Mostreig automàtic de demostració: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquesta instrucció es va crear per complir el requisit del projecte del Makecourse de la Universitat del Sud de Florida (www.makecourse.com)

El mostreig és un aspecte important de gairebé qualsevol humit, ja que es pot analitzar per proporcionar informació important per a la investigació, la indústria, etc. No obstant això, la freqüència del mostreig pot ser tediós i requereix la presència freqüent d'algú per prendre aquesta mostra, inclosos els caps de setmana, vacances, etc. Un mostreig automàtic pot alleujar aquesta demanda i elimina la necessitat de programar i mantenir un calendari de mostreig i el personal per executar-la. En aquest instructiu es va construir un mostreig automàtic de demostració com un sistema senzill que es pot construir i operar fàcilment. Mireu el vídeo enllaçat per veure una visió general del desenvolupament d’aquest projecte.

A continuació es mostra una llista dels materials utilitzats per construir aquest projecte; tots aquests components haurien de trobar-se a les botigues o en línia mitjançant una cerca ràpida:

• 1 x impressora 3D
• 1 x pistola de cola calenta
• 3 x cargols
• 1 x tornavís
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Taula de pa
• 1 x cable USB a Arduino
• 1 x 12V, 1A Barril Plug Alimentació externa
• 1 x bomba peristàltica de 12V amb controlador Iduino
• 1 x motor pas a pas Nema 17 amb EasyDriver
• 1 x interruptor magnètic de canya
• 2 botons
• 1 vial de mostra de 25 ml
• 1 bloc d’espuma d’espuma d’1 x 1,5 "x 1,5", buit
• Cables de connexió per connectar Arduino i taulers de suport
• Programari CAD (és a dir, Fusion 360 / AutoCAD)

Pas 1: fabricar el sistema de pinyó i cremallera lineal

Per tal de pujar i baixar el vial per rebre la mostra, he utilitzat un sistema de pinyó i cremallera lineal extret de Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) amb el crèdit de l'autor: MechEngineerMike. Tanmateix, qualsevol sistema de pinyó i cremallera de la mida adequada hauria de funcionar. Aquest particular sistema de pinyó i cremallera es munta junt amb cargols. Mentre es mostra un servo a les imatges, es va utilitzar un motor pas a pas per proporcionar el parell necessari.

Configuració d'impressió recomanada (per imprimir totes les peces):

• Basses: no
• Suports: no
• Resolució:.2mm
• Emplenament: 10%
• Depenent de la qualitat de la impressora 3-D, liureu les peces impreses d’imperfeccions perquè el muntatge sigui més suau

Pas 2: fabricar el suport

Per allotjar el bloc del sensor (discutit més endavant) i el tub de la bomba peristàltica per omplir el vial de mostra, cal fabricar un suport. Com que es tracta d'un model de demostració on caldria fer canvis al llarg del camí, es va utilitzar un enfocament modular. Cada bloc es va dissenyar com a configuració masculina a femenina amb tres passadors / forats en els seus respectius extrems per permetre una fàcil modificació, muntatge i desmuntatge. El bloc de construcció de cantonada funcionava com a base i part superior del suport, mentre que l’altre bloc servia per allargar l’alçada del suport. L'escala del sistema depèn de la mida de la mostra que es vulgui prendre. Es van utilitzar vials de 25 ml per a aquest sistema en particular i els blocs es van dissenyar amb les dimensions següents:

• Bloc H x W X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Rascó masculí / femení x longitud: 0,125 "x 0,25"

Pas 3: fabricar blocs de sensor

Per omplir un flascó amb una mostra per ordre, es va utilitzar un enfocament basat en el sensor. Un interruptor magnètic de canya s’utilitza per activar la bomba peristàltica quan s’uneixen els dos magnètics. Per fer-ho quan el vial s’aixeca per rebre la mostra, es van dissenyar blocs de les mateixes dimensions i un disseny similar dels que s’utilitzen per fabricar el suport, però tenen quatre forats a prop de cada cantonada per als passadors (amb el mateix radi que el mascle / femella) passadors dels blocs i una longitud de 2 ", però amb un cap una mica més gruixut per evitar que el bloc es llisqui) amb un altre forat de 0,3" de diàmetre al centre del tub que omplirà el vial. Dos blocs de sensors s’apilen junts amb passadors que passen pels forats de les cantonades de cada bloc. L’extrem dels passadors es cimenta als forats de les cantonades del bloc superior del sensor per estabilitzar els blocs, s’utilitzava cola calenta però la majoria d’altres adhesius també haurien de funcionar. Amb cada meitat del commutador adherit al costat de cada bloc, quan el vial s'eleva mitjançant el sistema de pinyó i cremallera lineal activat per rebre la mostra, elevarà el bloc inferior fins a la longitud dels passadors per satisfer el sensor superior bloquejar i connectar els interruptors magnètics, activant la bomba peristàltica. Tingueu en compte que és important dissenyar els passadors i els forats de les cantonades per tenir suficient espai per permetre que el bloc inferior llisqui fàcilment cap amunt i cap avall la longitud dels passadors (almenys 1/8 ").

