Aniq peristaltik nasos: 13 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:27

Biz RWTH Aachen Universitetining turli fanlaridan kelgan talabalar jamoamiz va 2017 yildagi iGEM tanlovi doirasida ushbu loyihani yaratdik.

Bizning nasos bilan bog'liq barcha ishlardan so'ng, biz o'z natijalarimiz bilan siz bilan bo'lishishni istaymiz!

Biz bu peristaltik nasosni suyuqlikni tashishni talab qiladigan har qanday loyiha uchun umumiy qo'llaniladigan suyuq ishlov berish eritmasi sifatida qurdik. Bizning nasos aniq dozalash va nasosga qodir bo'lib, mumkin bo'lgan dasturlarni maksimal darajada oshirish uchun dozalash hajmlari va oqim tezligining keng doirasini ta'minlaydi. 125 dozalash tajribasi orqali biz nasosimizning aniqligini ko'rsatishga va o'lchashga muvaffaq bo'ldik. Ichki diametri 0, 8 mm va har qanday oqim tezligi yoki dozalash hajmiga ega bo'lgan quvurlar uchun biz belgilangan qiymatdan 2% chetga chiqishdan ko'ra aniqroq ko'rsatamiz. O'lchov natijalarini hisobga olgan holda, kalibrlash tezligi kerakli oqim tezligiga moslashtirilsa, aniqlikni yanada yaxshilash mumkin.

Nasosni o'rnatilgan LCD displey va aylanadigan tugma yordamida dasturlash bilimisiz boshqarish mumkin. Bundan tashqari, nasosni ketma -ket buyruqlar yordamida USB orqali masofadan boshqarish mumkin. Bu oddiy aloqa usuli umumiy dasturiy ta'minot va dasturlash tillari (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#va boshqalar) bilan mos keladi.

Nasosni ishlab chiqarish oddiy va arzon, uning barcha qismlari 100 dollardan kam bo'lib, biz topa oladigan eng arzon tijoriy echim uchun 1300 dollarga teng. 3D printerdan tashqari, faqat umumiy vositalar kerak. Bizning loyihamiz apparat va dasturiy ta'minot nuqtai nazaridan ochiq manba hisoblanadi. Biz 3D bosilgan qismlar uchun SAPR fayllarini, barcha kerakli tijorat komponentlari va ularning manbalarining to'liq ro'yxatini va nasosimizda ishlatiladigan manba kodini taqdim etamiz.

1 -qadam: Xususiyatlarni tekshiring

Texnik spetsifikatsiyalar va quyida keltirilgan aniqlik muhokamasini tekshiring.

Nasos sizning talablaringizga javob beradimi?

2 -qadam: Komponentlarni yig'ing

1x Arduino Uno R3/ mos keluvchi karta 1x Bosqichli dvigatel (GxHxD): 42x42x41 mm, Mil (ØxL): 5x22 mm1x Quvvat manbai 12 V/ 3 A, ulagich: 5,5/ 2,1 mm1x Dvigatel drayveri A49881x LCD moduli 16x2, (GxHxD): 80x36x13 mm3x IK rulmanli HK 0408 (IØ x O x x L) 4 mm x 8 mm x 8mm1x Enkoder 5 V, 0,01 A, 20 ta o'tish joyi, 360 ° 1x Nasos trubkasi, devor qalinligi 1,6 mm, 0,2m4x Oyoq yopishtiruvchi (L x V x Y) 12,6 x 12,6 x 5,7 mm3x To'g'ri pin (Ø x L) 4 mm x 14 mm1x Boshqaruv tugmasi (Ø x H) 16,8 mm x 14,5 mm1x Potansiyometr/ Trimmer 10k1x 220 Ohm rezistor1x kondansatör 47µF, 25V

Ulanish: 1x tenglikni (L x V) 80 mm x 52 mm, aloqa oralig'i 2,54 mm (CS) 2x pinli chiziq, to'g'ri, CS 2,54, nominal oqim 3A, 36 pinli pinlar 1x Kabellar, turli xil ranglar (masalan, Ø 2,5 mm, kesma 0, 5 mm²)

