Həssas Peristaltik Pompa: 13 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Biz RWTH Aachen Universitetinin müxtəlif fənlərindən tələbə komandasıyıq və bu layihəni 2017 iGEM müsabiqəsi kontekstində yaratdıq.

Pompamıza daxil olan bütün işlərdən sonra nəticələrimizi sizinlə bölüşmək istərdik!

Bu peristaltik nasosu, mayelərin daşınmasını tələb edən hər hansı bir layihə üçün ümumiyyətlə tətbiq olunan bir maye idarəetmə həlli olaraq qurduq. Pompamız, mümkün olan tətbiqləri maksimum dərəcədə artırmaq üçün geniş dozaj həcmi və axın sürətini təmin edərək, dəqiq dozaj və nasos qabiliyyətinə malikdir. 125 dozaj təcrübəsi sayəsində nasosumuzun düzgünlüyünü nümayiş etdirə və ölçə bildik. 0, 8 mm daxili diametrli və spesifikasiyalar daxilində hər hansı bir axın sürəti və ya dozaj həcmi olan bir boru üçün, müəyyən edilmiş dəyərdən 2% sapmadan daha yaxşı bir dəqiqlik göstərə bilərik. Ölçmələrin nəticələrini nəzərə alaraq, kalibrləmə sürəti lazımi axın sürətinə uyğunlaşdırılarsa, dəqiqlik daha da artırıla bilər.

Pompa, quraşdırılmış LCD displey və fırlanan düymə vasitəsilə proqramlaşdırma biliyi olmadan idarə oluna bilər. Bundan əlavə, nasos USB vasitəsilə uzaqdan idarə oluna bilər. Bu sadə ünsiyyət yolu ümumi proqram təminatı və proqramlaşdırma dilləri ilə uyğundur (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#və s.).

Nasosun istehsalı sadə və ucuzdur, bütün hissələri 100 dollardan azdır və tapa biləcəyimiz ən ucuz kommersiya həlli üçün 1300 dollardır. 3D printerdən başqa, yalnız ümumi vasitələrə ehtiyac var. Layihəmiz hardware və proqram təminatı baxımından açıq mənbədir. 3D çap edilmiş hissələr üçün CAD sənədlərini, bütün lazımi ticarət komponentlərinin və onların mənbələrinin tam siyahısını və nasosumuzda istifadə olunan mənbə kodunu təqdim edirik.

Addım 1: Xüsusiyyətləri yoxlayın

Aşağıda göstərilən spesifikasiyaları və düzgünlüyün müzakirəsini yoxlayın.

Pompa tələblərinizə cavab verirmi?

Addım 2: Komponentləri toplayın

1x Arduino Uno R3/ uyğun lövhə1x Step motor (GxYxD): 42x42x41 mm, Şaft (ØxL): 5x22 mm1x Enerji təchizatı 12 V/ 3 A, bağlayıcı: 5.5/ 2.1 mm1x Step motor sürücüsü A49881x LCD modul 16x2, (GxYxD): 80x36x13 mm3x İğne yatağı HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 mm x 8 mm x 8mm1x Enkoder 5 V, 0.01 A, 20 keçid yeri, 360 ° 1x Nasos borusu, 1.6 mm divar qalınlığı, 0.2m4x Ayaqdan yapışan (L x G x Y) 12,6 x 12,6 x 5,7 mm3x Düz pin (Ø x L) 4 mm x 14 mm1x İdarəetmə düyməsi (Ø x Y) 16,8 mm x 14,5 mm1x Potansiyometr/ Trimmer 10k1x 220 Ohm Rezistor1x Kondansatör 47µF, 25V

Kablolama: 1x PCB (U x G) 80 mm x 52 mm, Kontakt aralığı 2,54 mm (CS) 2x Pim zolağı, düz, CS 2.54, nominal cərəyan 3A, 36 sancaq1x Soket şeridi, düz, CS 2.54, nominal axın 3A, 40 pinlər 1x Kabellər, fərqli rənglər (məsələn, Ø 2,5 mm, kəsiyi 0, 5 mm²) İstilik büzülməsi (kabellər üçün uyğundur, məsələn Ø 3 mm)

Vintlər: 4x M3, L = 25 mm (başsız uzunluq), ISO 4762 (altıbucaqlı baş) 7x M3, L = 16 mm, ISO 4762 (altıbucaqlı baş) 16x M3, L = 8 mm, ISO 4762 (altıbucaqlı baş) 4x Kiçik vurma vidası (LCD üçün, Ø 2-2.5mm, L = 3-6 mm) 1x M3, L = 10mm vida, DIN 9161x M3, qoz, ISO 4032

3D çaplı hissələr: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (3D çapa ehtiyac yoxdur => freze/kəsmə/mişar) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

Addım 3: 3D Çapların Post İşlənməsi

Çap prosesindən qalıqları çıxarmaq üçün 3D çap olunmuş hissələr çapdan sonra təmizlənməlidir. Sonrakı işləmə üçün tövsiyə etdiyimiz vasitələr kiçik bir fayl və M3 mövzuları üçün bir ip kəsicidir. Çap prosesindən sonra, çoxlu deliklər uyğun bir matkapla genişləndirilməlidir. M3 vintləri olan deliklər üçün yuxarıda göstərilən iplik kəsici ilə bir ip kəsilməlidir.

