ønskede funktioner. De fire hovedkomponenter, der kræver kontrol, er: igangsætning af processen, som i dette tilfælde var op- og nedknapper, trinmotoren til at hæve og sænke det lineære tandhjuls -system, der holder hætteglasset, den magnetiske rørkontakt aktiveres, når sensorblokkene hæves af hætteglasset og den peristaltiske pumpe for at tænde og fylde hætteglasset, når den magnetiske rørkontakt er aktiveret. For at Arduino kan udføre disse ønskede handlinger for systemet, skal den korrekte kode for hver af de skitserede funktioner uploades til Arduino. Koden (kommenteret for at gøre det let at følge), der blev brugt i dette system, var sammensat af to primære dele: hovedkoden og trinmotorklassen, der er sammensat af en header (.h) og C ++ (.cpp) og er vedhæftet som pdf -filer med tilhørende navne. Teoretisk set kan denne kode kopieres og indsættes, men det bør gennemgås, at der ikke var nogen overførselsfejl. Hovedkoden er, hvad der faktisk udfører de fleste af de ønskede funktioner til dette projekt og er skitseret i nedenstående primære elementer og skal let kunne følges i den kommenterede kode:

• Inkluder klassen til betjening af trinmotoren
• Definer alle variabler og deres tildelte pinplaceringer på Arduino
• Definer alle grænsefladekomponenter som input eller output til Arduino, aktiver trinmotoren
• En if -sætning, der tænder den peristaltiske pumpe, hvis rørkontakten er aktiveret (dette hvis sætningen er i alle andre hvis og mens sløjfer for at sikre, at vi konstant kontrollerer, at hvis pumpen skulle tændes)
• Tilsvarende hvis udsagn om, at når der trykkes op eller ned for at dreje trinmotoren et bestemt antal gange (ved hjælp af en while loop) i den tilsvarende retning

Stepper motor klassen er i det væsentlige en blueprint, der bekvemt giver programmerere mulighed for at styre lignende hardware med den samme kode; teoretisk set kan du kopiere dette og bruge det til forskellige trinmotorer i stedet for at skulle omskrive kode hver gang! Header -filen eller.h -filen indeholder alle de definitioner, der er defineret og brugt specifikt til denne klasse (som at definere variablen i hovedkoden). C ++ - koden eller.cpp -filen er den egentlige arbejdssektion i klassen og specifikt til steppr -motoren.

Del B: Hardwareopsætning

Da Arduino kun leverer 5V, og stepper motor og peristaltisk pumpe kræver 12V kræves en ekstern strømkilde og integreret med passende drivere til hver. Da opsætningen af forbindelserne mellem brødbrættet, Arduino og fungerende komponenter kan være indviklet og kedelig, er der vedlagt et skematisk ledningsdiagram for nemt at vise systemets hardwareopsætning for nem replikation.

Trin 5: Saml

Med delene udskrevet, hardwaren tilsluttet og kode opsat, er det tid til at bringe alt sammen.

1. Saml tandhjulssystemet med trinmotorens arm indsat i åbningen på gearet til servomotoren (se billederne i trin 1).
2. Fastgør frigolitblokken til toppen af stativet (jeg brugte varm lim).
3. Sæt hætteglasset i den udhulede frigolitblok (styrofoam giver isolering for at bekæmpe nedbrydning af din prøve, indtil du kan hente den).
4. Saml modulstativet med hjørneblokke til bund og top, tilføj så mange af de andre blokke for at få den passende højde til at svare til den højde, som tandstangssystemet hæver og sænker. Når den endelige konfiguration er indstillet, anbefales det at lægge klæbemiddel i hunblodernes ender og forbrænde hanenderne. Dette sikrer en stærk bong og vil forbedre systemets integritet.
5. Fastgør de respektive halvdele af de magnetiske rørkontakter til hver sensorblok.
6. Sørg for, at sensorbundens sensorblok frit bevæger sig langs stifternes længde (dvs. at der er tilstrækkelig afstand i hullerne).
7. Saml Arduino og de passende kabelforbindelser, disse er alle placeret i den sorte boks på billedet sammen med trinmotoren.
8. Sæt USB -kablet i Arduino og derefter i en 5V kilde.
9. Slut den eksterne strømforsyning til en stikkontakt (bemærk for at undgå mulig kortslutning af din Arduino det er meget vigtigt at gøre det i denne rækkefølge og sikre, at Arduino ikke rører ved noget metal eller har data uploadet til det, når dette tilslutter det eksterne Strømforsyning).
10. Dobbelt tjek ALT
11. Prøve!

Trin 6: Prøve

Tillykke! Du har oprettet din helt egen demonstrationsautosampler! Selvom denne autosampler ikke ville være så praktisk at bruge i et laboratorium som det er, ville et par ændringer gøre det så! Hold øje med en fremtid, der kan instrueres i at opgradere din demonstrationsautosampler til at kunne bruges i et egentligt laboratorium! I mellemtiden må du gerne vise dit stolte arbejde frem og bruge det, som du finder passende (måske en fancy drinkautomat!)