Vintlardek: 4x M3, L = 25 mm (boshsiz uzunlik), ISO 4762 (olti burchakli) 7x M3, L = 16 mm, ISO 4762 (olti burchakli) 16x M3, L = 8 mm, ISO 4762 (olti boshli) 4x Kichkina burama vint (LCD uchun, Ø 2-2,5 mm, L = 3-6 mm) 1x M3, L = 10 mm burama vint, DIN 9161x M3, yong'oq, ISO 4032

3D bosilgan qismlar: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (3D chop etish shart emas => frezalash/kesish/arralash) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

3 -qadam: 3D -bosmalarni post -qayta ishlash

Bosib chiqarish jarayonida qolgan qoldiqlarni olib tashlash uchun 3D bosilgan qismlar chop etilgandan keyin tozalanishi kerak. Keyingi ishlov berish uchun biz tavsiya qiladigan asboblar - bu kichik fayl va M3 iplari uchun kesuvchi. Bosib chiqarish jarayonidan so'ng, teshiklarning ko'p qismini mos matkap yordamida kengaytirish kerak. M3 vintlarini o'z ichiga olgan teshiklar uchun yuqorida ko'rsatilgan ipni kesuvchi bilan ip kesilishi kerak.

4 -qadam: Kabellar va simlar

Devrenning yadrosi Arduino va perforddan iborat. Perford taxtasida qadam dvigatel drayveri, LCD uchun trimmer, 47 mkF kondansatör va turli komponentlarning quvvat manbai ulanishlari mavjud. Quvvat kaliti yordamida Arduino -ni o'chirish uchun Arduino -ning elektr ta'minoti uzilib, Perfboardga olib borildi. Shu maqsadda, Arduino -da to'g'ridan -to'g'ri quvvat ulagichining orqasida joylashgan diod sotilmagan va uning o'rniga perfortga olib kelingan.

5 -qadam: Uskuna sozlamalari

To'g'ridan -to'g'ri kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uchta parametr mavjud.

Birinchidan, A4988 -dagi kichik vintni sozlash orqali qadam dvigatelining joriy chegarasi o'rnatilishi kerak. Misol uchun, agar vida va GND o'rtasidagi V_ref kuchlanish 1V bo'lsa, oqim chegarasi qiymatdan ikki baravar ko'p: I_max = 2A (bu biz ishlatgan qiymat). Oqim qanchalik baland bo'lsa, dvigatelning momenti shuncha yuqori bo'ladi, bu esa yuqori tezlik va oqim tezligini ta'minlaydi. Shu bilan birga, issiqlik iste'moli va energiya iste'moli oshadi.

Bundan tashqari, qadam dvigatelining rejimini step motor drayverining yuqori chap burchagida joylashgan uchta pim orqali sozlash mumkin (MS1, MS2, MS3). MS2 + 5V bo'lganida, ulanish sxemasida ko'rsatilgandek, vosita biz foydalangan chorak qadam rejimida ishlaydi. Bu shuni anglatadiki, qadam dvigateli STEP pinida oladigan to'rtta impuls uchun aynan bir qadam (1,8 °) bajariladi.

O'rnatilgan oxirgi qiymat sifatida, pervaz panelidagi trimmer LCD kontrastini sozlash uchun ishlatilishi mumkin.

6 -qadam: O'chirish davri va komponentlari

Yig'ishdan oldin komponentlar va sxemani non taxtasida sinab ko'rish tavsiya etiladi. Shunday qilib, mumkin bo'lgan xatolarni topish va tuzatish osonroq bo'ladi.

Siz barcha funktsiyalarni oldindan sinab ko'rish uchun dasturiy ta'minotimizni Arduino -ga yuklashingiz mumkin. Biz manba kodini GitHub -da e'lon qildik:

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

7 -qadam: yig'ish

Videoda komponentlar belgilangan tartibda simsiz yig'ilishi ko'rsatilgan. Barcha ulagichlar avval komponentlarga ulanishi kerak. Kabelni ulash barcha komponentlar joylashtirilgan joyda amalga oshiriladi, lekin yon devorlar hali o'rnatilmagan. Qo'lga olish qiyin bo'lgan vintlarga olti burchakli kalit yordamida osongina erishish mumkin.

1. Quvvat tugmasi va kodlovchini belgilangan teshikka joylashtiring va korpusga mahkamlang. Boshqaruv tugmachasini enkoderga ulang - ehtiyot bo'ling - tugmachani mahkamlagandan so'ng, agar siz uni yana olib tashlashga urinib ko'rsangiz, u kodlovchi buzilishi mumkin.

