نمونه گیر خودکار: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

این دستورالعمل برای برآوردن الزامات پروژه Makecourse در دانشگاه فلوریدا جنوبی ایجاد شده است (www.makecourse.com)

نمونه گیری یکی از جنبه های مهم تقریباً هر تالاب است زیرا می توان آنها را برای ارائه اطلاعات مهم برای تحقیقات ، صنعت و غیره مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. با این حال فراوانی نمونه برداری می تواند خسته کننده باشد و نیاز به حضور مکرر فردی برای گرفتن نمونه از جمله تعطیلات آخر هفته ، تعطیلات و غیره دارد. نمونه گیر خودکار می تواند چنین تقاضایی را برطرف کرده و نیاز به زمانبندی و نگهداری برنامه نمونه برداری و پرسنل برای اجرای آن را از بین ببرد. در این دستورالعمل یک نمونه نمونه خودکار به عنوان یک سیستم ساده ساخته شد که می تواند به راحتی ساخته و اجرا شود. لطفاً ویدیوی پیوندی را مشاهده کنید تا مروری بر پیشرفت این پروژه داشته باشید.

در زیر لیستی از مواد مورد استفاده برای ساخت این پروژه آورده شده است ، همه این اجزاء باید با جستجوی سریع در فروشگاه ها یا به صورت آنلاین یافت شوند:

• چاپگر 1 x 3 بعدی
• 1 عدد تفنگ چسب داغ
• 3 عدد پیچ
• 1 عدد پیچ گوشتی
• 1 عدد آردوینو Uno
• 1 عدد تخته نان
• 1 عدد کابل USB به آردوینو
• منبع تغذیه خارجی 1 x 12V ، 1A Barrel Plug
• 1 x 12V پمپ پریستالتیک با درایور Iduino
• 1 x Nema 17 Stepper Motor w/EasyDriver
• 1 عدد سوئیچ نی مغناطیسی
• 2 دکمه
• ویال نمونه 1 x 25 میلی لیتر
• بلوک استایروف 1 x 1.5 "x 1.5" ، خالی شده است
• سیم ها را برای اتصال آردوینو و تخته نان متصل کنید
• نرم افزار CAD (یعنی Fusion 360/AutoCAD)

مرحله 1: ساخت سیستم رک و پینیون خطی

به منظور بالا بردن و پایین آوردن ویال برای دریافت نمونه ، من از سیستم قفسه و پین خطی برگرفته از Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) با اعتبار نویسنده: MechEngineerMike استفاده کردم. با این حال ، هر سیستم قفسه بندی و پینیون با اندازه مناسب باید کار کند. این سیستم قفسه و پینیون خاص همراه با پیچ نصب شده است. در حالی که سروو در تصاویر نشان داده شده است ، از یک موتور پله ای برای تامین گشتاور لازم استفاده شده است.

تنظیمات چاپ توصیه شده (برای چاپ همه قطعات):

• قایق: نه
• پشتیبانی می کند: خیر
• رزولوشن:.2 میلی متر
• پر کردن: 10
• بسته به کیفیت چاپگر سه بعدی شما سنباده زدن قطعات نقص چاپ شده ، مونتاژ را صاف تر می کند

مرحله 2: پایه بسازید

برای قرار دادن بلوک سنسور (که بعداً مورد بحث قرار گرفت) و لوله های پمپ پریستالتیک برای پر کردن ویال با نمونه ، یک پایه باید ساخته شود. از آنجا که این یک مدل نمایشی است که در آن باید در طول مسیر تغییراتی ایجاد شود ، از یک روش مدولار استفاده شد. هر بلوک به صورت پیکربندی مرد به زن با سه پین/سوراخ در انتهای مربوطه طراحی شده است تا امکان تغییر ، مونتاژ و جداسازی آسان را فراهم کند. بلوک ساختمان گوشه به عنوان پایه و بالای غرفه عمل می کرد ، در حالی که بلوک دیگر به افزایش طول پایه کمک می کرد. مقیاس سیستم بستگی به اندازه نمونه مورد نظر برای برداشت دارد. ویال های 25 میلی لیتری برای این سیستم خاص استفاده شده و بلوک ها با ابعاد زیر طراحی شده اند:

• بلوک H x W X D: 1.5 "x 1.5" x 0.5"
• شعاع پین مرد/زن x طول: 0.125 "x 0.25"

