جهاز أخذ العينات التوضيحية: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

تم إنشاء هذا التوجيه استيفاءً لمتطلبات مشروع Makecourse في جامعة جنوب فلوريدا (www.makecourse.com)

يعد أخذ العينات جانبًا مهمًا في أي مختبر رطب تقريبًا حيث يمكن تحليلها لتوفير معلومات مهمة للبحث والصناعة وما إلى ذلك. ومع ذلك ، قد يكون تكرار أخذ العينات مملاً ويتطلب حضورًا متكررًا لشخص ما لأخذ العينة المذكورة بما في ذلك عطلات نهاية الأسبوع والعطلات وما إلى ذلك. يمكن لجهاز أخذ العينات أن يخفف هذا الطلب ويلغي الحاجة إلى جدولة جدول أخذ العينات والحفاظ عليه والموظفين لتنفيذه. في Instructable ، تم إنشاء جهاز أخذ العينات الأوتوماتيكي التوضيحي كنظام بسيط يمكن بناؤه وتشغيله بسهولة. يرجى مشاهدة الفيديو المرتبط لإلقاء نظرة عامة على تطور هذا المشروع.

فيما يلي قائمة بالمواد المستخدمة في إنشاء هذا المشروع ، يجب أن تكون جميع هذه المكونات قابلة للتواجد في المتاجر أو عبر الإنترنت من خلال البحث السريع:

• 1 × طابعة ثلاثية الأبعاد
• 1 × مسدس الغراء الساخن
• 3 × مسامير
• 1 × مفك البراغي
• 1 × اردوينو أونو
• 1 × اللوح
• 1 × USB إلى كابل Arduino
• 1 × 12 فولت ، 1A برميل التوصيل مصدر طاقة خارجي
• 1 × 12 فولت مضخة تمعجية ث / سائق إديوينو
• 1 x Nema 17 محرك متدرج مع EasyDriver
• 1 × مفتاح القصب المغناطيسي
• 2 × أزرار
• 1 × 25 مل قارورة عينة
• 1 × 1.5 بوصة × 1.5 بوصة كتلة ستايروفوم ، مجوفة
• أسلاك دبوس لتوصيل Arduino ولوح التجارب
• برنامج CAD (مثل Fusion 360 / AutoCAD)

الخطوة 1: تصنيع نظام الرف والجناح الخطي

من أجل رفع وخفض القارورة لاستقبال العينة ، استخدمت نظام رف وترس خطي مأخوذ من Thingiverse (https://www.thingiverse.com/thing:3037464) مع رصيد مستحق للمؤلف: MechEngineerMike. ومع ذلك ، يجب أن يعمل أي نظام رف وترس بحجم مناسب. يتم تثبيت نظام الرف والجناح الخاص هذا مع البراغي. أثناء عرض المؤازرة في الصور ، تم استخدام محرك متدرج لتوفير عزم الدوران اللازم.

إعدادات الطباعة الموصى بها (لطباعة كل القطع):

• الطوافات: لا
• يدعم:
• القرار:.2mm
• إنفيل: 10٪
• اعتمادًا على جودة الطابعة ثلاثية الأبعاد ، فإن صنفرة القطع المطبوعة من العيوب ستجعل التجميع أكثر سلاسة

الخطوة الثانية: تصنيع الحامل

لإيواء كتلة المستشعر (التي تمت مناقشتها لاحقًا) والأنابيب من المضخة التمعجية لملء القارورة بالعينة ، يجب تصنيع الحامل. نظرًا لأن هذا نموذج توضيحي حيث يلزم إجراء تغييرات على طول الطريق ، فقد تم استخدام نهج معياري. تم تصميم كل كتلة كتكوين من الذكور إلى الإناث مع ثلاثة دبابيس / فتحات في نهاياتها للسماح بتعديل وتجميع وتفكيك بسهولة. تعمل كتلة البناء الركنية كقاعدة وأعلى للحامل ، بينما تعمل الكتلة الأخرى على إطالة ارتفاع الحامل. يعتمد حجم النظام على حجم العينة المراد أخذها. تم استخدام قوارير 25 مل لهذا النظام المحدد وتم تصميم الكتل بالأبعاد التالية:

• كتلة الارتفاع × العرض × العمق: 1.5 بوصة × 1.5 بوصة × 0.5 بوصة
• ذكر / أنثى نصف قطر الدبوس x الطول: 0.125 "x 0.25"