2. LCD displeyni kichik vintlar bilan mahkamlang, yig'ishdan oldin rezistorni va simni ekranga lehimlaganingizga ishonch hosil qiling.

3. Arduino Uno taxtasini korpusga 8 mm M3 vintlar yordamida mahkamlang.

4. Bosqichli dvigatelni joylashtiring va korpusga 3D bosilgan qismi (Pump_case_bottom) bilan birga 10 mm M3 o'lchamdagi to'rtta vint yordamida ulang.

5. Perfort taxtasini korpusga ulang - simi diagrammasida ko'rsatilganidek, barcha komponentlarni perforatorga lehimlaganingizga ishonch hosil qiling.

6. Koson ichidagi elektron qismlarni sim bilan ulang.

7. 10x8 mm M3 vintlar yordamida yon panellarni qo'shib korpusni yoping.

8. Rulman moslamasini videoda ko'rsatilgandek yig'ing va dvigatel miliga 3 mm vint yordamida ulang

9. Nihoyat, trubkani (Pump_case_top_120 °) ushlab turish uchun tayanch tayanchini 25 mm M3 o'lchamdagi ikkita vint bilan mahkamlang va trubkani joylashtiring. Quvurni nasos jarayonida ushlab turish uchun 25 mm M3 ikkita vintni joylashtiring

8 -qadam: quvurlarni joylashtiring

9 -qadam: Foydalanuvchi interfeysi bilan tanishib chiqing (qo'lda boshqarish)

Foydalanuvchi interfeysi peristaltik nasosni har tomonlama boshqarishni ta'minlaydi. U LCD displey, boshqaruv tugmasi va quvvat kalitidan iborat. Tekshirish tugmachasini burish yoki bosish mumkin.

Tugmani burish menyuning turli elementlaridan tanlash imkonini beradi, ayni paytda yuqori satrdagi menyu bandi tanlangan. Tugmani bosish, miltillovchi to'rtburchak bilan ko'rsatilgan tanlangan menyu bandini faollashtiradi. Miltillovchi to'rtburchak menyu bandi faollashtirilganligini bildiradi.

Menyu bandi faollashtirilgandan so'ng, u tanlangan elementga qarab harakatdan boshlanadi yoki tugmachani bosib kerakli qiymatni o'zgartirishga ruxsat beradi. Raqamli qiymatga ulangan barcha menyu elementlari uchun qiymatni nolga qaytarish tugmachasini bosib ushlab turish mumkin yoki uning maksimal qiymatining o'ndan bir qismiga oshirish uchun ikki marta bosish mumkin. Tanlangan qiymatni o'rnatish va menyuni o'chirish uchun tugmani ikkinchi marta bosish kerak.

Quvvat tugmasi nasosni va uning barcha komponentlarini (Arduino, qadam dvigateli, pog'onali dvigatel, LCD) darhol o'chiradi, faqat nasos USB orqali ulanganidan tashqari. Arduino va LCD -ni USB orqali quvvatlantirish mumkin, shunda quvvat tugmasi ularga ta'sir qilmaydi.

Nasoslar menyusida quyida keltirilgan va tavsiflangan 10 ta element mavjud:

0 | Nasosni boshlang, ish rejimi "6" rejimida tanlangan rejimga bog'liq.

1 | Ovoz balandligi "6" rejimida "Doz" tanlangan bo'lsa, dozalash hajmini belgilang.

2 | V. Unit: Ovoz balandligi birligini o'rnating, variantlar: "ml": ml "uL": mkL "chirigan": aylanishlar (nasosning)

3 | Tezlik Oqim tezligini belgilang, faqat "6" rejimida "Doz" yoki "Nasos" tanlangan bo'lsa hisobga olinadi.

