Demonstration Autosampler: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Denna instruerbara skapades för att uppfylla projektkravet för Makecourse vid University of South Florida (www.makecourse.com)

Provtagning är en viktig aspekt av nästan alla våtutrymmen eftersom de kan analyseras för att ge viktig information för forskning, industri, etc. Men provtagningsfrekvensen kan vara tråkig och kräva att någon ofta tar det provet inklusive helger, helgdagar etc. En autosampler kan lindra en sådan efterfrågan och eliminerar behovet av schemaläggning och underhåll av ett provtagningsschema och personalen för att utföra den. I denna instruerbara konstruerades en demonstrationsautosampler som ett enkelt system som enkelt kan konstrueras och användas. Titta på den länkade videon för att få en överblick över utvecklingen av detta projekt.

Följande är en lista över material som används för att konstruera detta projekt, alla dessa komponenter bör kunna hittas i butiker eller online med en snabb sökning:

• 1 x 3D-skrivare
• 1 x Hot Limpistol
• 3 x skruvar
• 1 x skruvmejsel
• 1 x Arduino Uno
• 1 x brödbräda
• 1 x USB till Arduino -kabel
• 1 x 12V, 1A fatkontakt Extern strömförsörjning
• 1 x 12V peristaltisk pump med Iduino -drivrutin
• 1 x Nema 17 stegmotor med EasyDriver
• 1 x Magnetisk Reed Switch
• 2 x knappar
• 1 x 25 ml provflaska
• 1 x 1,5 "x 1,5" frigolitblock, ihåligt
• Stifttrådar för anslutning av Arduino och brödbräda
• CAD -programvara (dvs. Fusion 360/AutoCAD)

Steg 1: Tillverka linjärt rack- och pinjonsystem

För att höja och sänka injektionsflaskan för att ta emot provet använde jag ett linjärt kuggstångssystem från Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) med kredit till författaren: MechEngineerMike. Alla system av rätt storlek och tandhjul bör dock fungera. Detta speciella rack och pinion system är monterat tillsammans med skruvar. Medan en servo visas på bilderna användes en stegmotor för att ge det nödvändiga vridmomentet.

Rekommenderade utskriftsinställningar (för utskrift av alla bitar):

• Flottar: Nej
• Stöder: Nej
• Upplösning:.2 mm
• Påfyllning: 10%
• Beroende på kvaliteten på din 3D-skrivare gör slipning av tryckta bitar av brister det enklare att montera

Steg 2: Tillverka stativ

För att hysa sensorblocket (diskuteras senare) och slangen från den peristaltiska pumpen för att fylla injektionsflaskan med prov måste ett stativ tillverkas. Eftersom detta är en demonstrationsmodell där förändringar skulle behöva göras längs vägen, användes ett modulärt tillvägagångssätt. Varje block var utformat som man till kvinna konfiguration med tre stift/hål i sina respektive ändar för att möjliggöra enkel modifiering, montering och demontering. Hörnbyggstenen fungerade som bas och topp på stativet, medan det andra blocket tjänade till att förlänga stativets höjd. Systemets skala beror på storleken på provet som önskas tas. 25 ml flaskor användes för detta specifika system och blocken utformades med följande dimensioner:

• Block H x B X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Hane/hona stiftradie x längd: 0,125 "x 0,25"

Steg 3: Tillverka sensorblock

För att fylla en injektionsflaska med prov på kommando användes en sensorbaserad metod. En magnetisk vredströmbrytare används för att aktivera den peristaltiska pumpen när de två magneterna sammanförs. För att göra detta när injektionsflaskan lyfts för att ta emot provet, konstruerades block med samma dimensioner och liknande utformning av de som användes för att tillverka stativet men har fyra hål nära varje hörn för stift (med samma radie som hanen/honan) stift på blocken och en längd på 2 "men med något tjockare huvud för att förhindra att blocket glider av) med ytterligare ett 0,3" diameter hål i mitten för slangen som kommer att fylla injektionsflaskan. Två sensorblock staplas ihop med stift som går genom hörnhålen på varje block. Stiftets ände är cementerade i hörnhålen på det övre sensorblocket för att stabilisera blocken, hett lim användes men de flesta andra lim ska fungera också. Med varje hälft av omkopplaren vidhäftande på sidan av varje block, när flaskan lyfts upp av det aktiverade linjära tandhjulssystemet för att ta emot provet, kommer det att höja det nedre blocket längs stiftens längd för att möta den övre sensorn blockera och anslut de magnetiska omkopplarna, aktivera den peristaltiska pumpen. Observera att det är viktigt att utforma stiften och hörnhålen så att de har tillräckligt med spelrum så att det nedre blocket lätt kan glida upp och ner längden på stiften (minst 1/8 ").

