Demonstrasjon Autosampler: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Denne instruksen ble opprettet for å oppfylle prosjektkravet til Makecourse ved University of South Florida (www.makecourse.com)

Prøvetaking er et viktig aspekt ved nesten alle våtlabber, ettersom de kan analyseres for å gi viktig informasjon for forskning, industri osv. Imidlertid kan prøvetakingsfrekvensen være kjedelig og kreve at noen ofte tar denne prøven, inkludert helger, ferier osv. En autosampler kan avlaste en slik etterspørsel og eliminerer behovet for å planlegge og vedlikeholde en prøvetakingsplan og personalet for å utføre den. I denne instruksjonsboken ble en demonstrasjonsautosampler konstruert som et enkelt system som enkelt kan konstrueres og betjenes. Se den linkede videoen for å få en oversikt over utviklingen av dette prosjektet.

Følgende er en liste over materialene som ble brukt for å konstruere dette prosjektet. Alle disse komponentene bør kunne finnes i butikker eller online med et raskt søk:

• 1 x 3D-skriver
• 1 x varmlimpistol
• 3 x skruer
• 1 x skrutrekker
• 1 x Arduino Uno
• 1 x brødbrett
• 1 x USB til Arduino -kabel
• 1 x 12V, 1A fat plug Ekstern strømforsyning
• 1 x 12V peristaltisk pumpe m/Iduino -driver
• 1 x Nema 17 trinnmotor m/EasyDriver
• 1 x magnetisk sivbryter
• 2 x knapper
• 1 x 25 ml prøve hetteglass
• 1 x 1,5 "x 1,5" isoporblokk, uthult
• Fest ledninger for tilkobling av Arduino og brødbrett
• CAD -programvare (dvs. Fusion 360/AutoCAD)

Trinn 1: Fabricate Lineær Rack and Pinion System

For å heve og senke hetteglasset for å motta prøven, brukte jeg et lineært tannhjulssystem hentet fra Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) med kreditt fra forfatteren: MechEngineerMike. Imidlertid bør ethvert passende tannstangssystem fungere. Dette spesielle tannhjulssystemet er montert sammen med skruer. Mens en servo er vist på bildene, ble en trinnmotor brukt for å gi det nødvendige dreiemomentet.

Anbefalte utskriftsinnstillinger (for utskrift av alle biter):

• Flåter: Nei
• Støtter: Nei
• Oppløsning:.2mm
• Fyll: 10%
• Avhengig av kvaliteten på 3D-skriveren din, slipes utskrevne stykker ufullkommenheter jevnere

Trinn 2: Fremstill stativ

For å huse sensorblokken (diskutert senere) og slangen fra den peristaltiske pumpen for å fylle hetteglasset med prøve, må et stativ lages. Siden dette er en demonstrasjonsmodell der det må gjøres endringer underveis, ble det benyttet en modulær tilnærming. Hver blokk ble designet som mann til kvinne konfigurasjon med tre pinner/hull i hver sin ende for å muliggjøre enkel modifisering, montering og demontering. Hjørneblokken fungerte som base og topp på stativet, mens den andre blokken tjente til å forlenge stativets høyde. Skalaen til systemet avhenger av størrelsen på prøven som ønskes tatt. 25 ml hetteglass ble brukt til dette bestemte systemet, og blokkene ble designet med følgende dimensjoner:

• Blokk H x B X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Mann/hunn Pin Radius x Lengde: 0,125 "x 0,25"

Trinn 3: Fremstill sensorblokker

For å fylle et hetteglass med prøve på kommando, ble en sensorbasert tilnærming benyttet. En magnetisk sivbryter brukes til å aktivere peristaltisk pumpe når de to magnetikkene bringes sammen. For å gjøre dette når hetteglasset er hevet for å motta prøven, ble blokker av samme dimensjoner og lignende utforming av de som ble brukt til å fremstille stativet designet, men har fire hull nær hvert hjørne for pinner (med samme radius som hannen/hunnen pinner på blokkene og en lengde på 2 ", men med et litt tykkere hode for å forhindre at blokken glir av) med et nytt hull på 0,3" i midten for slangen som vil fylle hetteglasset. To sensorblokker er stablet sammen med pinner som går gjennom hjørnehullene på hver blokk. Enden av pinnene er sementert i hjørnehullene på den øverste sensorblokken for å stabilisere blokkene, varmt lim ble brukt, men de fleste andre lim skulle også fungere. Med hver halvdel av bryteren festet til siden av hver blokk, når hetteglasset heves av det aktiverte lineære tannhjulssystemet for å motta prøven, vil den heve den nedre blokken til langs lengden på pinnene for å møte toppsensoren blokker og koble de magnetiske bryterne, og aktiver den peristaltiske pumpen. Vær oppmerksom på at det er viktig å utforme pinnene og hjørnehullene til å ha nok klaring til at den nederste blokken lett kan glide opp og ned i lengden på pinnene (minst 1/8 ").

