Pampu sahihi ya Peristaltic: Hatua 13

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:53

Sisi ni timu ya wanafunzi kutoka taaluma tofauti za Chuo Kikuu cha RWTH Aachen na tumeunda mradi huu katika muktadha wa ushindani wa 2017 iGEM.

Baada ya kazi yote iliyoingia kwenye pampu yetu, tungependa kushiriki matokeo yako na wewe!

Tuliunda pampu hii kama suluhisho la utunzaji wa kioevu kwa mradi wowote ambao unahitaji usafirishaji wa vinywaji. Pampu yetu inauwezo wa kupima na kusukuma sahihi, ikitoa anuwai ya viwango vya kipimo na viwango vya mtiririko ili kuongeza matumizi yanayowezekana. Kupitia majaribio 125 ya upimaji tuliweza kuonyesha na kupima usahihi wa pampu yetu. Kwa neli iliyo na kipenyo cha ndani cha 0, 8 mm na mtiririko wowote au ujazo wa kipimo ndani ya vipimo tunaweza kuonyesha usahihi bora kuliko 2% kupotoka kutoka kwa thamani iliyowekwa. Kutokana na matokeo ya vipimo, usahihi unaweza kuboreshwa hata zaidi ikiwa kasi ya hesabu imebadilishwa kwa kiwango kinachohitajika cha mtiririko.

Pampu inaweza kudhibitiwa bila ujuzi wa programu kupitia onyesho la LCD lililojengwa na kitovu cha kuzunguka. Kwa kuongeza, pampu inaweza kudhibitiwa kwa mbali kupitia USB na amri za serial. Njia hii rahisi ya mawasiliano inaambatana na programu za kawaida na lugha za programu (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C #, n.k.).

Pampu ni rahisi na ya bei rahisi kutengeneza, na sehemu zote zina jumla ya chini ya $ 100 ikilinganishwa na $ 1300 kwa suluhisho la bei rahisi zaidi la kibiashara ambalo tunaweza kupata. Mbali na printa ya 3D, zana za kawaida tu zinahitajika. Mradi wetu ni chanzo wazi kwa suala la vifaa na programu. Tunatoa faili za CAD kwa sehemu zilizochapishwa za 3D, orodha kamili ya vifaa vyote vya kibiashara vinavyohitajika na vyanzo vyao, na nambari ya chanzo inayotumika kwenye pampu yetu.

Hatua ya 1: Angalia Maelezo

Angalia maelezo na mjadala wa usahihi ulioambatanishwa hapa chini.

Je! Pampu inakidhi mahitaji yako?

Hatua ya 2: Kusanya Vipengele

1x Arduino Uno R3 / bodi inayoendana1x Stepper motor (WxHxD): 42x42x41 mm, Shaft (ØxL): 5x22 mm1x Usambazaji wa umeme 12 V / 3 A, kontakt: 5.5 / 2.1 mm1x Hatua dereva wa gari A49881x moduli ya LCD 16x2, (WxHxD): 80x36x13 mm3x sindano yenye HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 mm x 8 mm x 8mm1x Encoder 5 V, 0.01 A, 20 switch postions, 360 ° 1x Pump tubing, 1.6mm wall unene, 0.2m4x Foot self adhesive (L x W x H) 12.6 x 12.6 x 5.7 mm3x pini iliyonyooka (Ø x L) 4 mm x 14 mm1x Knob ya kudhibiti (Ø x H) 16.8 mm x 14.5 mm1x Potentiometer / Trimmer 10k1x 220 Ohm Resistor1x Capacitor 47µF, 25V

Wiring: 1x PCB (L x W) 80 mm x 52 mm, nafasi ya mawasiliano 2.54 mm (CS) 2x Pin strip, sawa, CS 2.54, nominella sasa 3A, pini 36 1x Ukanda wa Soketi, sawa, CS 2.54, currrent ya majina 3A, 40 pini1x Cables, rangi tofauti (km Ø 2.5 mm, sehemu ya msalaba 0, 5 mm²) Kupunguza joto (yanafaa kwa nyaya, km Ø 3 mm)

Screw: 4x M3, L = 25 mm (urefu bila kichwa), ISO 4762 (hex head) 7x M3, L = 16 mm, ISO 4762 (hex head) 16x M3, L = 8 mm, ISO 4762 (hex head) 4x Bomba ndogo ya kugonga (kwa LCD, Ø 2-2.5mm, L = 3-6 mm) 1x M3, L = 10mm grub screw, DIN 9161x M3, nut, ISO 4032

Sehemu zilizochapishwa za 3D: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (uchapishaji wa 3D sio lazima => kusaga / kukata / kukata) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

Hatua ya 3: Usindikaji wa Chapisho la Prints za 3D

Sehemu zilizochapishwa za 3D zinapaswa kusafishwa baada ya kuchapisha kuondoa mabaki yoyote kutoka kwa mchakato wa uchapishaji. Zana tunazopendekeza za kuchakata ni faili ndogo na mkataji wa nyuzi kwa nyuzi za M3. Baada ya mchakato wa uchapishaji mashimo mengi yanapaswa kupanuliwa kwa kutumia drill inayofaa. Kwa mashimo ambayo yana screws za M3, uzi lazima ulikatwa na mkataji wa nyuzi uliotajwa hapo juu.

