Autosampler Demonstrasi: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Instruksional ini dibuat untuk memenuhi keperluan projek Makecourse di University of South Florida (www.makecourse.com)

Persampelan adalah aspek penting dari hampir semua pelat basah kerana mereka dapat dianalisis untuk memberikan maklumat penting untuk penyelidikan, industri, dll. Namun, kekerapan pengambilan sampel dapat membosankan dan memerlukan kehadiran seseorang yang kerap untuk mengambil sampel tersebut termasuk hujung minggu, cuti, dll. Autosampler dapat meringankan permintaan tersebut dan menghilangkan perlunya penjadualan dan pemeliharaan jadual persampelan dan personel untuk melaksanakannya. Dalam Instructable ini, autosampler demonstrasi dibina sebagai sistem mudah yang boleh dibina dan dikendalikan dengan mudah. Sila tonton video yang dipautkan untuk melihat gambaran keseluruhan perkembangan projek ini.

Berikut adalah senarai bahan yang digunakan untuk membina projek ini, semua komponen ini boleh didapati di kedai atau dalam talian dengan carian pantas:

• Pencetak 1 x 3-D
• 1 x Senapang Panas
• 3 x Skru
• 1 x Pemutar Skru
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Papan Roti
• 1 x USB ke Arduino Cable
• Bekalan Kuasa Luaran 1 x 12V, 1A Barrel Plug
• 1 x 12V Peristaltic Pump dengan Pemandu Iduino
• 1 x Nema 17 Stepper Motor dengan EasyDriver
• 1 x Suis Buluh Magnetik
• 2 x Butang
• 1 x 25 ml botol sampel
• Blok styrofoam 1 x 1.5 "x 1.5", berlubang
• Kabel pin untuk menyambungkan Arduino dan papan roti
• Perisian CAD (iaitu Fusion 360 / AutoCAD)

Langkah 1: Fabrikasi Linear Rack dan Pinion System

Untuk menaikkan dan menurunkan botol untuk menerima sampel, saya menggunakan sistem rak dan pinion linear yang diambil dari Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) dengan kredit kerana pengarang: MechEngineerMike. Bagaimanapun sistem rak dan pinion yang bersaiz tepat harus berfungsi. Sistem rak dan pin khusus ini dipasang bersama dengan skru. Walaupun servo ditunjukkan dalam gambar, motor stepper digunakan untuk memberikan tork yang diperlukan.

Tetapan Cetakan yang Disyorkan (untuk mencetak semua kepingan):

• Rakit: Tidak
• Menyokong: Tidak
• Penyelesaian:.2mm
• Isi: 10%
• Bergantung pada kualiti pencetak 3-D anda, pengesahan kepingan yang dicetak akan menjadikan pemasangan lebih lancar

Langkah 2: Fabrikasi Berdiri

Untuk menempatkan blok sensor (dibincangkan kemudian) dan tiub dari pam peristaltik untuk mengisi botol dengan sampel, pendirian perlu dibuat. Kerana ini adalah model demonstrasi di mana perubahan harus dilakukan sepanjang jalan, pendekatan modular digunakan. Setiap blok dirancang sebagai konfigurasi lelaki hingga wanita dengan tiga pin / lubang di hujung masing-masing untuk memungkinkan pengubahsuaian, pemasangan, dan pembongkaran yang mudah. Blok bangunan sudut berfungsi sebagai pangkalan dan bahagian atas pendirian, sementara blok lain berfungsi untuk memanjangkan ketinggian pendirian. Skala sistem bergantung pada ukuran sampel yang ingin diambil. Botol 25mL digunakan untuk sistem ini dan blok-bloknya dirancang dengan dimensi berikut:

• Sekat H x W X D: 1.5 "x 1.5" x 0.5"
• Jejari Pin Lelaki / Wanita x Panjang: 0.125 "x 0.25"

Langkah 3: Blok Sensor Fabrikasi

Untuk mengisi botol dengan contoh perintah, pendekatan berdasarkan sensor digunakan. Suis reed magnetik digunakan untuk mengaktifkan pam peristaltik apabila kedua-dua magnet tersebut disatukan. Untuk melakukan ini apabila botol dinaikkan untuk menerima sampel, blok dengan dimensi yang sama dan reka bentuk yang serupa dengan yang digunakan untuk membuat pendirian dirancang tetapi mempunyai empat lubang di dekat setiap sudut untuk pin (dengan jejari yang sama dengan lelaki / wanita pin blok dan panjang 2 "tetapi dengan kepala yang sedikit lebih tebal untuk mengelakkan blok tergelincir) dengan lubang diameter 0.3" yang lain di tengah tiub yang akan mengisi botol. Dua blok sensor disusun bersama pin yang melalui lubang sudut setiap blok. Hujung pin disemen di lubang sudut blok sensor atas untuk menstabilkan blok, gam panas digunakan tetapi kebanyakan pelekat lain juga harus berfungsi. Dengan setiap separuh suis melekat pada sisi setiap blok, ketika botol dinaikkan oleh rak linier yang diaktifkan dan sistem pinion untuk menerima sampel, ia akan menaikkan blok bawah sepanjang panjang pin untuk memenuhi sensor atas blok dan sambungkan suis magnet, mengaktifkan pam peristaltik. Perhatikan bahawa penting untuk merancang pin dan lubang sudut supaya mempunyai jarak yang cukup untuk membolehkan blok bawah mudah meluncur ke atas dan ke bawah panjang pin (sekurang-kurangnya 1/8 ").

