Amostrador automático de demonstração: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Este instrutível foi criado em cumprimento ao requisito do projeto do Makecourse na University of South Florida (www.makecourse.com)

A amostragem é um aspecto importante de quase qualquer wetlab, pois eles podem ser analisados para fornecer informações importantes para a pesquisa, indústria, etc. No entanto, a frequência da amostragem pode ser entediante e requer a presença frequente de alguém para coletar a amostra, incluindo fins de semana, feriados, etc. Um amostrador automático pode aliviar essa demanda e elimina a necessidade de programar e manter uma programação de amostragem e o pessoal para executá-la. Neste Instrutível, um amostrador automático de demonstração foi construído como um sistema simples que pode ser facilmente construído e operado. Por favor, assista ao vídeo vinculado para ter uma visão geral do desenvolvimento deste projeto.

A seguir está uma lista dos materiais usados para construir este projeto, todos esses componentes podem ser encontrados nas lojas ou online com uma busca rápida:

• 1 impressora 3D
• 1 x pistola de cola quente
• 3 x parafusos
• 1 x chave de fenda
• 1 x Arduino Uno
• 1 x tábua de pão
• 1 x cabo USB para Arduino
• 1 x 12V, 1A Barrel Plug Fonte de alimentação externa
• 1 x bomba peristáltica 12V com driver Iduino
• 1 x Nema 17 Stepper Motor w / EasyDriver
• 1 x interruptor de palheta magnético
• 2 x botões
• Frasco de amostra de 1 x 25mL
• 1 x 1,5 "x 1,5" bloco de isopor, oco
• Fios de pino para conectar o Arduino e a placa de ensaio
• Software CAD (ou seja, Fusion 360 / AutoCAD)

Etapa 1: fabricar sistema de pinhão e cremalheira linear

Para levantar e baixar o frasco para receber a amostra, utilizei um sistema linear de cremalheira e pinhão retirado da Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) com crédito do autor: MechEngineerMike. No entanto, qualquer sistema de pinhão e cremalheira de tamanho apropriado deve funcionar. Este sistema particular de cremalheira e pinhão é montado junto com parafusos. Enquanto um servo é mostrado nas imagens, um motor de passo foi usado para fornecer o torque necessário.

Configurações de impressão recomendadas (para imprimir todas as peças):

• Balsas: Não
• Suporta: Não
• Resolução: 0,2 mm
• Infill: 10%
• Dependendo da qualidade da sua impressora 3-D, lixar peças impressas com imperfeições tornará a montagem mais suave

Etapa 2: fabricar suporte

Para alojar o bloco sensor (discutido mais tarde) e a tubulação da bomba peristáltica para encher o frasco com a amostra, um suporte precisa ser fabricado. Como este é um modelo de demonstração em que mudanças precisariam ser feitas ao longo do caminho, foi utilizada uma abordagem modular. Cada bloco foi projetado como uma configuração macho para fêmea com três pinos / orifícios em suas respectivas extremidades para permitir uma fácil modificação, montagem e desmontagem. O bloco de construção de canto funcionou como base e topo do estande, enquanto o outro bloco serviu para aumentar a altura do estande. A escala do sistema depende do tamanho da amostra que se deseja coletar. Frascos de 25 mL foram usados para este sistema específico e os blocos foram projetados com as seguintes dimensões:

• Bloco A x L X P: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Raio do pino macho / fêmea x comprimento: 0,125 "x 0,25"

Etapa 3: fabricar blocos de sensores

Para encher um frasco com amostra sob comando, foi utilizada uma abordagem baseada em sensor. Uma chave de palheta magnética é usada para ativar a bomba peristáltica quando os dois magnetismos são colocados juntos. Para fazer isso quando o frasco é levantado para receber a amostra, blocos com as mesmas dimensões e design semelhante aos usados para fabricar o suporte foram projetados, mas têm quatro orifícios próximos a cada canto para pinos (com o mesmo raio do macho / fêmea pinos dos blocos e um comprimento de 2 ", mas com uma cabeça um pouco mais grossa para evitar que o bloco deslize) com outro orifício de 0,3" de diâmetro no centro para o tubo que preencherá o frasco. Dois blocos de sensores são empilhados juntos com pinos passando pelos orifícios dos cantos de cada bloco. A extremidade dos pinos é cimentada nos orifícios dos cantos do bloco superior do sensor para estabilizar os blocos. A cola quente foi usada, mas a maioria dos outros adesivos também deve funcionar. Com cada metade da chave aderida ao lado de cada bloco, quando o frasco é levantado pelo sistema de pinhão e cremalheira linear ativado para receber a amostra, ele irá elevar o bloco inferior ao longo do comprimento dos pinos para encontrar o sensor superior bloquear e conectar os interruptores magnéticos, ativando a bomba peristáltica. Observe que é importante projetar os pinos e orifícios de canto para ter folga suficiente para permitir que o bloco inferior deslize facilmente para cima e para baixo ao longo do comprimento dos pinos (pelo menos 1/8 ").