الخطوة الثالثة: تصنيع كتل المستشعرات

لملء قارورة بعينة عند الأمر ، تم استخدام نهج قائم على الاستشعار. يتم استخدام مفتاح القصب المغناطيسي لتنشيط المضخة التمعجية عند جمع المغناطيسين معًا. للقيام بذلك عند رفع القارورة لاستقبال العينة ، تم تصميم الكتل بنفس الأبعاد والتصميم المماثل لتلك المستخدمة في تصنيع الحامل ولكن بها أربعة ثقوب بالقرب من كل زاوية للمسامير (بنفس نصف قطر الذكر / الأنثى دبابيس من الكتل بطول 2 بوصة ولكن برأس أكثر سمكًا قليلاً لمنع الكتلة من الانزلاق) مع فتحة قطرها 0.3 بوصة أخرى في مركز الأنبوب الذي سيملأ القارورة. يتم تكديس كتلتين من أجهزة الاستشعار مع دبابيس تمر عبر فتحات الزاوية لكل كتلة. يتم تثبيت نهاية المسامير في فتحات الزاوية من كتلة المستشعر العلوية لتثبيت الكتل ، وقد تم استخدام الغراء الساخن ولكن يجب أن تعمل معظم المواد اللاصقة الأخرى أيضًا. مع كل نصف من المحول ملتصق بجانب كل كتلة ، عندما يتم رفع القارورة بواسطة الرف الخطي المفعل ونظام الترس الصغير لاستقبال العينة ، فإنه سيرفع الكتلة السفلية على طول طول المسامير لتلبية المستشعر العلوي منع وتوصيل المفاتيح المغناطيسية ، وتفعيل المضخة التمعجية. لاحظ أنه من المهم تصميم المسامير وفتحات الزاوية للحصول على خلوص كافٍ للسماح للكتلة السفلية بالانزلاق بسهولة لأعلى ولأسفل بطول المسامير (1/8 بوصة على الأقل).

الخطوة 4: التحكم: إنشاء كود Arduino واتصالات

الجزء أ: وصف الكود

لكي يعمل النظام على النحو المنشود ، يتم استخدام لوحة Arduino Uno لتنفيذ هذه الوظائف المطلوبة. المكونات الأربعة الرئيسية التي تتطلب التحكم هي: بدء العملية التي كانت في هذه الحالة عبارة عن أزرار لأعلى ولأسفل ، محرك متدرج لرفع وخفض الرف الخطي ونظام الترس الذي يحمل القارورة ، ومفتاح القصب المغناطيسي للتنشيط عند رفع كتل المستشعر بواسطة القارورة ، والمضخة التمعجية للتشغيل وملء القارورة عند تنشيط مفتاح القصب المغناطيسي. لكي يقوم Arduino بتنفيذ هذه الإجراءات المطلوبة للنظام ، يجب تحميل الكود المناسب لكل من هذه الوظائف المحددة في Arduino. يتكون الكود (الذي تم التعليق عليه لتسهيل المتابعة) الذي تم استخدامه في هذا النظام من جزأين أساسيين: الكود الرئيسي ، وفئة محرك السائر الذي يتكون من رأس (.h) و C ++ (.cpp) و يتم إرفاقها كملفات pdf بأسمائها المقابلة. من الناحية النظرية ، يمكن نسخ هذا الرمز ولصقه ولكن يجب مراجعته للتأكد من عدم وجود خطأ في النقل. الكود الرئيسي هو ما ينفذ في الواقع معظم الوظائف المطلوبة لهذا المشروع وهو مخطط تفصيلي في العناصر الأساسية أدناه ويجب أن يكون قابلاً للمتابعة بسهولة في الكود المعلق:

• قم بتضمين الفصل لتشغيل محرك السائر
• حدد جميع المتغيرات ومواقع الدبوس المخصصة لها على Arduino
• حدد جميع مكونات الواجهة كمدخلات أو مخرجات لـ Arduino ، وقم بتمكين محرك السائر
• عبارة if التي تُشغل المضخة التمعجية إذا تم تنشيط مفتاح القصب (هذه العبارة موجودة في جميع حلقات if and while الأخرى للتأكد من أننا نتحقق باستمرار مما إذا كان يجب تشغيل المضخة)
• المطابقة إذا كانت العبارات التي عند الضغط على أعلى أو لأسفل لتشغيل محرك السائر عددًا معينًا من المرات (باستخدام حلقة while) في الاتجاه المقابل

