Демонстрационен автосемплер: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Тази инструкция е създадена в изпълнение на проектните изисквания на Makecourse в Университета на Южна Флорида (www.makecourse.com)

Вземането на проби е важен аспект на почти всяка влажна лаборатория, тъй като те могат да бъдат анализирани, за да предоставят важна информация за научни изследвания, промишленост и т.н. Честотата на вземане на проби обаче може да бъде досадна и да изисква често присъствие на някой да вземе посочената проба, включително през почивните дни, празниците и т.н. Автомобилен пробовземач може да облекчи такова търсене и елиминира необходимостта от планиране и поддържане на график за вземане на проби и персонала, който да го изпълни. В тази инструкция демонстрационен автосемплер е конструиран като проста система, която може лесно да бъде конструирана и управлявана. Моля, гледайте свързаното видео, за да погледнете обзор на развитието на този проект.

По -долу е даден списък на материалите, използвани за изграждането на този проект, всички тези компоненти трябва да могат да бъдат намерени в магазини или онлайн с бързо търсене:

• 1 x 3-D принтер
• 1 х пистолет за горещо лепило
• 3 x Винтове
• 1 x отвертка
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Платка
• 1 x USB към Arduino кабел
• 1 x 12V, 1A Външно захранване
• 1 x 12V перисталтична помпа с драйвер Iduino
• 1 x стъпков двигател Nema 17 с EasyDriver
• 1 x Магнитен геркон
• 2 x копчета
• 1 x 25 ml флакон с проба
• 1 x 1,5 "x 1,5" блок от стиропор, издълбан
• Пин проводници за свързване на Arduino и макет
• CAD софтуер (напр. Fusion 360/AutoCAD)

Стъпка 1: Изработете линейна система от зъбни колела и зъбни колела

За да повдигна и спусна флакона за получаване на пробата, използвах линейна система от зъбни колела и зъбни колела, взета от Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464), благодарение на автора: MechEngineerMike. Въпреки това, всяка система с подходящи размери на зъбчатите колела трябва да работи. Тази конкретна система от зъбни колела е монтирана заедно с винтове. Докато в изображенията е показано серво, за да се осигури необходимия въртящ момент, е използван стъпков двигател.

Препоръчителни настройки за печат (за отпечатване на всички парчета):

• Салове: Не
• Поддържа: Не
• Разделителна способност:.2 мм
• Запълване: 10%
• В зависимост от качеството на вашия 3-D принтер, шлайфането на отпечатани парчета несъвършенства ще направи монтажа по-гладък

Стъпка 2: Изработете стойка

За да се поставят сензорният блок (обсъден по -нататък) и тръбите от перисталтичната помпа, за да се напълни флакона с проба, трябва да се изработи стойка. Тъй като това е демонстрационен модел, при който ще трябва да се направят промени по пътя, беше използван модулен подход. Всеки блок е проектиран като мъжка към женска конфигурация с три щифта/отвора в съответните им краища, за да позволи лесна модификация, монтаж и разглобяване. Ъгловият градивен елемент функционира като основа и горната част на стойката, докато другият блок служи за удължаване на височината на стойката. Мащабът на системата зависи от размера на пробата, която се желае да бъде взета. За тази конкретна система бяха използвани флакони от 25 ml и блоковете бяха проектирани със следните размери:

• Блок В x Ш x Д: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Радиус на мъжки/женски щифт x дължина: 0,125 "x 0,25"

Стъпка 3: Изработете сензорни блокове

За да се напълни флакон с проба по команда, беше използван сензорен подход. Магнитният тръстиков превключвател се използва за активиране на перисталтичната помпа, когато двата магнита се съберат. За да направите това, когато флаконът е повдигнат, за да вземе пробата, са проектирани блокове със същите размери и подобен дизайн на тези, използвани за изработката на стойката, но имат четири отвора близо до всеки ъгъл за щифтове (със същия радиус като мъжкия/женския щифтове на блоковете и с дължина 2 ", но с малко по -дебела глава, за да се предотврати изплъзването на блока) с друг отвор с диаметър 0,3" в центъра за тръбата, която ще запълни флакона. Два сензорни блока са подредени заедно с щифтове, преминаващи през ъгловите отвори на всеки блок. Краищата на щифтовете са циментирани в ъгловите отвори на горния сензорен блок за стабилизиране на блоковете, използвано е горещо лепило, но повечето други лепила също трябва да работят. С всяка половина на превключвателя, залепена отстрани на всеки блок, когато флаконът се повдигне от активираната линейна рейка и пиньон система за приемане на пробата, той ще повдигне долния блок по дължината на щифтовете, за да отговори на горния сензор блокирайте и свържете магнитните превключватели, като активирате перисталтичната помпа. Обърнете внимание, че е важно да се проектират щифтовете и ъгловите отвори, за да имат достатъчно разстояние, за да позволят на долния блок лесно да се плъзга нагоре и надолу по дължината на щифтовете (поне 1/8 ").

