Αυτόματη δειγματοληψία επίδειξης: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το διδακτικό δημιουργήθηκε για να εκπληρώσει την απαίτηση έργου του Makecourse στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Φλόριντα (www.makecourse.com)

Η δειγματοληψία είναι μια σημαντική πτυχή σχεδόν κάθε υγροβιομηχανίας καθώς μπορεί να αναλυθεί για να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για την έρευνα, τη βιομηχανία κλπ. Ωστόσο, η συχνότητα της δειγματοληψίας μπορεί να είναι κουραστική και να απαιτεί τη συχνή παρουσία κάποιου για να πάρει το εν λόγω δείγμα, συμπεριλαμβανομένων Σαββατοκύριακων, αργιών κ.λπ. Ένας αυτόματος δειγματολήπτης μπορεί να απαλλάξει τη ζήτηση και εξαλείφει την ανάγκη προγραμματισμού και διατήρησης ενός προγράμματος δειγματοληψίας και του προσωπικού για την εκτέλεσή του. Σε αυτό το Instructable κατασκευάστηκε ένας αυτόματος δείκτης επίδειξης ως ένα απλό σύστημα που μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί και να λειτουργήσει. Παρακαλούμε δείτε το συνδεδεμένο βίντεο για να δείτε μια επισκόπηση της εξέλιξης αυτού του έργου.

Ακολουθεί μια λίστα με τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή αυτού του έργου, όλα αυτά τα στοιχεία θα πρέπει να βρίσκονται σε καταστήματα ή στο διαδίκτυο με μια γρήγορη αναζήτηση:

• 1 x 3-D εκτυπωτής
• 1 x Gun Glue Gun
• 3 x Βίδες
• 1 x κατσαβίδι
• 1 x Arduino Uno
• 1 x Breadboard
• 1 x Καλώδιο USB σε Arduino
• Εξωτερική τροφοδοσία 1 x 12V, 1A Barrel Plug
• Περισταλτική αντλία 1 x 12V με πρόγραμμα οδήγησης Iduino
• 1 x Nema 17 Stepper Motor w/EasyDriver
• 1 x Διακόπτης μαγνητικού καλαμιού
• 2 x κουμπιά
• 1 φιαλίδιο δείγματος 25 ml
• 1 μπλοκ φελιζόλ 1,5 "x 1,5", με κοιλότητα
• Καρφώστε καλώδια για σύνδεση Arduino και breadboard
• Λογισμικό CAD (δηλαδή Fusion 360/AutoCAD)

Βήμα 1: Κατασκευάστε γραμμικό σύστημα ραφιών και πινιόν

Προκειμένου να ανυψωθεί και να χαμηλώσει το φιαλίδιο για τη λήψη του δείγματος, χρησιμοποίησα ένα γραμμικό σύστημα ραφιών και πινιόν που ελήφθη από το Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) με πίστωση προς τον συγγραφέα: MechEngineerMike. Ωστόσο, οποιοδήποτε κατάλληλο μέγεθος rack and pinion system θα πρέπει να λειτουργεί. Το συγκεκριμένο σύστημα ραφιών και πείρων είναι τοποθετημένο μαζί με βίδες. Ενώ στις εικόνες εμφανίζεται ένα σερβο, χρησιμοποιήθηκε βηματικό μοτέρ για την παροχή της απαραίτητης ροπής.

Συνιστώμενες ρυθμίσεις εκτύπωσης (για εκτύπωση όλων των τεμαχίων):

• Σχεδίες: Όχι
• Υποστηρίζει: Όχι
• Ανάλυση:.2mm
• Συμπλήρωση: 10%
• Ανάλογα με την ποιότητα του τρισδιάστατου εκτυπωτή σας, η λείανση τυπωμένων κομματιών ατελειών θα κάνει τη συναρμολόγηση ομαλότερη

