Demonstrations-Autosampler - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dieses instructable wurde in Erfüllung der Projektanforderung des Makecourse an der University of South Florida (www.makecourse.com) erstellt

Die Probenahme ist ein wichtiger Aspekt in fast jedem Wetlab, da sie analysiert werden kann, um wichtige Informationen für Forschung, Industrie usw. zu liefern. Die Häufigkeit der Probenahme kann jedoch mühsam sein und die häufige Anwesenheit von jemandem erfordern, um die Probe zu entnehmen, einschließlich Wochenenden, Feiertagen usw Ein Autosampler kann diesen Bedarf abbauen und macht die Planung und Pflege eines Probenahmeplans und des Personals, um ihn auszuführen, überflüssig. In diesem Instructable wurde ein Demonstrations-Autosampler als einfaches System konstruiert, das leicht aufgebaut und betrieben werden kann. Sehen Sie sich das verlinkte Video an, um einen Überblick über die Entwicklung dieses Projekts zu erhalten.

Im Folgenden finden Sie eine Liste der Materialien, die für den Bau dieses Projekts verwendet wurden. Alle diese Komponenten sollten in Geschäften oder online mit einer schnellen Suche zu finden sein:

• 1 x 3-D-Drucker
• 1 x Heißklebepistole
• 3 x Schrauben
• 1 x Schraubendreher
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Steckbrett
• 1 x USB-zu-Arduino-Kabel
• 1 x 12V, 1A Barrel Plug externes Netzteil
• 1 x 12-V-Peristaltikpumpe mit Iduino-Treiber
• 1 x Nema 17 Schrittmotor mit EasyDriver
• 1 x Magnetischer Reed-Schalter
• 2 x Tasten
• 1 x 25-ml-Probenfläschchen
• 1 x 1,5" x 1,5" Styroporblock, ausgehöhlt
• Stiftdrähte zum Verbinden von Arduino und Steckbrett
• CAD-Software (d. h. Fusion 360/AutoCAD)

Schritt 1: Lineares Zahnstangen- und Ritzelsystem herstellen

Um das Fläschchen zur Aufnahme der Probe anzuheben und abzusenken, habe ich ein lineares Zahnstangen-Ritzel-System von Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) verwendet, das dem Autor zu verdanken ist: MechEngineerMike. Jedes Zahnstangen- und Ritzelsystem mit entsprechender Größe sollte jedoch funktionieren. Dieses spezielle Zahnstangen-Ritzel-System wird zusammen mit Schrauben montiert. Während auf den Bildern ein Servo zu sehen ist, wurde ein Schrittmotor verwendet, um das erforderliche Drehmoment bereitzustellen.

Empfohlene Druckeinstellungen (zum Drucken aller Teile):

• Flöße: Nein
• Unterstützt: Nein
• Auflösung: 0,2 mm
• Füllung: 10%
• Abhängig von der Qualität Ihres 3D-Druckers wird die Montage durch das Schleifen von gedruckten Unvollkommenheiten reibungsloser

Schritt 2: Standfuß herstellen

Um den Sensorblock (später besprochen) und den Schlauch von der Peristaltikpumpe zum Befüllen des Fläschchens mit Probe unterzubringen, muss ein Ständer hergestellt werden. Da es sich um ein Demonstrationsmodell handelt, bei dem Änderungen vorgenommen werden müssen, wurde ein modularer Ansatz verwendet. Jeder Block wurde als männliche zu weibliche Konfiguration mit drei Stiften/Löchern an ihren jeweiligen Enden entworfen, um eine einfache Modifikation, Montage und Demontage zu ermöglichen. Der Eckbaustein diente als Standfuß und Standoberteil, während der andere Block zur Verlängerung der Standhöhe diente. Der Maßstab des Systems hängt von der Größe der Probe ab, die entnommen werden soll. Für dieses spezielle System wurden 25-ml-Fläschchen verwendet und die Blöcke wurden mit den folgenden Abmessungen entworfen:

• Block H x B x T: 1,5" x 1,5" x 0,5"
• Stiftradius x Länge: 0,125" x 0,25"