Etapa 4: controle: crie o código e as conexões do Arduino

Parte A: Descrição do código

Para que o sistema funcione conforme o esperado, uma placa Arduino Uno é usada para realizar essas funções desejadas. Os quatro componentes principais que requerem controle são: iniciar o processo que, neste caso, eram os botões para cima e para baixo, o motor de passo para levantar e abaixar o sistema linear de cremalheira e pinhão segurando o frasco, o interruptor magnético de palheta para ativar quando os blocos de sensores são levantados pelo frasco e a bomba peristáltica para ligar e encher o frasco quando o interruptor magnético de palheta é ativado. Para que o Arduino execute essas ações desejadas para o sistema, o código adequado para cada uma das funções descritas precisa ser carregado no Arduino. O código (comentado para facilitar o acompanhamento) que foi usado neste sistema foi composto de duas partes principais: o código principal e a classe de motor de passo que é composta por um cabeçalho (.h) e C ++ (.cpp) e são anexados como arquivos PDF com seus nomes correspondentes. Teoricamente, este código pode ser copiado e colado, mas deve ser revisado para que não haja erro de transferência. O código principal é o que realmente executa a maioria das funções desejadas para este projeto e é delineado nos elementos primários abaixo e deve ser capaz de ser facilmente seguido no código comentado:

• Inclui a classe para operar o motor de passo
• Defina todas as variáveis e seus locais de pinos atribuídos no Arduino
• Defina todos os componentes de interface como entradas ou saídas para o Arduino, habilite o motor de passo
• Uma instrução if que liga a bomba peristáltica se o interruptor reed for ativado (esta instrução if está em todos os outros loops if e while para garantir que estamos verificando constantemente se a bomba deve ser ligada)
• Declarações if correspondentes que quando o botão para cima ou para baixo é pressionado para girar o motor de passo um certo número de vezes (usando um loop while) na direção correspondente

A classe de motor de passo é essencialmente um projeto que permite convenientemente aos programadores controlar hardware semelhante com o mesmo código; teoricamente, você pode copiar isso e usá-lo para diferentes motores de passo em vez de ter que reescrever o código todas as vezes! O arquivo de cabeçalho ou arquivo.h contém todas as definições que são definidas e usadas especificamente para esta classe (como definir a variável no código principal). O código C ++ ou arquivo.cpp é a seção de trabalho real da classe e especificamente para o motor steppr.

Parte B: Configuração de Hardware

Como o Arduino fornece apenas 5 V e o motor de passo e a bomba peristáltica requerem 12 V, uma fonte de alimentação externa é necessária e integrada com drivers apropriados para cada um. Como configurar as conexões entre a placa de ensaio, o Arduino e os componentes em funcionamento pode ser complicado e tedioso, um diagrama esquemático de fiação foi anexado para mostrar facilmente a configuração do hardware do sistema para uma replicação fácil.

Etapa 5: montar

Com as peças impressas, o hardware conectado e o código configurado, é hora de juntar tudo.

1. Monte o sistema de cremalheira e pinhão com o braço do motor de passo inserido na ranhura da engrenagem destinada ao servo motor (consulte as imagens na etapa 1).
2. Prenda o bloco de isopor na parte superior do rack (usei cola quente).
3. Insira o frasco no bloco de isopor oco (o isopor fornece isolamento para combater a degradação de sua amostra até que você possa recuperá-la).
4. Monte o suporte modular com os blocos de canto para a base e o topo, adicione o máximo de outros blocos para obter a altura adequada para corresponder à altura que o sistema de cremalheira e pinhão sobe e desce. Uma vez definida a configuração final, recomenda-se colocar adesivo nas pontas fêmeas dos blocos e nas pontas macho. Isso garante um bongo forte e melhora a integridade do sistema.
5. Prenda as respectivas metades das chaves magnéticas de palheta a cada bloco de sensor.
6. Certifique-se de que o bloco do sensor inferior do sensor se move livremente ao longo do comprimento dos pinos (ou seja, que haja espaço suficiente nos orifícios).
7. Monte o Arduino e as conexões com fio apropriadas, todas elas alojadas na caixa preta na imagem junto com o motor de passo.
8. Conecte o cabo USB ao Arduino e, em seguida, a uma fonte de 5V.
9. Conecte a fonte de alimentação externa em uma tomada (nota para evitar um possível curto-circuito em seu Arduino é muito importante fazê-lo nesta ordem e garantir que o Arduino não toque em nada de metal ou tenha dados carregados nele quando estiver conectando o externo fonte de energia).
10. Verifique novamente TUDO
11. Amostra!

Etapa 6: Amostra

Parabéns! Você criou seu próprio amostrador automático de demonstração! Embora este amostrador automático não seja tão prático de usar em um laboratório, algumas modificações o fariam! Fique de olho em um futuro instrutível sobre como atualizar seu amostrador automático de demonstração para poder usar em um laboratório real! Enquanto isso, sinta-se à vontade para mostrar seu trabalho orgulhoso e usá-lo como achar melhor (talvez um distribuidor de bebidas sofisticado!)