Addım 4: Kabellər və naqillər

Dövrənin nüvəsi Arduino və perfboarddan ibarətdir. Mükəmməl lövhədə, step motor sürücüsü, LCD üçün trimmer, 47µF kondansatör və müxtəlif komponentlərin enerji təchizatı əlaqələri var. Arduino'yu güc açarı ilə söndürmək üçün Arduinonun enerji təchizatı kəsildi və Perfboard -a aparıldı. Bu məqsədlə, Arduino'da birbaşa elektrik prizinin arxasında yerləşən diod satılmamış və yerinə taxtaya gətirilmişdir.

Addım 5: Avadanlıq Ayarları

Birbaşa dövrədə edilməli olan üç parametr var.

Əvvəlcə A4988 üzərindəki kiçik vidayı tənzimləyərək, pilləli motor sürücüsünün cari həddi təyin olunmalıdır. Məsələn, vida ilə GND arasındakı gərginlik V_ref 1V olarsa, cari limit iki dəfə çoxdur: I_max = 2A (istifadə etdiyimiz dəyərdir). Cərəyan nə qədər yüksəkdirsə, mühərrikin torku da o qədər yüksəkdir və daha yüksək sürət və axın sürətinə imkan verir. Bununla birlikdə, enerji istehlakı və istilik inkişafı da artır.

Bundan əlavə, step motorunun rejimi, step motor sürücüsünün sol üst hissəsində yerləşən üç pin vasitəsilə (MS1, MS2, MS3) təyin edilə bilər. MS2 + 5V -də olduqda, bağlama sxemində göstərildiyi kimi, motor istifadə etdiyimiz dörddə bir addım rejimində işləyir. Bu o deməkdir ki, step motor sürücüsünün STEP pinində aldığı dörd impuls üçün tam olaraq bir addım (1.8 °) yerinə yetirilir.

Ayarlanacaq son dəyər olaraq, perfor taxtasındakı kəsici LCD kontrastını tənzimləmək üçün istifadə edilə bilər.

Addım 6: Test dövrəsi və komponentləri

Montajdan əvvəl, çörək taxtasında komponentləri və dövrəni yoxlamaq məsləhət görülür. Bu şəkildə mümkün səhvləri tapmaq və düzəltmək daha asandır.

Bütün funksiyaları əvvəlcədən sınamaq üçün proqramımızı artıq Arduinoya yükləyə bilərsiniz. Mənbə kodunu GitHub -da yayımladıq:

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

Addım 7: Quraşdırma

Videoda, tellər olmadan komponentlərin nəzərdə tutulan ardıcıllıqla yığılması göstərilir. Bütün bağlayıcılar əvvəlcə komponentlərə bağlanmalıdır. Kablolama ən yaxşı şəkildə bütün komponentlərin daxil olduğu yerdə aparılır, lakin yan divarlar hələ də düzəldilməmişdir. Çatdırıla bilən vintlərə altıbucaqlı açarla asanlıqla çatmaq olar.

1. Güc açarını və kodlayıcını təyin olunmuş çuxura daxil edin və korpusa bərkidin. Nəzarət düyməsini kodlaşdırıcıya bağlayın - diqqətli olun - düyməni bağladığınız zaman, onu yenidən çıxarmağa çalışsanız kodlayıcını məhv edə bilər.

2. LCD ekranı kiçik vintlər ilə bağlayın, montajdan əvvəl rezistoru və naqilləri ekrana lehimlədiyinizə əmin olun.

3. Arduino Uno lövhəsini 8 mm M3 vintlərdən istifadə edərək korpusa bərkidin.

4. Step motorunu daxil edin və 10 mm M3 ölçülü dörd vint istifadə edərək 3D çaplı hissə (Pump_case_bottom) ilə birlikdə korpusa bağlayın.

5. Mükəmməl lövhəni korpusa bağlayın - bütün komponentləri naqillərin sxemində göstərildiyi kimi mükəmməl lövhəyə lehimlədiyinizdən əmin olun.

6. Korpusun içərisindəki elektron hissələri tellə bağlayın.

7. 10x8 mm M3 vintlər istifadə edərək yan panelləri əlavə edərək korpusu bağlayın.