Стъпка 4: Контрол: Създайте Arduino код и връзки

Част А: Описание на кода

За да функционира системата по предназначение, за изпълнение на тези желани функции се използва дъска Arduino Uno. Четирите основни компонента, изискващи контрол, са: иницииране на процеса, който в този случай са бутоните нагоре и надолу, стъпковият двигател за повдигане и спускане на линейната система от зъбни колела и зъбни колела, държащи флакона, магнитният тръстиков превключвател за активиране, когато сензорните блокове са повдигнати от флакона и перисталтичната помпа, за да се включи и напълни флакона, когато магнитният тръстиков превключвател е активиран. За да може Arduino да извърши тези желани действия за системата, подходящият код за всяка от тези очертани функции трябва да бъде качен в Arduino. Кодът (коментиран за улесняване на следването), използван в тази система, се състои от две основни части: основният код и класът на стъпкови двигатели, който се състои от заглавка (.h) и C ++ (.cpp) и са прикачени като pdf файлове със съответните им имена. Теоретично този код може да бъде копиран и поставен, но трябва да се прегледа, че няма грешка при прехвърлянето. Основният код е това, което всъщност изпълнява повечето от желаните функции за този проект и е очертан в основните елементи по -долу и трябва да може лесно да се следва в коментирания код:

• Включете класа за работа на стъпковия двигател
• Определете всички променливи и назначените им места за изводи на Arduino
• Определете всички взаимодействащи компоненти като входове или изходи на Arduino, активирайте стъпковия двигател
• Изявление if, което включва перисталтичната помпа, ако е включен тръстиковият превключвател (това ако инструкцията е във всички останали цикли if и while, за да сме сигурни, че постоянно проверяваме дали помпата трябва да бъде включена)
• Съответстващ if, че когато се натисне нагоре или надолу за завъртане на стъпковия двигател определен брой пъти (използвайки цикъл while) в съответната посока

Класът на стъпкови двигатели е по същество план, който удобно позволява на програмистите да контролират подобен хардуер със същия код; теоретично можете да копирате това и да го използвате за различни стъпкови двигатели, вместо да се налага да пренаписвате код всеки път! Заглавният файл или.h файлът съдържа всички дефиниции, които са дефинирани и използвани специално за този клас (като дефиниране на променливата в основния код). C ++ кодът или.cpp файлът е действителната работна секция на класа и специално за стъпковия двигател.

Част Б: Настройка на хардуера

Тъй като Arduino захранва само 5V, а стъпковият двигател и перисталтичната помпа изискват 12V, е необходим външен източник на захранване и интегриран с подходящи драйвери за всеки. Тъй като настройването на връзките между основната платка, Arduino и функциониращите компоненти може да бъде сложно и досадно, е прикрепена схема на окабеляване, която лесно показва хардуерната настройка на системата за лесно копиране.

Стъпка 5: Сглобете

С отпечатаните части, хардуерния кабел и настройката на кода е време да съберете всичко.

1. Сглобете системата от зъбни колела и зъбни колела с рамото на стъпковия двигател, вмъкнато в гнездото на предавката, предназначено за серво мотора (вижте изображенията в стъпка 1).
2. Прикрепете стиропорения блок към горната част на стелажа (използвах горещо лепило).
3. Поставете флакона в издълбания блок от стиропор, (стиропорът осигурява изолация за борба с разграждането на пробата ви, докато не успеете да я извадите).
4. Сглобете модулната стойка с ъгловите блокове за основата и горната част, добавете колкото се може повече от останалите блокове, за да получите подходящата височина, която да съответства на височината, която системата за зъбни колела повдига и спуска. След като бъде зададена окончателна конфигурация, се препоръчва да се постави лепило в женските краища на блоковете и да се изпържи мъжкия край. Това гарантира силен удар и ще подобри целостта на системата.
5. Прикрепете съответните половини на магнитните тръстикови превключватели към всеки сензорен блок.
6. Уверете се, че долният сензорен блок на сензора се движи свободно по дължината на щифтовете (т.е. че има достатъчно свободно пространство в отворите).
7. Сглобете Arduino и подходящите кабелни връзки, всички те са поместени в черната кутия в изображението заедно със стъпковия двигател.
8. Включете USB кабела в Arduino и след това в 5V източник.
9. Включете външното захранване в контакт (обърнете внимание, за да избегнете евентуално късо съединение на вашия Arduino, много е важно да го направите в този ред и да се уверите, че Arduino не докосва нищо метално или не качва данни към него, когато това включва външното захранване).
10. Проверете отново ВСИЧКО
11. Проба!

Стъпка 6: Пример

Честито! Създали сте свой собствен демонстрационен автосемплер! Въпреки че този автосемплер не би бил толкова практичен за използване в лаборатория, както е, няколко модификации биха го направили такъв! Внимавайте за бъдещи инструкции за надграждане на демонстрационния автосемплер, за да можете да го използвате в истинска лаборатория! Междувременно не се колебайте да покажете гордата си работа и да я използвате, както сметнете за добре (може би фантастичен дозатор за напитки!)