Hatua ya 4: Cables & Wiring

Msingi wa mzunguko una Arduino na ubao wa pembeni. Kwenye ubao wa pembeni kuna dereva wa stepper motor, trimmer ya LCD, 47µF capacitor na viunganisho vya usambazaji wa umeme wa vifaa anuwai. Ili kuzima Arduino kwa kubadili umeme, usambazaji wa nguvu wa Arduino ulikatizwa na kuongozwa kwa Perfboard. Kwa kusudi hili, diode ambayo iko kwenye Arduino moja kwa moja nyuma ya jack ya umeme haikuuzwa na kuletwa kwenye ubao wa ubao badala yake.

Hatua ya 5: Mipangilio ya vifaa

Kuna mipangilio mitatu ambayo inahitaji kufanywa moja kwa moja kwenye mzunguko.

Kwanza kikomo cha sasa cha dereva wa hatua lazima kiweke, kwa kurekebisha screw ndogo kwenye A4988. Kwa mfano, ikiwa voltage V_ref kati ya screw na GND katika jimbo ni 1V, kikomo cha sasa ni mara mbili ya thamani: I_max = 2A (hii ndio thamani tuliyotumia). Ya juu ya sasa, juu ya kasi ya motor, kuruhusu kasi ya juu na viwango vya mtiririko. Walakini, pia matumizi ya nguvu na ukuaji wa joto huongezeka.

Kwa kuongezea, hali ya motor stepper inaweza kuweka kupitia pini tatu ambazo ziko juu kushoto kwa dereva wa stepper motor (MS1, MS2, MS3). Wakati MS2 iko kwenye + 5V, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa wiring, motor inaendeshwa katika hali ya hatua ya robo, ambayo tulitumia. Hii inamaanisha kuwa hatua moja (1.8 °) inafanywa kwa kunde nne ambazo dereva wa stepper hupokea kwenye pini ya STEP.

Kama thamani ya mwisho kuweka, trimmer kwenye perfboard inaweza kutumika kurekebisha tofauti ya LCD.

Hatua ya 6: Mzunguko wa Mtihani na Vipengele

Kabla ya kusanyiko inashauriwa kujaribu vifaa na mzunguko kwenye ubao wa mkate. Kwa njia hii, ni rahisi kupata na kurekebisha makosa yanayowezekana.

Tayari unaweza kupakia programu yetu kwa Arduino, kujaribu kazi zote kabla. Tulichapisha nambari ya chanzo kwenye GitHub:

github.com/iGEM-Aachen/Open-Source-Peristaltic-Pump

Hatua ya 7: Mkutano

Video inaonyesha mkusanyiko wa vifaa katika mlolongo uliokusudiwa bila wiring. Viunganisho vyote vinapaswa kushikamana kwanza na vifaa. Wiring inafanywa vizuri wakati ambapo vifaa vyote vimeingizwa, lakini kuta za upande bado hazijarekebishwa. Screws ngumu kufikia inaweza kufikiwa kwa urahisi na hex-wrench.

1. Ingiza swichi ya nguvu na kisimbuzi ndani ya shimo lao na uirekebishe kwa kesi hiyo. Ambatisha kitasa cha kudhibiti kwa kisimbuzi - kuwa mwangalifu - mara tu ukiambatisha kitovu, kinaweza kuharibu kisimbuzi ikiwa utajaribu kukiondoa tena.

2. Ambatisha onyesho la LCD na visu ndogo za kugonga, hakikisha kugeuza kontena na wiring kwenye onyesho kabla ya kusanyiko.

3. Rekebisha bodi ya Arduino Uno kwenye kesi hiyo kwa kutumia screws 8 mm M3.

4. Ingiza motor ya hatua na uiambatanishe kwenye kasha pamoja na sehemu iliyochapishwa ya 3D (Pump_case_bottom) ukitumia screws nne za 10 M M3.

5. Ambatisha ubao wa ubao kwenye kasha - hakikisha umeuzia vitu vyote kwenye ubao wa pembeni kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa wiring.