8. Rulman montajını videoda göstərildiyi kimi yığın və 3 mm -lik bir vida ilə motorun milinə bağlayın

9. Nəhayət, borunu tutmaq üçün sayğac dəstəyini (Pump_case_top_120 °) iki ədəd 25 mm M3 vida ilə bağlayın və borunu daxil edin. Pompa prosesində boruların yerində qalması üçün 25 mm M3 ölçülü iki vida daxil edin

Addım 8: Borular daxil edin

Addım 9: İstifadəçi interfeysi ilə tanış olun (əl ilə idarəetmə)

İstifadəçi interfeysi peristaltik nasosun hərtərəfli idarə olunmasını təmin edir. LCD ekran, idarəetmə düyməsi və güc açarından ibarətdir. Nəzarət düyməsini çevirmək və ya itələmək olar.

Düyməni çevirmək müxtəlif menyu elementlərindən seçim etməyə imkan verir, hazırda yuxarı sətirdə olan menyu maddəsi seçilir. Düyməni basmaq, yanıb -sönən düzbucaqlı ilə göstərilən seçilmiş menyu elementini aktivləşdirəcək. Yanıp sönən düzbucaq, menyu elementinin aktiv olduğunu göstərir.

Menyu maddəsi aktivləşdirildikdən sonra seçilmiş maddədən asılı olaraq bir hərəkətə başlayır və ya düyməni çevirərək müvafiq dəyərin dəyişdirilməsinə icazə verir. Rəqəmsal dəyərə bağlı olan bütün menyu elementləri üçün dəyəri sıfıra endirmək üçün düyməni basıb saxlamaq olar və ya maksimum dəyərinin onda bir hissəsini artırmaq üçün ikiqat basmaq olar. Seçilmiş dəyəri təyin etmək və bir menyu elementini deaktiv etmək üçün düyməni ikinci dəfə basmaq lazımdır.

Güc açarı, nasosun USB vasitəsilə qoşulduğu hallar istisna olmaqla, nasosu və onun bütün komponentlərini (Arduino, step motor, step motor sürücüsü, LCD) dərhal bağlayacaq. Arduino və LCD, USB ilə təchiz edilə bilər ki, güc açarı onlara təsir etməsin.

Pompalar menyusunda aşağıda sadalanan və təsvir olunan 10 maddə var:

0 | Başlamağa başlayın, iş rejimi "6) Mod" da seçilmiş rejimdən asılıdır.

1 | HəcmDozaj həcmini təyin edin, yalnız "6" Modunda "Doz" seçildikdə nəzərə alınır.

2 | V. Birim: Həcm vahidini təyin edin, seçimlər: "ml": ml "uL": µL "çürük": dövrələr (nasosun)

3 | SpeedSürət sürətini təyin edin, yalnız "6" Modunda "Doz" və ya "Pompa" seçildikdə nəzərə alınır.

4 | S. Birimi: Həcm vahidini təyin edin, seçimlər: "ml/dəq": ml/dəq "uL/dəq": µL/dəq "rpm": fırlanma/dəq

5 | İstiqamət: Nasos istiqamətini seçin: "CW" saat əqrəbi istiqamətində, "CCW" saat yönünün əksinə

6 | Rejim: İşləmə rejimini təyin edin: "Doz": seçilən həcmi (1 | Həcmi) seçilmiş axın sürətində (3 | Sürət) işə saldıqda "Pompa": seçilmiş axın sürətində (3 | Sürət) davamlı olaraq pompalayın. "Cal." başladı: Kalibrləmə, nasos işə salındıqda 30 saniyədə 30 dəfə fırlanacaq

7 | Kalibrləmə həcmini ml ilə təyin edin. Kalibrləmə üçün nasos bir dəfə kalibrləmə rejimində işləyir və nəticədə vurulan kalibrləmə həcmi ölçülür.

8 | Sett -i saxla. Bütün parametrləri Arduinos EEPROM -da saxla, güc söndürüldükdə dəyərlər saxlanılır və güc yenidən açıldıqda yenidən yüklənir.

9 | USB Ctrl USB İdarəçiliyini Aktivləşdirin: Nasos USB vasitəsilə göndərilən serial əmrlərinə reaksiya verir