Schritt 3: Sensorblöcke herstellen

Um ein Fläschchen auf Befehl mit Probe zu füllen, wurde ein sensorbasierter Ansatz verwendet. Ein magnetischer Reedschalter wird verwendet, um die peristaltische Pumpe zu aktivieren, wenn die beiden Magnete zusammengebracht werden. Um dies zu erreichen, wenn das Fläschchen zur Aufnahme der Probe angehoben wird, wurden Blöcke mit den gleichen Abmessungen und ähnlichem Design wie bei der Herstellung des Ständers entworfen, jedoch mit vier Löchern in der Nähe jeder Ecke für Stifte (mit dem gleichen Radius wie das männliche/weibliche). Stifte der Blöcke und einer Länge von 2 Zoll, aber mit einem etwas dickeren Kopf, um ein Abrutschen des Blocks zu verhindern) mit einem weiteren Loch mit einem Durchmesser von 0,3 Zoll in der Mitte für den Schlauch, der das Fläschchen füllt. Zwei Sensorblöcke werden zusammen gestapelt, wobei Stifte durch die Ecklöcher jedes Blocks gehen. Die Enden der Stifte werden in die Ecklöcher des oberen Sensorblocks geklebt, um die Blöcke zu stabilisieren, es wurde Heißkleber verwendet, aber die meisten anderen Klebstoffe sollten auch funktionieren. Wenn jede Hälfte des Schalters an der Seite jedes Blocks befestigt ist, wird das Fläschchen beim Anheben des aktivierten linearen Zahnstangensystems zur Aufnahme der Probe den unteren Block entlang der Länge der Stifte anheben, um den oberen Sensor zu treffen Blockieren und schließen Sie die Magnetschalter an, wodurch die Peristaltikpumpe aktiviert wird. Beachten Sie, dass es wichtig ist, die Stifte und Ecklöcher so zu gestalten, dass genügend Spiel vorhanden ist, damit der untere Block leicht über die Länge der Stifte (mindestens 1/8 ) nach oben und unten gleiten kann.

Schritt 4: Steuerung: Arduino-Code und Verbindungen erstellen

Teil A: Codebeschreibung

Damit das System wie vorgesehen funktioniert, wird ein Arduino Uno-Board verwendet, um diese gewünschten Funktionen auszuführen. Die vier Hauptkomponenten, die gesteuert werden müssen, sind: Initiieren des Prozesses, in diesem Fall Auf- und Ab-Tasten, der Schrittmotor zum Heben und Senken des linearen Zahnstangen- und Ritzelsystems, das die Libelle hält, der magnetische Reed-Schalter, der aktiviert wird, wenn die Sensorblöcke angehoben werden durch das Fläschchen und die peristaltische Pumpe, um sich einzuschalten und das Fläschchen zu füllen, wenn der magnetische Reed-Schalter aktiviert wird. Damit der Arduino diese gewünschten Aktionen für das System ausführen kann, muss der richtige Code für jede dieser beschriebenen Funktionen in den Arduino hochgeladen werden. Der in diesem System verwendete Code (aus Gründen der Übersichtlichkeit kommentiert) bestand aus zwei Hauptteilen: dem Hauptcode und der Schrittmotorklasse, die aus einem Header (.h) und C++ (.cpp) besteht und werden als pdf-Dateien mit den entsprechenden Namen angehängt. Theoretisch kann dieser Code kopiert und eingefügt werden, sollte jedoch überprüft werden, dass kein Übertragungsfehler aufgetreten ist. Der Hauptcode führt tatsächlich die meisten der gewünschten Funktionen für dieses Projekt aus und ist in den folgenden Hauptelementen skizziert und sollte im kommentierten Code leicht zu verfolgen sein:

• Schließen Sie die Klasse ein, um den Schrittmotor zu betreiben
• Definieren Sie alle Variablen und ihre zugewiesenen Pin-Positionen auf dem Arduino
• Definieren Sie alle Schnittstellenkomponenten als Eingänge oder Ausgänge zum Arduino, aktivieren Sie den Schrittmotor
• Eine if-Anweisung, die die Peristaltikpumpe einschaltet, wenn der Reed-Schalter aktiviert ist (diese if-Anweisung befindet sich in allen anderen if- und while-Schleifen, um sicherzustellen, dass wir ständig überprüfen, ob die Pumpe eingeschaltet werden soll)
• Entsprechende if-Anweisungen, dass beim Drücken der Auf- oder Ab-Taste der Schrittmotor eine bestimmte Anzahl von Malen (mithilfe einer while-Schleife) in die entsprechende Richtung gedreht wird