Βήμα 2: Κατασκευάστε βάση

Για να τοποθετήσετε το μπλοκ αισθητήρα (θα συζητηθεί αργότερα) και τη σωλήνωση από την περισταλτική αντλία για να γεμίσετε το φιαλίδιο με δείγμα, πρέπει να κατασκευαστεί μια βάση. Δεδομένου ότι αυτό είναι ένα μοντέλο επίδειξης όπου θα πρέπει να γίνουν αλλαγές στην πορεία, χρησιμοποιήθηκε μια σπονδυλωτή προσέγγιση. Κάθε μπλοκ σχεδιάστηκε από αρσενικό σε θηλυκό με τρεις ακίδες/οπές στα αντίστοιχα άκρα τους για εύκολη τροποποίηση, συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση. Το γωνιακό δομικό στοιχείο λειτουργούσε ως βάση και κορυφή του περιπτέρου, ενώ το άλλο μπλοκ χρησίμευε για να επιμηκύνει το ύψος του περιπτέρου. Η κλίμακα του συστήματος εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος που επιθυμείται να ληφθεί. Χρησιμοποιήθηκαν φιαλίδια 25 ml για το συγκεκριμένο σύστημα και τα μπλοκ σχεδιάστηκαν με τις ακόλουθες διαστάσεις:

• Μπλοκ H x W X D: 1,5 "x 1,5" x 0,5"
• Αρσενική/Θηλυκή ακτίνα ακίδων x Μήκος: 0.125 "x 0.25"

Βήμα 3: Κατασκευάστε μπλοκ αισθητήρων

Για να γεμίσετε ένα φιαλίδιο με δείγμα κατόπιν εντολής, χρησιμοποιήθηκε μια προσέγγιση βασισμένη στον αισθητήρα. Ένας μαγνητικός διακόπτης καλαμιών χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση της περισταλτικής αντλίας όταν τα δύο μαγνητικά ενώνονται. Για να γίνει αυτό όταν το φιαλίδιο σηκωθεί για να λάβει το δείγμα, σχεδιάστηκαν μπλοκ των ίδιων διαστάσεων και παρόμοιας σχεδίασης με αυτά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της βάσης, αλλά είχαν τέσσερις οπές κοντά σε κάθε γωνία για καρφίτσες (με την ίδια ακτίνα με το αρσενικό/θηλυκό καρφίτσες των μπλοκ και μήκος 2 "αλλά με ελαφρώς παχύτερη κεφαλή για να αποφευχθεί η ολίσθηση του μπλοκ) με άλλη οπή διαμέτρου 0,3" στο κέντρο για τη σωλήνωση που θα γεμίσει το φιαλίδιο. Δύο μπλοκ αισθητήρων στοιβάζονται μαζί με καρφίτσες που διέρχονται από τις γωνιακές οπές κάθε μπλοκ. Το άκρο των πείρων είναι τσιμεντοποιημένο στις γωνιακές οπές του άνω μπλοκ αισθητήρα για να σταθεροποιηθούν τα μπλοκ, χρησιμοποιήθηκε θερμή κόλλα, αλλά οι περισσότερες άλλες κόλλες θα πρέπει επίσης να λειτουργήσουν. Με κάθε μισό διακόπτη προσκολλημένο στο πλάι κάθε μπλοκ, όταν το φιαλίδιο σηκώνεται από το ενεργοποιημένο γραμμικό σύστημα ραφιών και πινιόν για να λάβει το δείγμα, θα ανεβάσει το κάτω μπλοκ κατά μήκος των πείρων για να συναντήσει τον επάνω αισθητήρα μπλοκάρετε και συνδέστε τους μαγνητικούς διακόπτες, ενεργοποιώντας την περισταλτική αντλία. Σημειώστε ότι είναι σημαντικό να σχεδιάσετε τις καρφίτσες και τις οπές γωνιών ώστε να έχουν αρκετό διάκενο ώστε να επιτρέπεται στο κάτω τμήμα να ολισθαίνει εύκολα πάνω και κάτω στο μήκος των πείρων (τουλάχιστον 1/8 ").