Pas 4: Control: Creeu codi Arduino i connexions

Part A: Descripció del codi

Per tal que el sistema funcioni de la manera prevista, s’utilitza una placa Arduino Uno per dur a terme aquestes funcions desitjades. Els quatre components principals que requereixen control són: iniciar el procés que en aquest cas eren botons amunt i avall, el motor pas a pas per pujar i baixar el sistema de pinyó i cremallera lineal que sosté el vial, l’interruptor magnètic de canya per activar-se quan s’alçen els blocs del sensor. pel vial i la bomba peristàltica per encendre i omplir el vial quan s’activa l’interruptor magnètic de canya. Perquè Arduino dugui a terme aquestes accions desitjades per al sistema, cal penjar el codi adequat per a cadascuna d’aquestes funcions descrites a l’Arduino. El codi (comentat per facilitar el seguiment) que s’utilitzava en aquest sistema estava format per dues parts primàries: el codi principal i la classe de motor pas a pas que es compon d’una capçalera (.h) i C ++ (.cpp) i s’adjunten com a fitxers pdf amb els seus noms corresponents. Teòricament aquest codi es pot copiar i enganxar, però s'ha de revisar que no hi ha hagut cap error de transferència. El codi principal és el que realment realitza la majoria de les funcions desitjades per a aquest projecte i es descriu als elements primaris següents i s’hauria de poder seguir fàcilment al codi comentat:

• Incloeu la classe per fer funcionar el motor pas a pas
• Definiu totes les variables i les seves ubicacions de pin assignades a l'Arduino
• Definiu tots els components d'interfície com a entrades o sortides a l'Arduino, activeu el motor pas a pas
• Una sentència if que activa la bomba peristàltica si l'interruptor reed està activat (aquesta sentència si es troba en tots els altres bucles si i mentre s'assegura que estem comprovant constantment si s'hauria d'engegar la bomba)
• Corresponent si afirmacions que quan es prem el botó amunt o avall per girar el motor pas a pas un cert nombre de vegades (mitjançant un bucle while) en la direcció corresponent

La classe del motor pas a pas és essencialment un pla que permet convenientment als programadors controlar maquinari similar amb el mateix codi; teòricament, podeu copiar-lo i utilitzar-lo per a diferents motors pas a pas en lloc d’haver de reescriure el codi cada vegada. El fitxer de capçalera o fitxer.h conté totes les definicions que es defineixen i s’utilitzen específicament per a aquesta classe (com definir la variable al codi principal). El codi C ++ o fitxer.cpp és la secció de treball real de la classe i específicament per al motor steppr.

Part B: Configuració del maquinari

Com que l'Arduino només subministra 5V i el motor pas a pas i la bomba peristàltica requereixen 12V, es necessita una font d'alimentació externa que s'integri amb els controladors adequats per a cadascun. Com que la configuració de les connexions entre la placa de configuració, Arduino i els components que funcionen pot ser complicada i tediós, s'ha adjuntat un esquema de cablejat per mostrar fàcilment la configuració del maquinari del sistema per facilitar la seva reproducció.

Pas 5: Muntatge

Amb les parts impreses, el maquinari connectat i el codi configurat, és hora de reunir-ho tot.

1. Munteu el sistema de pinyó i cremallera amb el braç del motor pas a pas inserit a la ranura de l’engranatge destinat al servomotor (consulteu les imatges del pas 1).
2. Col·loqueu el bloc d’espuma de poliestireno a la part superior del bastidor (he utilitzat cola calenta).
3. Introduïu el flascó al bloc d’espuma d’espuma de poliuretà buit (l’espuma de poliestirè proporciona aïllament per combatre la degradació de la mostra fins que pugueu recuperar-la).
4. Munteu el suport modular amb els blocs de cantonada per a la base i la part superior, afegiu tants altres blocs per obtenir l’alçada adequada que correspongui amb l’alçada que el sistema de cremallera augmenta i baixa. Un cop configurada la configuració final, es recomana posar adhesiu als extrems femenins dels blocs i fer-ne els extrems masculins. Això garanteix un bong fort i millorarà la integritat del sistema.
5. Connecteu les meitats respectives dels interruptors magnètics de canya a cada bloc de sensors.
6. Assegureu-vos que el bloc del sensor inferior del sensor es desplaci lliurement al llarg de la longitud dels passadors (és a dir, que hi hagi prou joc als forats).
7. Munteu l’Arduino i les connexions cablejades adequades, totes estan allotjades a la caixa negra de la imatge juntament amb el motor pas a pas.
8. Connecteu el cable USB a l’Arduino i després a una font de 5 V.
9. Connecteu la font d'alimentació externa a una presa de corrent (tingueu en compte que, per evitar un curtcircuit del vostre Arduino, és molt important fer-ho en aquest ordre i assegurar-vos que l'Arduino no toqui res de metall ni que hi tingui dades carregades quan es connecti el dispositiu extern Font d'alimentació).
10. Feu doble comprovació de TOT
11. Mostra!

Pas 6: mostra

Enhorabona! Heu creat el vostre propi mostreig automàtic de demostració. Tot i que aquest mostreig automàtic no seria tan pràctic d’utilitzar en un laboratori tal com està, algunes modificacions ho faran! Estigueu atents a un futur que es pugui instruir sobre l'actualització del mostreig automàtic de demostració per poder utilitzar-lo en un laboratori real. Mentrestant, no dubteu a mostrar el vostre orgullós treball i feu-lo servir com convingueu (potser un dispensador de begudes de luxe).