6. Waya sehemu za elektroniki ndani ya kesi hiyo.

7. Funga kesi kwa kuongeza paneli za upande ukitumia screws 10x 8 mm M3.

8. Kusanya mlima wa kuzaa kama inavyoonyeshwa kwenye video na uiambatishe kwenye shimoni la gari ukitumia screw ya grub 3 mm

9. Mwishowe, ambatisha msaada wa kaunta kwa kushikilia bomba (Pump_case_top_120 °) na visu mbili za 25 mm M3 na ingiza neli. Ingiza screws mbili 25 mm M3 kuweka neli mahali wakati wa mchakato wa pampu

Hatua ya 8: Ingiza Tubing

Hatua ya 9: Jijulishe na Kiolesura cha Mtumiaji (Udhibiti wa mwongozo)

Kiolesura cha mtumiaji hutoa udhibiti kamili wa pampu ya peristaltic. Inajumuisha onyesho la LCD, kitufe cha kudhibiti na kubadili nguvu. Knob ya kudhibiti inaweza kugeuzwa au kusukuma.

Kugeuza kitovu inaruhusu kuchagua kutoka kwa vitu anuwai vya menyu, kipengee cha menyu kwenye mstari wa juu kinachaguliwa sasa. Kusukuma kitovu kutaamilisha kipengee cha menyu kilichochaguliwa, kilichoonyeshwa na mstatili wa kupepesa. Mstatili wa kupepesa unamaanisha kuwa kipengee cha menyu kimeamilishwa.

Mara tu kipengee cha menyu kinapoamilishwa, huanza kulingana na kitu kilichochaguliwa ama kitendo au inaruhusu mabadiliko ya thamani inayolingana kwa kugeuza kitovu. Kwa vitu vyote vya menyu vilivyounganishwa na nambari ya nambari kitani kinaweza kushikiliwa ili kuweka upya dhamana kuwa sifuri au maradufu kushinikiza kuongeza thamani kwa moja ya kumi ya thamani yake ya juu. Kuweka thamani iliyochaguliwa na kulemaza kipengee cha menyu kitovu kinahitaji kusukuma mara ya pili.

Kitufe cha umeme kitazima pampu mara moja na vifaa vyake vyote (Arduino, motor motor, step motor driver, LCD), isipokuwa wakati pampu imeunganishwa kupitia USB. Arduino na LCD zinaweza kuwezeshwa na USB, ili kubadili nguvu kusiwaathiri.

Menyu ya pampu ina vitu 10, ambavyo vimeorodheshwa na kuelezewa hapo chini:

0 | Anza kusukumia, hali ya operesheni inategemea hali iliyochaguliwa katika "Njia 6"

1 | VolumeSet kiasi cha kipimo, kinazingatiwa tu ikiwa "Dozi" imechaguliwa kwa "6" Mode"

2 | V. Kitengo: Weka kitengo cha sauti, chaguzi ni: "mL": mL "uL": µL "kuoza": mizunguko (ya pampu)

Speed | Weka kiwango cha mtiririko, inazingatiwa tu ikiwa "Dozi" au "Pump" imechaguliwa kwa "6" Mode"

4 | S. Kitengo: Weka kitengo cha sauti, chaguzi ni: "mL / min": mL / min "uL / min": µL / min "rpm": mizunguko / min

5 | Mwelekeo: Chagua mwelekeo wa kusukuma: "CW" kwa kuzunguka saa, "CCW" kwa saa moja kwa moja

6 | Modi: Weka hali ya operesheni: "Dozi": pima ujazo uliochaguliwa (1 | Juzuu) kwa kiwango cha mtiririko uliochaguliwa (3 | Kasi) unapoanza "Pump": pampu mfululizo kwa kiwango cha mtiririko uliochaguliwa (3 | Kasi) wakati ilianza "Kal.": Upimaji, pampu itafanya mizunguko 30 kwa sekunde 30 wakati imeanza

7 | Cal Weka kiwango cha upimaji katika ml. Kwa usawazishaji, pampu huendeshwa mara moja katika hali ya upimaji na kiwango cha upimaji kilichosababishwa kilichopigwa hupimwa.

Hifadhi Sett. Hifadhi mipangilio yote kwa Arduinos EEPROM, maadili huhifadhiwa wakati wa kuzima na kupakiwa tena, wakati umeme umewashwa tena

9 | USB Ctrl Anzisha Udhibiti wa USB: Pump humenyuka kwa amri za serial zilizotumwa kupitia USB

