Échantillonneur automatique de démonstration : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Cette instructable a été créée pour répondre aux exigences du projet du Makecourse à l'Université de Floride du Sud (www.makecourse.com)

L'échantillonnage est un aspect important de presque tous les laboratoires humides car ils peuvent être analysés pour fournir des informations importantes pour la recherche, l'industrie, etc. Cependant, la fréquence d'échantillonnage peut être fastidieuse et nécessiter la présence fréquente de quelqu'un pour prélever ledit échantillon, y compris les week-ends, les vacances, etc. Un passeur d'échantillons peut soulager une telle demande et élimine le besoin de programmer et de maintenir un programme d'échantillonnage et le personnel pour l'exécuter. Dans ce Instructable, un échantillonneur automatique de démonstration a été construit comme un système simple qui peut être facilement construit et utilisé. Veuillez regarder la vidéo liée pour avoir un aperçu du développement de ce projet.

Ce qui suit est une liste des matériaux utilisés pour construire ce projet, tous ces composants devraient pouvoir être trouvés dans les magasins ou en ligne avec une recherche rapide:

• 1 imprimante 3D
• 1 x pistolet à colle chaude
• 3 vis
• 1 x tournevis
• 1 x Arduino Uno
• 1 x planche à pain
• 1 x câble USB vers Arduino
• 1 x 12V, 1A Barrel Plug Alimentation Externe
• 1 pompe péristaltique 12 V avec pilote Iduino
• 1 x moteur pas à pas Nema 17 avec EasyDriver
• 1 x interrupteur magnétique
• 2 boutons
• 1 flacon d'échantillon de 25 ml
• 1 bloc de polystyrène de 1,5" x 1,5", évidé
• Fils de broche pour connecter Arduino et planche à pain
• Logiciel de CAO (c'est-à-dire Fusion 360/AutoCAD)

Étape 1: Fabriquer un système linéaire à crémaillère et pignon

Afin de soulever et d'abaisser le flacon pour recevoir l'échantillon, j'ai utilisé un système linéaire à crémaillère et pignon tiré de Thingiverse (https://www.thingverse.com/thing:3037464) avec un crédit dû à l'auteur: MechEngineerMike. Cependant, tout système à crémaillère et pignon de taille appropriée devrait fonctionner. Ce système particulier de crémaillère et de pignon est monté avec des vis. Alors qu'un servo est montré dans les images, un moteur pas à pas a été utilisé pour fournir le couple nécessaire.

Paramètres d'impression recommandés (pour imprimer toutes les pièces):

• Radeaux: Non
• Prise en charge: Non
• Résolution:.2 mm
• Remplissage: 10 %
• Selon la qualité de votre imprimante 3D, le ponçage des imperfections imprimées rendra l'assemblage plus fluide

Étape 2: Fabriquer le support

Pour loger le bloc capteur (discuté plus loin) et le tube de la pompe péristaltique pour remplir le flacon d'échantillon, un support doit être fabriqué. Comme il s'agit d'un modèle de démonstration où des changements devraient être apportés en cours de route, une approche modulaire a été utilisée. Chaque bloc a été conçu comme une configuration mâle à femelle avec trois broches/trous à leurs extrémités respectives pour permettre une modification, un assemblage et un démontage faciles. Le bloc de construction d'angle servait de base et de haut du stand, tandis que l'autre bloc servait à allonger la hauteur du stand. L'échelle du système dépend de la taille de l'échantillon que l'on souhaite prélever. Des flacons de 25 ml ont été utilisés pour ce système particulier et les blocs ont été conçus avec les dimensions suivantes:

• Bloc H x L X P: 1,5" x 1,5" x 0,5"
• Rayon de broche mâle/femelle x longueur: 0,125" x 0,25"

Étape 3: Fabriquer des blocs de capteurs

Pour remplir un flacon d'échantillon sur commande, une approche basée sur des capteurs a été utilisée. Un interrupteur à lames magnétiques est utilisé pour activer la pompe péristaltique lorsque les deux aimants sont réunis. Pour ce faire lorsque le flacon est soulevé pour recevoir l'échantillon, des blocs de mêmes dimensions et de conception similaire à ceux utilisés pour fabriquer le support ont été conçus mais ont quatre trous près de chaque coin pour les broches (avec le même rayon que le mâle/femelle broches des blocs et une longueur de 2" mais avec une tête légèrement plus épaisse pour empêcher le bloc de glisser) avec un autre trou de 0,3" de diamètre au centre pour le tube qui remplira le flacon. Deux blocs de capteurs sont empilés avec des broches traversant les trous d'angle de chaque bloc. L'extrémité des broches est cimentée dans les trous d'angle du bloc de capteur supérieur pour stabiliser les blocs, de la colle chaude a été utilisée mais la plupart des autres adhésifs devraient également fonctionner. Avec chaque moitié de l'interrupteur collée sur le côté de chaque bloc, lorsque le flacon est soulevé par le système linéaire à crémaillère et pignon activé pour recevoir l'échantillon, il soulèvera le bloc inférieur le long des broches pour rencontrer le capteur supérieur bloquer et connecter les interrupteurs magnétiques, en activant la pompe péristaltique. Notez qu'il est important de concevoir les goupilles et les trous d'angle pour avoir suffisamment d'espace pour permettre au bloc inférieur de glisser facilement de haut en bas sur la longueur des goupilles (au moins 1/8").

