Muestreador automático de demostración: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este instructable fue creado en cumplimiento del requisito del proyecto de Makecourse en la Universidad del Sur de Florida (www.makecourse.com)

El muestreo es un aspecto importante de casi cualquier laboratorio húmedo, ya que se pueden analizar para proporcionar información importante para la investigación, la industria, etc. Sin embargo, la frecuencia del muestreo puede ser tediosa y requerir la presencia frecuente de alguien que tome dicha muestra, incluidos fines de semana, días festivos, etc. Un automuestreador puede aliviar tal demanda y elimina la necesidad de programar y mantener un programa de muestreo y el personal para ejecutarlo. En este Instructable se construyó un muestreador automático de demostración como un sistema simple que se puede construir y operar fácilmente. Mire el video vinculado para ver una descripción general del desarrollo de este proyecto.

La siguiente es una lista de los materiales utilizados para construir este proyecto, todos estos componentes deberían poder encontrarse en las tiendas o en línea con una búsqueda rápida:

• 1 x impresora 3-D
• 1 x pistola de pegamento caliente
• 3 x tornillos
• 1 x destornillador
• 1 x Arduino Uno
• 1 x tablero
• 1 x cable USB a Arduino
• 1 x fuente de alimentación externa de enchufe cilíndrico de 12 V, 1 A
• 1 bomba peristáltica de 12 V con controlador Iduino
• 1 x Motor paso a paso Nema 17 con EasyDriver
• 1 x interruptor de lengüeta magnético
• 2 x botones
• 1 vial de muestra de 25 ml
• 1 bloque de espuma de poliestireno de 1.5 "x 1.5", ahuecado
• Cables de clavija para conectar Arduino y protoboard
• Software CAD (es decir, Fusion 360 / AutoCAD)

Paso 1: Fabricar el sistema de piñón y cremallera lineal

Para subir y bajar el vial para recibir la muestra, utilicé un sistema de piñón y cremallera lineal tomado de Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) con crédito debido al autor: MechEngineerMike. Sin embargo, cualquier sistema de piñón y cremallera del tamaño adecuado debería funcionar. Este particular sistema de piñón y cremallera se monta junto con tornillos. Mientras que en las imágenes se muestra un servo, se utilizó un motor paso a paso para proporcionar el par necesario.

Configuración de impresión recomendada (para imprimir todas las piezas):

• Balsas: No
• Soportes: No
• Resolución: 0,2 mm
• Relleno: 10%
• Dependiendo de la calidad de su impresora 3D, lijar las piezas impresas con imperfecciones hará que el ensamblaje sea más suave

Paso 2: Fabricar el soporte

Para albergar el bloque del sensor (que se explica más adelante) y el tubo de la bomba peristáltica para llenar el vial con la muestra, es necesario fabricar un soporte. Como se trata de un modelo de demostración en el que sería necesario realizar cambios a lo largo del camino, se utilizó un enfoque modular. Cada bloque fue diseñado como una configuración de macho a hembra con tres pasadores / orificios en sus respectivos extremos para permitir una fácil modificación, montaje y desmontaje. El bloque de construcción de la esquina funcionó como base y parte superior del soporte, mientras que el otro bloque sirvió para alargar la altura del soporte. La escala del sistema depende del tamaño de la muestra que se desea tomar. Se utilizaron viales de 25 ml para este sistema en particular y los bloques se diseñaron con las siguientes dimensiones:

• Bloque H x W x D: 1.5 "x 1.5" x 0.5"
• Radio x longitud del pasador macho / hembra: 0,125 "x 0,25"

Paso 3: fabrique bloques de sensores

Para llenar un vial con la muestra por orden, se utilizó un enfoque basado en sensores. Se utiliza un interruptor de lengüeta magnético para activar la bomba peristáltica cuando los dos elementos magnéticos se unen. Para ello cuando se levanta el vial para recibir la muestra, se diseñaron bloques de las mismas dimensiones y diseño similar a los utilizados para fabricar el soporte pero que tienen cuatro orificios cerca de cada esquina para los pines (con el mismo radio que el macho / hembra). alfileres de los bloques y una longitud de 2 "pero con una cabeza ligeramente más gruesa para evitar que el bloque se deslice) con otro orificio de 0.3" de diámetro en el centro para el tubo que llenará el vial. Se apilan dos bloques de sensores junto con pasadores que atraviesan los orificios de las esquinas de cada bloque. El extremo de las clavijas está cementado en los orificios de las esquinas del bloque sensor superior para estabilizar los bloques, se utilizó pegamento caliente, pero la mayoría de los otros adhesivos también deberían funcionar. Con cada mitad del interruptor adherida al costado de cada bloque, cuando el vial es elevado por el sistema de piñón y cremallera lineal activado para recibir la muestra, elevará el bloque inferior a lo largo de la longitud de las clavijas para encontrar el sensor superior. bloquear y conectar los interruptores magnéticos, activando la bomba peristáltica. Tenga en cuenta que es importante diseñar los pasadores y los orificios de las esquinas para que tengan suficiente espacio para permitir que el bloque inferior se deslice fácilmente hacia arriba y hacia abajo a lo largo de los pasadores (al menos 1/8 ").