Βήμα 4: Έλεγχος: Δημιουργήστε κώδικα Arduino και συνδέσεις

Μέρος Α: Περιγραφή κώδικα

Για να λειτουργήσει το σύστημα όπως προβλέπεται, χρησιμοποιείται μια πλακέτα Arduino Uno για την εκτέλεση αυτών των επιθυμητών λειτουργιών. Τα τέσσερα κύρια συστατικά που απαιτούν έλεγχο είναι: έναρξη της διαδικασίας που στην περίπτωση αυτή ήταν πάνω και κάτω κουμπιά, ο βηματικός κινητήρας για να ανεβάσει και να κατεβάσει το γραμμικό σύστημα ραφιών και πινιόν που συγκρατεί το φιαλίδιο, ο διακόπτης μαγνητικού καλαμιού να ενεργοποιηθεί όταν σηκωθούν τα μπλοκ αισθητήρων από το φιαλίδιο και την περισταλτική αντλία για να ενεργοποιήσετε και να γεμίσετε το φιαλίδιο όταν ενεργοποιηθεί ο διακόπτης μαγνητικού καλαμιού. Για να εκτελέσει το Arduino αυτές τις επιθυμητές ενέργειες για το σύστημα, πρέπει να φορτωθεί στο Arduino ο κατάλληλος κώδικας για κάθε μία από αυτές τις περιγραφόμενες λειτουργίες. Ο κώδικας (σχολιάστηκε για να είναι εύκολο να ακολουθηθεί) που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το σύστημα αποτελείται από δύο κύρια μέρη: τον κύριο κώδικα και την κατηγορία βηματικών κινητήρων που αποτελείται από μια κεφαλίδα (.h) και C ++ (.cpp) και επισυνάπτονται ως αρχεία pdf με τα αντίστοιχα ονόματά τους. Θεωρητικά, αυτός ο κώδικας μπορεί να αντιγραφεί και να επικολληθεί, αλλά πρέπει να ελεγχθεί ότι δεν υπήρξε σφάλμα μεταφοράς. Ο κύριος κώδικας είναι αυτός που πραγματοποιεί τις περισσότερες από τις επιθυμητές λειτουργίες για αυτό το έργο και περιγράφεται στα παρακάτω κύρια στοιχεία και θα πρέπει να μπορεί να ακολουθηθεί εύκολα στον σχολιασμένο κώδικα:

• Συμπεριλάβετε την τάξη για τη λειτουργία του βηματικού κινητήρα
• Ορίστε όλες τις μεταβλητές και τις καθορισμένες θέσεις καρφιτσών τους στο Arduino
• Ορίστε όλα τα στοιχεία διασύνδεσης ως εισόδους ή εξόδους στο Arduino, ενεργοποιήστε το βηματικό μοτέρ
• Μια δήλωση if που ενεργοποιεί την περισταλτική αντλία εάν ο διακόπτης καλαμιών είναι ενεργοποιημένος (αυτή η δήλωση if βρίσκεται σε όλους τους άλλους βρόχους if και while για να διασφαλίσουμε ότι ελέγχουμε συνεχώς εάν η αντλία πρέπει να είναι ενεργοποιημένη)
• Αντίστοιχη αν δηλώνει ότι όταν πατάτε πάνω ή κάτω για να γυρίσετε το βηματικό μοτέρ αρκετές φορές (χρησιμοποιώντας βρόχο λίγο) προς την αντίστοιχη κατεύθυνση

Η κατηγορία stepper motor είναι ουσιαστικά ένα σχέδιο που επιτρέπει στους προγραμματιστές να ελέγχουν παρόμοιο υλικό με τον ίδιο κωδικό. θεωρητικά μπορείτε να το αντιγράψετε και να το χρησιμοποιήσετε για διαφορετικούς βηματικούς κινητήρες αντί να χρειάζεται να ξαναγράφετε κώδικα κάθε φορά! Το αρχείο κεφαλίδας ή το αρχείο.h περιέχει όλους τους ορισμούς που ορίζονται και χρησιμοποιούνται ειδικά για αυτήν την κλάση (όπως ο ορισμός της μεταβλητής στον κύριο κώδικα). Ο κωδικός C ++ ή το αρχείο.cpp είναι το πραγματικό τμήμα εργασίας της τάξης και συγκεκριμένα για τον κινητήρα steppr.