Die Schrittmotorklasse ist im Wesentlichen eine Blaupause, die es Programmierern ermöglicht, ähnliche Hardware mit demselben Code zu steuern; theoretisch können Sie dies kopieren und für verschiedene Schrittmotoren verwenden, anstatt jedes Mal Code neu schreiben zu müssen! Die Header-Datei oder.h-Datei enthält alle Definitionen, die speziell für diese Klasse definiert und verwendet werden (wie die Definition der Variablen im Hauptcode). Der C++-Code oder die.cpp-Datei ist der eigentliche Arbeitsabschnitt der Klasse und speziell für den Schrittmotor.

Teil B: Hardware-Setup

Da der Arduino nur 5V liefert und der Schrittmotor und die Schlauchpumpe 12V benötigen, wird eine externe Stromquelle benötigt und mit entsprechenden Treibern für jeden integriert. Da das Einrichten der Verbindungen zwischen Steckbrett, Arduino und funktionierenden Komponenten kompliziert und mühsam sein kann, wurde ein Schaltplan beigefügt, um den Hardware-Setup des Systems für eine einfache Replikation leicht zu zeigen.

Schritt 5: Zusammenbauen

Wenn die Teile gedruckt, die Hardware verkabelt und der Code eingerichtet ist, ist es an der Zeit, alles zusammenzubringen.

1. Montieren Sie das Zahnstangen- und Ritzelsystem mit dem Arm des Schrittmotors, der in den Schlitz des für den Servomotor vorgesehenen Getriebes eingesetzt ist (siehe Bilder in Schritt 1).
2. Befestigen Sie den Styroporblock an der Oberseite des Gestells (ich habe Heißkleber verwendet).
3. Setzen Sie das Fläschchen in den ausgehöhlten Styroporblock ein (Styropor bietet eine Isolierung, um den Abbau Ihrer Probe zu verhindern, bis Sie sie zurückholen können).
4. Bauen Sie den modularen Ständer mit den Eckblöcken für die Basis und das Oberteil zusammen, fügen Sie so viele der anderen Blöcke hinzu, um die entsprechende Höhe zu erhalten, die der Höhe entspricht, die das Zahnstangen- und Ritzelsystem hebt und senkt. Sobald eine endgültige Konfiguration festgelegt ist, wird empfohlen, die Buchsenenden der Blöcke mit Klebstoff zu versehen und die männlichen Enden zu vernageln. Dies gewährleistet eine starke Bong und verbessert die Integrität des Systems.
5. Befestigen Sie die jeweiligen Hälften der magnetischen Reedschalter an jedem Sensorblock.
6. Stellen Sie sicher, dass sich der untere Sensorblock des Sensors entlang der Länge der Stifte frei bewegen kann (d. h. dass genügend Spiel in den Löchern vorhanden ist).
7. Montieren Sie das Arduino und die entsprechenden Kabelverbindungen, diese sind alle zusammen mit dem Schrittmotor in der schwarzen Box im Bild untergebracht.
8. Stecken Sie das USB-Kabel in den Arduino und dann in eine 5V-Quelle.
9. Stecken Sie das externe Netzteil in eine Steckdose (beachten Sie, um einen möglichen Kurzschluss Ihres Arduino zu vermeiden, ist es sehr wichtig, dies in dieser Reihenfolge zu tun und sicherzustellen, dass das Arduino nichts Metall berührt oder Daten darauf hochgeladen werden, wenn dies extern angeschlossen wird Energieversorgung).
10. Überprüfen Sie ALLES
11. Stichprobe!

Schritt 6: Probe

Herzliche Glückwünsche! Sie haben Ihren eigenen Demonstrations-Autosampler erstellt! Dieser Autosampler wäre zwar nicht so praktisch für den Einsatz in einem Labor, aber ein paar Modifikationen würden es so machen! Halten Sie Ausschau nach einer zukünftigen Anleitung zum Aktualisieren Ihres Demonstrations-Autosamplers, um in einem tatsächlichen Labor verwendet werden zu können! Zeigen Sie in der Zwischenzeit Ihre stolze Arbeit und verwenden Sie sie nach Belieben (vielleicht einen ausgefallenen Getränkespender!)