Paso 4: Control: crea conexiones y código Arduino

Parte A: Descripción del código

Para que el sistema funcione según lo previsto, se utiliza una placa Arduino Uno para llevar a cabo estas funciones deseadas. Los cuatro componentes principales que requieren control son: iniciar el proceso que en este caso eran botones de arriba y abajo, el motor paso a paso para subir y bajar el sistema de piñón y cremallera lineal que sostiene el vial, el interruptor de lengüeta magnético para activar cuando se levantan los bloques del sensor por el vial y la bomba peristáltica para encender y llenar el vial cuando se activa el interruptor magnético de lengüeta. Para que Arduino lleve a cabo estas acciones deseadas para el sistema, es necesario cargar el código adecuado para cada una de las funciones descritas en Arduino. El código (comentado para que sea fácil de seguir) que se usó en este sistema estaba compuesto por dos partes principales: el código principal y la clase de motor paso a paso que se compone de un encabezado (.h) y C ++ (.cpp) y se adjuntan como archivos pdf con sus nombres correspondientes. En teoría, este código se puede copiar y pegar, pero debe revisarse que no haya ningún error de transferencia. El código principal es lo que realmente lleva a cabo la mayoría de las funciones deseadas para este proyecto y se describe en los elementos primarios a continuación y debería poder seguirse fácilmente en el código comentado:

• Incluir la clase para operar el motor paso a paso.
• Defina todas las variables y sus ubicaciones de pin asignadas en el Arduino
• Defina todos los componentes de interfaz como entradas o salidas al Arduino, habilite el motor paso a paso
• Una declaración if que enciende la bomba peristáltica si el interruptor de lengüeta está activado (esta declaración if está en todos los demás bucles if y while para asegurarnos de que estamos comprobando constantemente si la bomba debe estar encendida)
• Las declaraciones if correspondientes indican que cuando se presiona arriba o abajo para hacer girar el motor paso a paso una cierta cantidad de veces (usando un bucle while) en la dirección correspondiente

La clase de motor paso a paso es esencialmente un modelo que convenientemente permite a los programadores controlar hardware similar con el mismo código; teóricamente, puede copiar esto y usarlo para diferentes motores paso a paso en lugar de tener que reescribir el código cada vez. El archivo de encabezado o archivo.h contiene todas las definiciones que se definen y utilizan específicamente para esta clase (como definir la variable en el código principal). El código C ++ o archivo.cpp es la sección de trabajo real de la clase y específicamente para el motor paso a paso.

Parte B: Configuración del hardware

Como el Arduino solo suministra 5V y el motor paso a paso y la bomba peristáltica requieren 12V, se requiere una fuente de alimentación externa e integrada con los controladores adecuados para cada uno. Dado que configurar las conexiones entre la placa de pruebas, Arduino y los componentes en funcionamiento puede ser complicado y tedioso, se ha adjuntado un esquema de diagrama de cableado para mostrar fácilmente la configuración del hardware del sistema para una fácil replicación.

Paso 5: ensamblar

Con las piezas impresas, el hardware cableado y el código configurado, es hora de unir todo.

1. Ensamble el sistema de piñón y cremallera con el brazo del motor paso a paso insertado en la ranura del engranaje destinado al servomotor (consulte las imágenes en el paso 1).
2. Coloque el bloque de espuma de poliestireno en la parte superior de la rejilla (usé pegamento caliente).
3. Inserte el vial en el bloque de espuma de poliestireno ahuecado (la espuma de poliestireno proporciona aislamiento para combatir la degradación de su muestra hasta que pueda recuperarla).
4. Ensamble el soporte modular con los bloques de esquina para la base y la parte superior, agregue tantos otros bloques para obtener la altura adecuada que corresponda con la altura que el sistema de piñón y cremallera sube y baja. Una vez que se establece una configuración final, se recomienda colocar adhesivo en los extremos hembra de los bloques y pegar los extremos macho. Esto asegura un bong fuerte y mejorará la integridad del sistema.
5. Conecte las mitades respectivas de los interruptores de lengüeta magnéticos a cada bloque de sensor.
6. Asegúrese de que el bloque del sensor de la parte inferior del sensor se mueva libremente a lo largo de los pasadores (es decir, que haya suficiente espacio libre en los orificios).
7. Ensamble el Arduino y las conexiones por cable apropiadas, todas ellas están alojadas en la caja negra en la imagen junto con el motor paso a paso.
8. Conecte el cable USB al Arduino y luego a una fuente de 5V.
9. Enchufe la fuente de alimentación externa a una toma de corriente (tenga en cuenta que para evitar un posible cortocircuito en su Arduino, es muy importante hacerlo en este orden y asegurarse de que el Arduino no toque nada metálico o que se carguen datos cuando esté conectando el externo fuente de alimentación).
10. Revisa TODO
11. ¡Muestra!

Paso 6: ¡Muestra

¡Felicidades! ¡Ha creado su propio muestreador automático de demostración! Si bien este muestreador automático no sería tan práctico de usar en un laboratorio como está, ¡algunas modificaciones lo harían así! ¡Esté atento a las instrucciones futuras sobre cómo actualizar su muestreador automático de demostración para poder usarlo en un laboratorio real! Mientras tanto, siéntase libre de mostrar su orgulloso trabajo y usarlo como mejor le parezca (¡tal vez un elegante dispensador de bebidas!)