Steg 4: Kontroll: Skapa Arduino -kod och anslutningar

Del A: Kodbeskrivning

För att systemet ska fungera som avsett används ett Arduino Uno -kort för att utföra dessa önskade funktioner. De fyra huvudkomponenterna som kräver kontroll är: initiering av processen som i det här fallet var upp- och nedknappar, stegmotorn för att höja och sänka det linjära kuggstångssystemet som håller injektionsflaskan, den magnetiska vredomkopplaren aktiveras när sensorblocken höjs av injektionsflaskan och peristaltisk pump för att slå på och fylla injektionsflaskan när den magnetiska vassomkopplaren är aktiverad. För att Arduino ska kunna utföra dessa önskade åtgärder för systemet måste rätt kod för var och en av de beskrivna funktionerna laddas upp till Arduino. Koden (kommenterad för att göra den lätt att följa) som användes i detta system bestod av två primära delar: huvudkoden och stegmotorklassen som består av en rubrik (.h) och C ++ (.cpp) och bifogas som pdf -filer med motsvarande namn. Teoretiskt kan den här koden kopieras och klistras in men bör ses över att det inte fanns något överföringsfel. Huvudkoden är det som faktiskt utför de flesta av de önskade funktionerna för detta projekt och är disposition i nedanstående primära element och bör enkelt kunna följas i den kommenterade koden:

• Inkludera klassen för att styra stegmotorn
• Definiera alla variabler och deras tilldelade stiftplatser på Arduino
• Definiera alla gränssnittskomponenter som ingångar eller utgångar till Arduino, aktivera stegmotorn
• Ett if -uttalande som slår på den peristaltiska pumpen om vassomkopplaren är aktiverad (detta om uttalandet finns i alla andra om och medan slingor för att säkerställa att vi ständigt kontrollerar att om pumpen ska slås på)
• Motsvarar om uttalanden om att när uppåt eller nedåt trycks för att vrida stegmotorn ett visst antal gånger (med hjälp av en stundslinga) i motsvarande riktning

Stegmotorklassen är i huvudsak en ritning som bekvämt tillåter programmerare att styra liknande hårdvara med samma kod; teoretiskt kan du kopiera detta och använda det för olika stegmotorer istället för att behöva skriva om kod varje gång! Rubrikfilen eller.h -filen innehåller alla definitioner som definieras och används specifikt för denna klass (som att definiera variabeln i huvudkoden). C ++ - koden eller.cpp - filen är den verkliga arbetsdelen av klassen och specifikt för stegmotorn.

Del B: Hardware Setup

Eftersom Arduino bara levererar 5V och stegmotorn och peristaltiska pumpen kräver 12V krävs en extern strömkälla och integrerad med lämpliga drivrutiner för varje. Eftersom upprättandet av anslutningarna mellan brödbrädan, Arduino och fungerande komponenter kan vara invecklat och tråkigt, har ett kopplingsschema bifogats för att enkelt visa maskinvaruinstallationen för systemet för enkel replikering.

Steg 5: Montera

Med delarna tryckta, hårdvaran kopplad och kodinställd är det dags att få ihop allt.

1. Montera kuggstångssystemet med stegmotorns arm insatt i spåret på kugghjulet som är avsett för servomotorn (se bilderna i steg 1).
2. Fäst frigolitblocket på stativets ovansida (jag använde varmt lim).
3. Sätt in flaskan i det uthålade frigolitblocket, (frigolit ger isolering för att bekämpa nedbrytning av ditt prov tills du kan hämta det).
4. Montera modulstativet med hörnblocken för basen och toppen, lägg till så många av de andra blocken för att få lämplig höjd att överensstämma med höjden som rack och pinion -systemet höjer och sänker. När en slutlig konfiguration är inställd rekommenderas att sätta lim i honändarna på blocken och täta hanändarna. Detta säkerställer en stark bong och förbättrar systemets integritet.
5. Fäst respektive halvor av de magnetiska vassomkopplarna till varje sensorblock.
6. Se till att sensorblockets sensorblock fritt rör sig längs stiftens längd (dvs att det finns tillräckligt med spelrum i hålen).
7. Montera Arduino och lämpliga trådanslutningar, dessa är alla inrymda i den svarta rutan på bilden tillsammans med stegmotorn.
8. Anslut USB -kabeln till Arduino och sedan till en 5V -källa.
9. Anslut den externa strömförsörjningen till ett uttag (observera för att undvika eventuell kortslutning av din Arduino. Det är mycket viktigt att du gör det i denna ordning och ser till att Arduino inte vidrör något metall eller att data laddas upp när den ansluter den externa strömförsörjning).
10. Dubbelkolla ALLT
11. Prov!

Steg 6: Prov

Grattis! Du har skapat din egen demonstrationsautosampler! Även om denna autosampler inte skulle vara så praktisk att använda i ett labb som det är, skulle några ändringar göra det så! Håll utkik efter en framtida instruktion om hur du uppgraderar din demonstrationsautosampler för att kunna använda den i ett verkligt labb! Under tiden får du gärna visa upp ditt stolta arbete och använda det som du tycker passar (kanske en snygg drinkdispenser!)