Langkah 4: Kawalan: Buat Kod dan Sambungan Arduino

Bahagian A: Penerangan Kod

Agar sistem berfungsi sebagaimana mestinya, papan Arduino Uno digunakan untuk menjalankan fungsi yang diinginkan ini. Empat komponen utama yang memerlukan kawalan adalah: memulai proses yang dalam hal ini adalah tombol atas dan bawah, motor stepper untuk menaikkan dan menurunkan rak linier dan sistem pinion yang memegang vial, suis reed magnetik untuk diaktifkan ketika blok sensor dinaikkan oleh botol, dan pam peristaltik untuk menghidupkan dan mengisi botol apabila suis buluh magnet diaktifkan. Agar Arduino melakukan tindakan yang diinginkan untuk sistem ini, kod yang betul untuk setiap fungsi yang digariskan perlu dimuat naik ke dalam Arduino. Kod (dikomentari untuk membuatnya mudah diikuti) yang digunakan dalam sistem ini terdiri dari dua bahagian utama: kod utama, dan kelas motor stepper yang terdiri dari header (.h) dan C ++ (.cpp) dan dilampirkan sebagai fail pdf dengan nama yang sesuai. Secara teorinya kod ini dapat disalin dan ditampal tetapi harus ditinjau bahawa tidak ada kesalahan pemindahan. Kod utama adalah apa yang sebenarnya menjalankan sebahagian besar fungsi yang diinginkan untuk projek ini dan digariskan dalam elemen utama di bawah ini dan dapat diikuti dengan mudah dalam kod yang dikomen:

• Sertakan kelas untuk mengendalikan motor stepper
• Tentukan semua pemboleh ubah dan lokasi pin yang ditentukan di Arduino
• Tentukan semua komponen antara muka sebagai input atau output ke Arduino, aktifkan motor stepper
• Pernyataan if yang menghidupkan pam peristaltik jika suis reed diaktifkan (ini jika pernyataan ada di semua lain jika dan semasa gelung untuk memastikan bahawa kita sentiasa memeriksa bahawa jika pam harus dihidupkan)
• Sesuai dengan pernyataan bahawa ketika naik atau turun ditekan untuk memutar motor stepper beberapa kali (menggunakan loop sementara) ke arah yang sesuai

Kelas motor stepper pada asasnya adalah cetak biru yang memudahkan pengaturcara untuk mengawal perkakasan yang serupa dengan kod yang sama; secara teorinya anda boleh menyalinnya dan menggunakannya untuk motor stepper yang berbeza dan bukannya perlu menulis semula kod setiap kali! Fail header atau.h mengandungi semua definisi yang ditentukan dan digunakan khusus untuk kelas ini (seperti menentukan pemboleh ubah dalam kod utama). Kod C ++ atau fail.cpp adalah bahagian sebenar kelas dan khusus untuk motor steppr.

Bahagian B: Persediaan Perkakasan

Oleh kerana Arduino hanya membekalkan 5V dan motor stepper dan pam peristaltik memerlukan 12V sumber kuasa luaran diperlukan dan disatukan dengan pemacu yang sesuai untuk masing-masing. Semasa mengatur hubungan antara papan roti, Arduino dan komponen berfungsi dapat menjadi rumit dan membosankan, skema diagram pendawaian telah dilampirkan untuk menunjukkan penyediaan perkakasan sistem dengan mudah untuk direplikasi dengan mudah.

Langkah 5: Berkumpul

Dengan bahagian yang dicetak, perkakasan berwayar, dan kod disiapkan, inilah masanya untuk menyatukan semuanya.

1. Pasang sistem rak dan pinion dengan lengan motor stepper yang dimasukkan ke dalam slot gear yang dimaksudkan untuk motor servo (lihat gambar di langkah 1).
2. Pasang blok styrofoam ke bahagian atas rak (saya menggunakan gam panas).
3. Masukkan botol ke dalam blok styrofoam yang berlubang, (styrofoam menyediakan penebat untuk memerangi kerosakan sampel anda sehingga anda dapat mengambilnya).
4. Pasang dudukan modular dengan blok sudut untuk dasar dan atas, tambahkan sebilangan blok lain untuk mendapatkan ketinggian yang sesuai agar sesuai dengan ketinggian yang dinaikkan dan diturunkan oleh sistem rak dan pinion. Setelah konfigurasi akhir ditetapkan, disarankan untuk meletakkan pelekat di hujung blok wanita dan lepaskan hujung lelaki. Ini memastikan bong kuat dan akan meningkatkan integriti sistem.
5. Pasang bahagian suis reed magnetik masing-masing ke setiap blok sensor.
6. Pastikan blok sensor bahagian bawah sensor bergerak dengan bebas sepanjang panjang pin (iaitu bahawa terdapat ruang yang cukup pada lubang).
7. Pasang Arduino dan sambungan berwayar yang sesuai, semuanya diletakkan di dalam kotak hitam pada gambar bersama dengan motor stepper.
8. Pasangkan kabel USB ke Arduino dan kemudian ke sumber 5V.
9. Pasang bekalan kuasa luaran ke soket (perhatikan untuk mengelakkan kemungkinan kekurangan Arduino anda, sangat penting untuk melakukannya dalam urutan ini dan pastikan bahawa Arduino tidak menyentuh logam apa pun atau mempunyai data yang dimuat ke dalamnya semasa ini menyambungkannya ke luar bekalan kuasa).
10. Periksa semula SEGALANYA
11. Contoh!

Langkah 6: Contoh

Tahniah! Anda telah membuat autosampler demonstrasi anda sendiri! Walaupun penguji automatik ini tidak semestinya praktikal untuk digunakan di makmal, beberapa pengubahsuaian akan menjadikannya begitu! Awasi masa depan yang diperintahkan untuk meningkatkan autosampler demonstrasi anda agar dapat digunakan di makmal sebenar! Untuk sementara waktu, sila pamerkan karya anda yang membanggakan dan gunakannya sesuai keinginan anda (mungkin dispenser minuman mewah!)