Étape 4: Contrôle: créez le code et les connexions Arduino

Partie A: Code Description

Pour que le système fonctionne comme prévu, une carte Arduino Uno est utilisée pour exécuter ces fonctions souhaitées. Les quatre principaux composants nécessitant un contrôle sont: le lancement du processus qui, dans ce cas, étaient des boutons haut et bas, le moteur pas à pas pour élever et abaisser le système linéaire à crémaillère et pignon tenant le flacon, le commutateur magnétique à lames pour s'activer lorsque les blocs de capteurs sont levés par le flacon, et la pompe péristaltique pour allumer et remplir le flacon lorsque l'interrupteur magnétique à lames est activé. Pour que l'Arduino effectue ces actions souhaitées pour le système, le code approprié pour chacune de ces fonctions décrites doit être téléchargé dans l'Arduino. Le code (commenté pour le rendre facile à suivre) qui a été utilisé dans ce système était composé de deux parties principales: le code principal et la classe de moteur pas à pas qui est composée d'un en-tête (.h) et de C++ (.cpp) et sont joints sous forme de fichiers pdf avec leurs noms correspondants. Théoriquement ce code peut être copié et collé mais il faut vérifier qu'il n'y a pas eu d'erreur de transfert. Le code principal est ce qui exécute réellement la plupart des fonctions souhaitées pour ce projet et est décrit dans les éléments principaux ci-dessous et devrait pouvoir être facilement suivi dans le code commenté:

• Inclure la classe pour faire fonctionner le moteur pas à pas
• Définir toutes les variables et leurs emplacements de broche attribués sur l'Arduino
• Définissez tous les composants d'interfaçage comme entrées ou sorties vers l'Arduino, activez le moteur pas à pas
• Une instruction if qui allume la pompe péristaltique si le commutateur à lames est activé (cette instruction if est dans toutes les autres boucles if et while pour s'assurer que nous vérifions constamment que si la pompe doit être allumée)
• Correspondant si les déclarations que lorsque le haut ou le bas est enfoncé pour faire tourner le moteur pas à pas un certain nombre de fois (en utilisant une boucle while) dans la direction correspondante

La classe de moteur pas à pas est essentiellement un modèle qui permet aux programmeurs de contrôler facilement du matériel similaire avec le même code; théoriquement, vous pouvez le copier et l'utiliser pour différents moteurs pas à pas au lieu d'avoir à réécrire le code à chaque fois ! Le fichier d'en-tête ou fichier.h contient toutes les définitions définies et utilisées spécifiquement pour cette classe (comme définir la variable dans le code principal). Le code C++ ou le fichier.cpp est la section de travail réelle de la classe et spécifiquement pour le moteur pas à pas.

Partie B: Configuration du matériel

Comme l'Arduino ne fournit que 5 V et que le moteur pas à pas et la pompe péristaltique nécessitent 12 V, une source d'alimentation externe est requise et intégrée avec les pilotes appropriés pour chacun. Comme la configuration des connexions entre la maquette, Arduino et les composants fonctionnels peut être complexe et fastidieuse, un schéma de câblage a été joint pour montrer facilement la configuration matérielle du système pour une réplication facile.

Étape 5: Assembler

Une fois les pièces imprimées, le matériel câblé et le code configuré, il est temps de tout rassembler.

1. Assemblez le système à pignon et crémaillère avec le bras du moteur pas à pas inséré dans la fente de l'engrenage destiné au servomoteur (reportez-vous aux images de l'étape 1).
2. Fixez le bloc de polystyrène en haut du rack (j'ai utilisé de la colle chaude).
3. Insérez le flacon dans le bloc de polystyrène évidé (le polystyrène fournit une isolation pour lutter contre la dégradation de votre échantillon jusqu'à ce que vous puissiez le récupérer).
4. Assemblez le support modulaire avec les blocs d'angle pour la base et le dessus, ajoutez autant d'autres blocs pour obtenir la hauteur appropriée correspondant à la hauteur que le système à crémaillère et pignon élève et abaisse. Une fois la configuration finale définie, il est recommandé de mettre de l'adhésif dans les extrémités femelles des blocs et d'encoller les extrémités mâles. Cela garantit un bong solide et améliorera l'intégrité du système.
5. Fixez les moitiés respectives des commutateurs à lames magnétiques à chaque bloc de capteur.
6. Assurez-vous que le bloc de capteur inférieur du capteur se déplace librement le long des broches (c'est-à-dire qu'il y a suffisamment d'espace dans les trous).
7. Assemblez l'Arduino et les connexions filaires appropriées, elles sont toutes logées dans la boîte noire de l'image avec le moteur pas à pas.
8. Branchez le câble USB sur l'Arduino puis sur une source 5V.
9. Branchez l'alimentation externe dans une prise (remarque pour éviter de court-circuiter votre Arduino, il est très important de le faire dans cet ordre et de s'assurer que l'Arduino ne touche rien de métal ou n'a de données téléchargées lorsqu'il est branché sur l'externe source de courant).
10. Vérifiez TOUT
11. Échantillon!

Étape 6: Échantillon

Toutes nos félicitations! Vous avez créé votre propre échantillonneur automatique de démonstration ! Bien que cet échantillonneur automatique ne soit pas si pratique à utiliser dans un laboratoire tel quel, quelques modifications le rendraient ainsi ! Gardez un œil sur une future instructable sur la mise à niveau de votre échantillonneur automatique de démonstration pour pouvoir l'utiliser dans un laboratoire réel ! En attendant, n'hésitez pas à présenter votre fier travail et à l'utiliser comme bon vous semble (peut-être un distributeur de boissons fantaisie !)