Addım 10: Kalibrləmə və dozanı sınayın

Pompanı istifadə etməzdən əvvəl düzgün bir kalibrləmə aparmaq, dəqiq dozaj və nasos üçün çox vacibdir. Kalibrləmə, pompaya bir fırlanma zamanı nə qədər maye köçürüldüyünü izah edəcək, buna görə də nasos, müəyyən edilmiş dəyərlərə çatmaq üçün neçə dönmə və hansı sürət lazım olduğunu hesablaya bilər. Kalibrləməyə başlamaq üçün "Cal" rejimini seçin. pompalamağa başlayın və ya kalibrləmə əmrini USB vasitəsilə göndərin. Standart kalibrləmə dövrü 30 saniyədə 30 fırlanma yerinə yetirəcək. Bu dövrədə vurulan mayenin həcmi (kalibrləmə həcmi) dəqiq ölçülməlidir. Ölçmənin boruya yapışan damcılardan, borunun özünün ağırlığından və ya digər müdaxilələrdən təsirlənmədiyinə əmin olun. Kalibrləmə üçün bir mikrogram miqyasından istifadə etməyi məsləhət görürük, çünki vurulan mayenin sıxlığının və çəkisinin məlum olduğu halda həcmi asanlıqla hesablaya bilərsiniz. Kalibrləmə həcmini ölçdükdən sonra "7 | Cal" menyu maddəsinin dəyərini təyin edərək nasosu tənzimləyə bilərsiniz. və ya serial əmrlərinizə əlavə edin.

Diqqət yetirin ki, boru montajında kalibrləmə və ya təzyiq fərqindən sonra hər hansı bir dəyişiklik nasosun dəqiqliyinə təsir edəcək. Kalibrləməni həmişə nasosun daha sonra istifadə ediləcəyi eyni şəraitdə etməyə çalışın. Borunu çıxarıb yenidən pompaya quraşdırsanız, vintlərə tətbiq olunan yer və gücdəki kiçik fərqlərə görə kalibrləmə dəyəri 10%-ə qədər dəyişəcək. Borunun çəkilməsi də yerləşdirilməni və buna görə də kalibrləmə dəyərini dəyişəcək. Kalibrləmə təzyiq fərqi olmadan həyata keçirilsə və daha sonra nasos başqa bir təzyiqdə mayeləri vurmaq üçün istifadə edilərsə, bu, dəqiqliyə təsir edəcək. Unutmayın ki, hətta bir metrlik bir səviyyə fərqi 0,1 bar təzyiq təzyiqinə səbəb ola bilər ki, bu da nasos 0,8 mm borulardan istifadə edərək ən azı 1,5 bar təzyiqə çata bilsə də kalibrləmə dəyərinə bir qədər təsir edəcək.

Addım 11: Serial İnterfeysi - USB ilə Uzaqdan İdarəetmə

Serial interfeysi Arduino -nun USB vasitəsilə ardıcıl ünsiyyət interfeysinə əsaslanır (Baud 9600, 8 məlumat biti, paritet yoxdur, bir nöqtəli bit). Pompa (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#və s.) Pompanın bütün funksiyalarına müvafiq əmri pompaya göndərməklə əldə etmək olar, hər bir əmrin sonunda yeni bir xətt simvolu '\ n' (ASCII 10) tələb olunur.

Doz: d (həcm µL), (sürət µL/dəq), (µL ilə kalibrləmə həcmi) '\ n'

məs.: d1000, 2000, 1462 '\ n' (2 ml/dəqdə 1 ml dozaj, kalibrləmə həcmi = 1.462 mL)

Pompa: p (sürət µL/dəq), (µL ilə kalibrləmə həcmi) '\ n'

məs.: p2000, 1462 '\ n' (nasos 2mL/dəq, kalibrləmə həcmi = 1.462mL)

Kalibrləmə: c '\ n'

Dur: x '\ n'

Arduino mühiti (Arduino IDE), serial məlumatları oxuya və yaza bilən daxili serial monitoruna malikdir, buna görə də seriyalı əmrlər heç bir yazılı kod olmadan yoxlanıla bilər.

Addım 12: Təcrübələrinizi bölüşün və Pompanı təkmilləşdirin

Pompamızı qurmusunuzsa, lütfən, proqram və hardware sahəsində təcrübələrinizi və inkişaflarınızı bölüşün:

Thingiverse (3D çap hissələri)

GitHub (proqram təminatı)

Təlimatlar (təlimatlar, naqillər, ümumi)

Addım 13: IGEM ilə maraqlanırsınız?

İGEM (beynəlxalq Genetik Mühəndis Maşın) Vəqfi təhsil və rəqabət, sintetik biologiyanın inkişafı, açıq bir cəmiyyətin və əməkdaşlığın inkişafı ilə məşğul olan müstəqil, kommersiya təşkilatıdır.

iGEM üç əsas proqramı həyata keçirir: iGEM Competition - sintetik biologiya sahəsi ilə maraqlanan tələbələr üçün keçirilən beynəlxalq yarışma; Laboratoriya Proqramı - akademik laboratoriyaların rəqabət komandaları ilə eyni mənbələrdən istifadə etməsi üçün bir proqram; və Standart Bioloji Parçaların Qeydiyyatı - bioloji qurğuların və sistemlərin qurulması üçün istifadə olunan artan genetik hissələr toplusu.

igem.org/Main_Page