فئة المحرك السائر هي في الأساس مخطط يسمح للمبرمجين بالتحكم في أجهزة مماثلة بنفس الرمز ؛ من الناحية النظرية ، يمكنك نسخ هذا واستخدامه لمحركات السائر المختلفة بدلاً من الاضطرار إلى إعادة كتابة الكود في كل مرة! يحتوي ملف الرأس أو ملف.h على جميع التعريفات التي تم تعريفها واستخدامها خصيصًا لهذه الفئة (مثل تحديد المتغير في الكود الرئيسي). كود C ++ أو ملف.cpp هو قسم العمل الفعلي للفئة وعلى وجه التحديد لمحرك steppr.

الجزء ب: إعداد الأجهزة

نظرًا لأن Arduino يوفر فقط 5 فولت ويتطلب محرك السائر والمضخة التمعجية 12 فولت ، يلزم وجود مصدر طاقة خارجي ومتكامل مع برامج التشغيل المناسبة لكل منهما. نظرًا لأن إعداد الاتصالات بين اللوح و Arduino والمكونات العاملة يمكن أن تكون معقدة ومملة ، فقد تم إرفاق مخطط تخطيطي للأسلاك لإظهار إعداد الأجهزة للنظام بسهولة من أجل النسخ المتماثل بسهولة.

الخطوة 5: التجميع

مع طباعة الأجزاء ، وتوصيل الأجهزة ، وإعداد الكود ، حان الوقت لتجميع كل شيء معًا.

1. قم بتجميع نظام الجريدة المسننة والجريدة المسننة مع إدخال ذراع المحرك السائر في فتحة الترس المخصص لمحرك المؤازرة (راجع الصور في الخطوة 1).
2. قم بتوصيل كتلة الستايروفوم بأعلى الرف (لقد استخدمت الغراء الساخن).
3. أدخل القارورة في كتلة الستايروفوم المجوفة ، (يوفر الستايروفوم العزل لمكافحة تدهور العينة حتى تتمكن من استعادتها).
4. قم بتجميع الحامل المعياري مع كتل الزاوية للقاعدة والجزء العلوي ، أضف أكبر عدد من الكتل الأخرى للحصول على الارتفاع المناسب ليتوافق مع الارتفاع الذي يرفعه وينخفض نظام الرف والجناح. بمجرد تعيين التكوين النهائي ، يوصى بوضع مادة لاصقة في الأطراف الأنثوية للكتل وتنوب الأطراف الذكرية. هذا يضمن بونغ قويًا وسيحسن تكامل النظام.
5. قم بتوصيل النصفين الخاصين بمفاتيح القصب المغناطيسية بكل كتلة مستشعر.
6. تأكد من أن كتلة المستشعر السفلي تتحرك بحرية على طول المسامير (أي أن هناك خلوصًا كافيًا في الثقوب).
7. قم بتجميع Arduino والوصلات السلكية المناسبة ، وكلها موجودة في الصندوق الأسود في الصورة جنبًا إلى جنب مع محرك السائر.
8. قم بتوصيل كابل USB في Arduino ثم بمصدر 5V.
9. قم بتوصيل مصدر الطاقة الخارجي بمأخذ كهربائي (لاحظ لتجنب احتمال اختصار Arduino الخاص بك ، من المهم جدًا القيام بذلك بهذا الترتيب والتأكد من أن Arduino لا يلامس أي شيء معدني أو يتم تحميل البيانات عليه عند توصيل هذا بالخارج مزود الطاقة).
10. تحقق مرة أخرى من كل شيء
11. عينة!

الخطوة 6: عينة

تهانينا! لقد قمت بإنشاء جهاز أخذ العينات الأوتوماتيكي التوضيحي الخاص بك! في حين أن جهاز أخذ العينات التلقائي هذا لن يكون عمليًا للاستخدام في المختبر كما هو ، إلا أن بعض التعديلات تجعله كذلك! ترقب للحصول على تعليمات مستقبلية حول ترقية جهاز أخذ العينات الأوتوماتيكي التوضيحي الخاص بك لتتمكن من استخدامه في معمل فعلي! في هذه الأثناء ، لا تتردد في عرض عملك الفخور واستخدمه كما تراه مناسبًا (ربما موزع مشروبات فاخر!)