Hatua ya 10: Upimaji na Jaribu kipimo

Kufanya usawa sahihi kabla ya kutumia pampu ni muhimu kwa kipimo sahihi na kusukuma. Usawazishaji utamwambia pampu ni kiasi gani kioevu kinachohamishwa kwa kila mzunguko, kwa hivyo pampu inaweza kuhesabu ni mizunguko ngapi na ni kasi gani inahitajika kufikia maadili yaliyowekwa. Ili kuanza usuluhishi, chagua Njia "Kal." na anza kusukuma au kutuma amri ya upimaji kupitia USB. Mzunguko wa usawa wa kawaida utafanya mzunguko 30 kwa sekunde 30. Kiasi cha kioevu kilichopigwa wakati wa mzunguko huu (ujazo wa calibration) inapaswa kupimwa kwa usahihi. Hakikisha, kwamba kipimo hakiathiriwi na matone yanayoshikamana na neli, uzito wa neli yenyewe au usumbufu mwingine wowote. Tunapendekeza utumie kipimo cha microgram kwa usawazishaji, kwani unaweza kuhesabu kwa urahisi sauti, ikiwa wiani na uzani wa kiwango cha kusukumwa cha kioevu kinajulikana. Mara tu unapopima ujazo wa upimaji unaweza kurekebisha pampu kwa kuweka thamani ya kipengee cha menyu "7 | Cal." au kuifunga kwa amri zako za serial.

Tafadhali kumbuka kuwa mabadiliko yoyote baada ya usawa kwenye mlima wa neli au tofauti ya shinikizo itaathiri usahihi wa pampu. Jaribu kufanya usawa kila wakati kwa hali sawa, ambayo pampu itatumika baadaye. Ukiondoa neli na kuiweka tena kwenye pampu, thamani ya upimaji itabadilika hadi 10%, kwani kwa tofauti ndogo katika nafasi na nguvu inayotumiwa kwa vis. Kuvuta neli pia kutabadilisha nafasi na kwa hivyo thamani ya upimaji. Ikiwa usawazishaji unafanywa bila tofauti ya shinikizo na pampu baadaye hutumiwa kusukuma vimiminika kwa shinikizo lingine itaathiri usahihi. Kumbuka hata tofauti ya kiwango cha mita moja inaweza kuunda tofauti ya shinikizo ya bar 0.1, ambayo itakuwa na ushawishi kidogo juu ya thamani ya upimaji, hata kama pampu inaweza kufikia shinikizo la angalau bar 1.5 kwa kutumia neli ya 0.8 mm.

Hatua ya 11: Interface Serial - Udhibiti wa Kijijini kupitia USB

Muunganisho wa serial unategemea muunganisho wa mawasiliano ya serial ya Arduino kupitia USB (Baud 9600, data 8 bits, hakuna usawa, kituo kidogo cha kusimama). Programu yoyote au lugha ya programu inayoweza kuandika data kwenye bandari ya serial inaweza kutumika kuwasiliana na pampu (MATLAB, LabVIEW, Java, chatu, C #, n.k.). Kazi zote za pampu zinapatikana kwa kutuma amri inayofanana kwenye pampu, mwisho wa kila amri herufi mpya ya mstari '\ n' (ASCII 10) inahitajika.

Dozi: d (ujazo katika µL), (kasi katika µL / min), (kiwango cha upimaji katika µL) '\ n'

k.m: d1000, 2000, 1462 '\ n' (kipimo cha 1mL kwa 2mL / min, kiwango cha calibration = 1.462mL)

Pampu: p (kasi katika µL / min), (kiasi cha upimaji katika µL) '\ n'

k.k.

Suluhisha: c '\ n'

Acha: x '\ n'

Mazingira ya Arduino (Arduino IDE) ina mfuatiliaji wa serial aliyejengwa, ambao unaweza kusoma na kuandika data ya serial, kwa hivyo amri za serial zinaweza kupimwa bila nambari yoyote ya maandishi.

Hatua ya 12: Shiriki Uzoefu wako na Kuboresha Pump

Ikiwa umejenga pampu yetu, tafadhali shiriki uzoefu wako na maboresho ya programu na vifaa kwenye:

Thingiverse (sehemu zilizochapishwa za 3D)

GitHub (programu)

Maagizo (maagizo, wiring, jumla)

Hatua ya 13: Udadisi kuhusu IGEM?

IGEM (Mashine ya Uhandisi ya Jeni ya kimataifa) ni shirika huru, lisilo la faida lililojitolea kwa elimu na ushindani, maendeleo ya biolojia ya sintetiki, na maendeleo ya jamii iliyo wazi na ushirikiano.

iGEM inaendesha programu kuu tatu: Ushindani wa iGEM - mashindano ya kimataifa kwa wanafunzi wanaopenda uwanja wa biolojia ya sintetiki; Programu ya Maabara - mpango wa maabara ya masomo kutumia rasilimali sawa na timu za mashindano; na Usajili wa Sehemu za Kibaolojia za Kiwango - mkusanyiko unaokua wa sehemu za maumbile zinazotumika kujenga vifaa na mifumo ya kibaolojia.

igem.org/Main_Page