Trinn 4: Kontroll: Lag Arduino -kode og tilkoblinger

Del A: Kodebeskrivelse

For at systemet skal fungere etter hensikten, brukes et Arduino Uno -kort for å utføre disse ønskede funksjonene. De fire hovedkomponentene som krever kontroll er: å starte prosessen som i dette tilfellet var opp- og nedknapper, trinnmotoren for å heve og senke det lineære tannhjulssystemet som holder hetteglasset, den magnetiske sivbryteren aktiveres når sensorblokkene er hevet av hetteglasset og peristaltisk pumpe for å slå på og fylle hetteglasset når den magnetiske sivbryteren er aktivert. For at Arduino skal kunne utføre de ønskede handlingene for systemet, må den riktige koden for hver av de skisserte funksjonene lastes opp til Arduino. Koden (kommentert for å gjøre det enkelt å følge) som ble brukt i dette systemet, var sammensatt av to hoveddeler: hovedkoden og trinnmotorklassen som består av en topptekst (.h) og C ++ (.cpp) og er vedlagt som pdf -filer med tilhørende navn. Teoretisk sett kan denne koden kopieres og limes inn, men det bør vurderes at det ikke var noen overføringsfeil. Hovedkoden er det som faktisk utfører de fleste av de ønskede funksjonene for dette prosjektet, og er skissert i hovedelementene nedenfor og skal lett kunne følges i den kommenterte koden:

• Inkluder klassen for å betjene trinnmotoren
• Definer alle variablene og deres tildelte pin -steder på Arduino
• Definer alle grensesnittkomponentene som innganger eller utganger til Arduino, aktiver trinnmotoren
• En if -setning som slår på den peristaltiske pumpen hvis sivbryteren er aktivert (dette hvis setningen er i alle andre hvis og mens sløyfer for å sikre at vi hele tiden sjekker at hvis pumpen skal slås på)
• Tilsvarende hvis uttalelser om at når opp eller ned trykkes for å dreie trinnmotoren et visst antall ganger (ved hjelp av en stund -sløyfe) i tilsvarende retning

Steppermotorklassen er i hovedsak en blåkopi som praktisk lar programmerere styre lignende maskinvare med samme kode; teoretisk sett kan du kopiere dette og bruke det til forskjellige trinnmotorer i stedet for å måtte skrive om koden hver gang! Overskriftsfilen eller.h -filen inneholder alle definisjonene som er definert og brukt spesielt for denne klassen (som å definere variabelen i hovedkoden). C ++ - koden eller.cpp -filen er den faktiske arbeidsseksjonen i klassen og spesielt for stepprmotoren.

Del B: Maskinvareoppsett

Siden Arduino bare leverer 5V og trinnmotoren og peristaltisk pumpe krever 12V kreves en ekstern strømkilde og integrert med passende drivere for hver. Ettersom opprettelsen av tilkoblingene mellom brødbrettet, Arduino og fungerende komponenter kan være intrikat og kjedelig, har et koblingsskjema vist ved å enkelt vise maskinvareoppsettet til systemet for enkel replikering.

Trinn 5: Monter

Med delene skrevet ut, maskinvaren kablet og koden satt opp, er det på tide å bringe alt sammen.

1. Monter tannhjulssystemet med trinnmotorens arm satt inn i sporet på giret som er ment for servomotoren (se bildene i trinn 1).
2. Fest isoporblokken på toppen av stativet (jeg brukte varmt lim).
3. Sett hetteglasset inn i den uthulede isoporblokken (styrofoam gir isolasjon for å bekjempe nedbrytning av prøven din til du kan hente den).
4. Monter modulstativet med hjørneblokkene for sokkelen og toppen, legg til så mange av de andre blokkene for å få riktig høyde til å korrespondere med høyden som tannhjulssystemet hever og senker. Når den endelige konfigurasjonen er angitt, anbefales det å sette lim i hunnendene på blokkene og forme den mannlige enden. Dette sikrer en sterk bong og vil forbedre systemets integritet.
5. Fest de respektive halvdelene av de magnetiske sivbryterne til hver sensorblokk.
6. Sørg for at sensorens nederste sensorblokk beveger seg fritt langs pinnene (dvs. at det er nok klaring i hullene).
7. Sett sammen Arduino og de passende kabelforbindelsene, disse er alle plassert i den svarte boksen på bildet sammen med trinnmotoren.
8. Koble USB -kabelen til Arduino og deretter til en 5V -kilde.
9. Koble den eksterne strømforsyningen til en stikkontakt (merk deg for å unngå mulig kortslutning av Arduinoen din. Det er veldig viktig å gjøre det i denne rekkefølgen og sørge for at Arduino ikke berører noe metall eller at data lastes opp til det når dette kobles til det eksterne strømforsyning).
10. Dobbeltsjekk ALT
11. Prøve!

Trinn 6: Prøve

Gratulerer! Du har laget din egen demonstrasjonsautosampler! Selv om denne autosampleren ikke ville være så praktisk å bruke i et laboratorium som det er, ville noen få modifikasjoner gjøre det slik! Hold øye med en fremtidig instruksjon om hvordan du oppgraderer demonstrasjonsautosampleren din for å kunne bruke den i et faktisk laboratorium! I mellomtiden må du gjerne vise frem det stolte arbeidet ditt og bruke det som du finner passende (kanskje en fancy drikkeautomat!)