مرحله 3: بلوک های سنسور را بسازید

برای پر کردن یک ویال با نمونه در دستور ، از رویکرد مبتنی بر حسگر استفاده شد. هنگامی که دو مغناطیس در کنار هم قرار می گیرند ، یک سوئیچ نی مغناطیسی برای فعال کردن پمپ پرستالت استفاده می شود. برای انجام این کار هنگامی که ویال برای دریافت نمونه بالا می آید ، بلوک هایی با ابعاد یکسان و طرح مشابه آنهایی که برای ساخت پایه استفاده می شوند طراحی شده اند اما چهار سوراخ در نزدیکی هر گوشه برای پین ها (با شعاع یکسان نر/ماده) پین بلوک ها و طول 2 اینچ اما با سر کمی ضخیم تر برای جلوگیری از سر خوردن بلوک) با سوراخ دیگری به قطر 0.3 اینچ در مرکز لوله ای که ویال را پر می کند. دو بلوک سنسور با پین هایی که از سوراخ های گوشه هر بلوک عبور می کنند ، روی هم چیده شده اند. انتهای پین ها در سوراخ های گوشه بلوک سنسور بالا برای تثبیت بلوک ها سیمان شده اند ، از چسب حرارتی استفاده شده است اما اکثر چسب های دیگر نیز باید کار کنند. با اتصال هر نیم سوئیچ به طرف هر بلوک ، هنگامی که ویال توسط سیستم قفسه و پینیون خطی فعال برای دریافت نمونه بالا می رود ، بلوک پایینی را در امتداد طول پین ها بالا می برد تا با سنسور بالا ملاقات کند. سوئیچ های مغناطیسی را مسدود کرده و وصل کنید و پمپ پریستالتیک را فعال کنید. توجه داشته باشید که طراحی سنجاق ها و سوراخ های گوشه ای دارای فاصله کافی باشد تا بلوک پایینی بتواند به راحتی طول پین ها را به سمت بالا و پایین (حداقل 1/8 اینچ) بلغزد.

مرحله 4: کنترل: کد Arduino و اتصالات را ایجاد کنید

قسمت A: توضیحات کد

به منظور عملکرد سیستم مطابق برنامه ، از یک برد Arduino Uno برای انجام این عملکردهای دلخواه استفاده می شود. چهار م mainلفه اصلی که نیاز به کنترل دارند عبارتند از: شروع فرایند که در این حالت دکمه های بالا و پایین وجود داشت ، موتور پله ای برای بالا و پایین بردن سیستم رک و پینیون خطی نگهدارنده ویال ، سوئیچ نی مغناطیسی برای فعال شدن هنگام بالا آمدن بلوک های سنسور با استفاده از ویال ، و پمپ پریستالتیک هنگام روشن شدن سوئیچ نی مغناطیسی روشن و پر کنید. برای اینکه Arduino این اقدامات مورد نظر را برای سیستم انجام دهد ، کد مناسب برای هر یک از آن توابع مشخص شده باید در Arduino بارگذاری شود. کد (که برای سهولت در پیگیری توضیح داده شد) که در این سیستم استفاده می شد از دو قسمت اصلی تشکیل شده بود: کد اصلی و کلاس موتور پله ای که از یک سربرگ (.h) و C ++ (.cpp) و به عنوان فایلهای pdf با نام مربوطه ضمیمه شده است. از لحاظ تئوری این کد قابل کپی و جایگذاری است اما باید بررسی شود که خطایی در انتقال وجود نداشته است. کد اصلی چیزی است که در واقع بیشتر توابع مورد نظر برای این پروژه را انجام می دهد و در عناصر اصلی زیر ترسیم شده است و باید بتواند به راحتی در کد نظر داده شده دنبال شود:

• کلاس را برای کار با موتور پله ای در نظر بگیرید
• همه متغیرها و مکان پین اختصاصی آنها را در آردوینو تعریف کنید
• تمام اجزای رابط را به عنوان ورودی یا خروجی در آردوینو تعریف کنید ، موتور پله ای را فعال کنید
• یک عبارت if که پمپ پرستالتیک را روشن می کند در صورت فعال شدن کلید نی (این دستور if در همه حلقه های if و while وجود دارد تا اطمینان حاصل شود که ما دائما در حال بررسی این هستیم که آیا پمپ باید روشن شود)
• مربوط به عبارتهایی است که می گویند وقتی بالا یا پایین فشار داده می شود که موتور پله ای را چند بار مشخص (با استفاده از حلقه while) در جهت مربوطه بچرخانید