Μέρος Β: Ρύθμιση υλικού

Καθώς το Arduino τροφοδοτεί μόνο 5V και ο βηματικός κινητήρας και η περισταλτική αντλία απαιτούν 12V απαιτείται εξωτερική πηγή ισχύος και ενσωματωμένη με κατάλληλα προγράμματα οδήγησης για το καθένα. Καθώς η ρύθμιση των συνδέσεων μεταξύ του breadboard, του Arduino και των λειτουργικών εξαρτημάτων μπορεί να είναι περίπλοκη και κουραστική, προσαρτήθηκε ένα σχηματικό διάγραμμα καλωδίωσης για να δείξει εύκολα τη ρύθμιση υλικού του συστήματος για εύκολη αναπαραγωγή.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση

Με τα εξαρτήματα τυπωμένα, το υλικό ενσύρματο και τον κωδικό που έχει ρυθμιστεί, ήρθε η ώρα να συγκεντρωθούν τα πάντα.

1. Συναρμολογήστε το σύστημα ραφιών και πείρων με τον βραχίονα του βηματικού μοτέρ τοποθετημένο στην υποδοχή του γραναζιού που προορίζεται για τον σερβοκινητήρα (ανατρέξτε στις εικόνες στο βήμα 1).
2. Συνδέστε το μπλοκ από φελιζόλ στην κορυφή της σχάρας (χρησιμοποίησα θερμή κόλλα).
3. Τοποθετήστε το φιαλίδιο στο κοίλο μπλοκ φελιζόλ, (το φελιζόλ παρέχει μόνωση για την καταπολέμηση της υποβάθμισης του δείγματος σας έως ότου μπορείτε να το ανακτήσετε).
4. Συναρμολογήστε τη σπονδυλωτή βάση με τα γωνιακά μπλοκ για τη βάση και την κορυφή, προσθέστε όσα άλλα μπλοκ για να πάρετε το κατάλληλο ύψος που αντιστοιχεί στο ύψος που ανεβάζει και χαμηλώνει το σύστημα ραφιών και πινιόν. Μόλις τεθεί μια τελική διαμόρφωση, συνιστάται να τοποθετήσετε κόλλα στα θηλυκά άκρα των μπλοκ και να ψήσετε τα αρσενικά άκρα. Αυτό εξασφαλίζει ένα ισχυρό bong και θα βελτιώσει την ακεραιότητα του συστήματος.
5. Συνδέστε τα αντίστοιχα μισά των διακοπτών μαγνητικών καλαμιών σε κάθε μπλοκ αισθητήρων.
6. Βεβαιωθείτε ότι το μπλοκ αισθητήρα κάτω αισθητήρα κινείται ελεύθερα κατά μήκος του πείρου (δηλαδή ότι υπάρχει αρκετό διάκενο στις οπές).
7. Συναρμολογήστε το Arduino και τις κατάλληλες ενσύρματες συνδέσεις, όλες αυτές βρίσκονται στο μαύρο κουτί της εικόνας μαζί με το βηματικό μοτέρ.
8. Συνδέστε το καλώδιο USB στο Arduino και, στη συνέχεια, σε μια πηγή 5V.
9. Συνδέστε το εξωτερικό τροφοδοτικό σε μια πρίζα (σημειώστε για να αποφύγετε τυχόν βραχυκύκλωμα του Arduino σας, είναι πολύ σημαντικό να το κάνετε με αυτήν τη σειρά και βεβαιωθείτε ότι το Arduino δεν αγγίζει τίποτα μεταλλικό ή δεν έχει ανεβάσει δεδομένα σε αυτό όταν συνδέεται το εξωτερικό παροχή ηλεκτρικού ρεύματος).
10. Διπλός έλεγχος ΟΛΑ
11. Δείγμα!

Βήμα 6: Δείγμα

Συγχαρητήρια! Δημιουργήσατε τον δικό σας δείκτη αυτόματου δειγματολήπτη! Ενώ αυτός ο αυτόματος δειγματολήπτης δεν θα ήταν τόσο πρακτικός για χρήση σε ένα εργαστήριο όπως είναι, μερικές τροποποιήσεις θα το έκαναν έτσι! Έχετε το νου σας για μια μελλοντική οδηγία σχετικά με την αναβάθμιση του αυτόματου δειγματολήπτη επίδειξης για να μπορείτε να το χρησιμοποιείτε σε ένα πραγματικό εργαστήριο! Εν τω μεταξύ, δείξτε ελεύθερα την περήφανη δουλειά σας και χρησιμοποιήστε την όπως σας βολεύει (ίσως ένα φανταχτερό διανομέα ποτών!)