کلاس موتور پله ای اساساً طرحی است که به راحتی به برنامه نویسان اجازه می دهد سخت افزارهای مشابه را با کد یکسان کنترل کنند. از لحاظ نظری می توانید این را کپی کرده و به جای نیاز به بازنویسی هر بار کد ، از آن برای موتورهای پله ای مختلف استفاده کنید! فایل هدر یا فایل.h شامل تمام تعاریفی است که به طور خاص برای این کلاس تعریف شده و مورد استفاده قرار می گیرد (مانند تعریف متغیر در کد اصلی). کد C ++ یا فایل.cpp بخش واقعی کار کلاس است و مخصوص موتور steppr است.

قسمت B: راه اندازی سخت افزار

از آنجایی که آردوینو فقط 5 ولت تغذیه می کند و موتور پله ای و پمپ پریستالتیک به 12 ولت نیاز دارند ، منبع تغذیه خارجی مورد نیاز است و برای هرکدام با درایورهای مناسب ادغام می شود. از آنجا که راه اندازی اتصالات بین ورق نورد ، آردوینو و اجزای عملکردی می تواند پیچیده و خسته کننده باشد ، یک نمودار نمودار سیم کشی پیوست شده است تا به راحتی تنظیمات سخت افزاری سیستم را برای تکرار آسان نشان دهد.

مرحله 5: جمع آوری

با قطعات چاپ شده ، سخت افزار سیم کشی شده و کد تنظیم شده ، وقت آن است که همه چیز را با هم جمع کنید.

1. سیستم رک و پینیون را با بازوی موتور پله ای که در شکاف چرخ دنده مخصوص سروو موتور قرار دارد ، مونتاژ کنید (به تصاویر مرحله 1 مراجعه کنید).
2. بلوک فوم فوم را به بالای قفسه وصل کنید (من از چسب حرارتی استفاده کردم).
3. ویال را داخل بلوک فوم پلی استور قرار دهید ، (پلی استای فوم عایق را برای مقابله با تخریب نمونه شما فراهم می کند تا بتوانید آن را بازیابی کنید).
4. پایه مدولار را با بلوک های گوشه ای برای پایه و بالا مونتاژ کنید ، تعداد دیگری از بلوک های دیگر را اضافه کنید تا ارتفاع مناسب با ارتفاعی که سیستم قفسه و پینیون بالا و پایین می آورد مطابقت داشته باشد. پس از تنظیم نهایی ، توصیه می شود که چسب را در انتهای ماده بلوک ها قرار دهید و انتهای نر را ساقه کنید. این یک بونگ قوی را تضمین می کند و یکپارچگی سیستم را بهبود می بخشد.
5. نصف کلیدهای مغناطیسی نی مغناطیسی را به هر بلوک سنسور وصل کنید.
6. اطمینان حاصل کنید که بلوک سنسور پایین سنسور آزادانه در طول پین ها حرکت می کند (یعنی فاصله کافی در سوراخ ها وجود دارد).
7. آردوینو و اتصالات سیمی مناسب را مونتاژ کنید ، همه آنها در جعبه سیاه موجود در تصویر همراه با موتور پله ای قرار دارند.
8. کابل USB را به آردوینو و سپس به منبع 5 ولت وصل کنید.
9. منبع تغذیه خارجی را به پریز وصل کنید (توجه داشته باشید تا از کوتاه شدن احتمالی آردوینو خودداری کنید ، بسیار مهم است که این کار را به این ترتیب انجام دهید و اطمینان حاصل کنید که هنگام اتصال به منبع خارجی ، آردوینو به فلز دست نزند یا اطلاعاتی در آن بارگذاری نشده باشد. منبع تغذیه)
10. همه چیز را دوباره بررسی کنید
11. نمونه!

مرحله 6: نمونه

تبریک می گویم! شما نمونه خودکار نمایشی خود را ایجاد کرده اید! در حالی که استفاده از این نمونه گیر خودکار چندان کاربردی در آزمایشگاه نخواهد بود ، چند تغییر باعث می شود که چنین شود! در مورد ارتقاء نمونه خودکار خود در آینده که می توانید از آن در آزمایشگاه واقعی استفاده کنید ، مراقب باشید! در این فاصله ، احساس رایگان داشته باشید که کارهای غرورآفرین خود را به نمایش بگذارید و از آن به دلخواه خود استفاده کنید (شاید یک دستگاه پخش نوشیدنی فانتزی!)