4 | S. Unit: Ovoz balandligi birligini o'rnating, variantlar: "ml/min": ml/min "uL/min": mL/min "rpm": aylanishlar/min

5 | Yo'nalish: Nasos yo'nalishini tanlang: soat yo'nalishi bo'yicha aylantirish uchun "CW", soat yo'nalishi bo'yicha "CCW"

6 | Rejim: Ish rejimini o'rnating: "Doz": tanlangan hajmni (1 | Volume) tanlangan oqim tezligida (3 | Tezlik) ishga tushirganda "Nasos": tanlangan oqim tezligida (3 | Tezlik) doimiy ravishda nasos "Cal." boshlandi: Kalibrlash, nasos ishga tushirilganda 30 soniyada 30 marta aylanadi

7 | Kalibrlash hajmini ml ga o'rnating. Kalibrlash uchun nasos kalibrlash rejimida bir marta ishga tushiriladi va natijada olingan kalibrlash hajmi o'lchanadi.

8 | Sett -ni saqlang. Barcha sozlamalarni Arduinos EEPROM -ga saqlang, quvvat o'chirilgan vaqtda saqlanadi va quvvat qayta yoqilganda qayta yuklanadi.

9 | USB Ctrl USB boshqaruvini faollashtirish: Nasos USB orqali yuborilgan ketma -ket buyruqlarga javob beradi

10 -qadam: Kalibrlash va dozani sinab ko'ring

Nasosni ishlatishdan oldin to'g'ri kalibrlashni bajarish aniq dozalash va nasos uchun juda muhimdir. Kalibrlash nasosga aylanishda qancha suyuqlik siljishini aytib beradi, shuning uchun nasos qancha aylanish va qaysi tezlikni belgilangan qiymatlarga mos kelishi kerakligini hisoblab chiqadi. Kalibrlashni boshlash uchun "Cal" rejimini tanlang. va nasosni boshlang yoki USB orqali kalibrlash buyrug'ini yuboring. Standart kalibrlash aylanishi 30 soniyada 30 ta aylanishni amalga oshiradi. Ushbu tsiklda pompalanadigan suyuqlik miqdori (kalibrlash hajmi) aniq o'lchanishi kerak. Quvurga yopishgan tomchilar, trubaning og'irligi yoki boshqa aralashuvlar o'lchovga ta'sir qilmasligiga ishonch hosil qiling. Kalibrlash uchun mikrogram shkalasidan foydalanishni tavsiya etamiz, chunki, agar siz pompalanadigan suyuqlikning zichligi va og'irligi ma'lum bo'lsa, uning hajmini osongina hisoblashingiz mumkin. Kalibrlash hajmini o'lchaganingizdan so'ng, siz "7 | kal." Menyusidagi qiymatni belgilash orqali nasosni sozlashingiz mumkin. yoki uni ketma -ket buyruqlaringizga biriktirish.

Shuni esda tutingki, quvur o'rnatish moslamasini kalibrlashdan keyin yoki bosim farqi nasosning aniqligiga ta'sir qiladi. Kalibrlashni har doim bir xil sharoitda bajarishga harakat qiling, bunda nasos keyinchalik ishlatiladi. Agar siz trubkani olib tashlasangiz va uni yana nasosga o'rnatsangiz, kalibrlash qiymati 10%gacha o'zgaradi, chunki vintlardek joylashish va kuch ishlatishda kichik farqlar mavjud. Quvurni tortib olish ham joylashishni va shuning uchun kalibrlash qiymatini o'zgartiradi. Agar kalibrlash bosim farqisiz amalga oshirilsa va nasos keyinchalik boshqa bosimda suyuqlik quyish uchun ishlatilsa, bu aniqlikka ta'sir qiladi. Shuni yodda tutingki, hatto bir metrlik darajadagi farq 0,1 bar bosim farqiga olib kelishi mumkin, bu 0,8 mm trubkasi yordamida nasos kamida 1,5 bar bosimga ega bo'lsa ham, kalibrlash qiymatiga ozgina ta'sir qiladi.

11 -qadam: ketma -ket interfeys - USB orqali masofadan boshqarish

Seriya interfeysi Arduino -ning USB orqali ketma -ket aloqa interfeysiga asoslangan (Baud 9600, 8 ta ma'lumotlar biti, tenglik yo'q, bitta bitli bit). Nasos bilan aloqa qilish uchun ketma -ket portga ma'lumotlarni yozishga qodir bo'lgan har qanday dasturiy ta'minot yoki dasturlash tili ishlatilishi mumkin (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#va boshqalar). Nasosning barcha funktsiyalariga nasosga tegishli buyruq yuborish orqali kirish mumkin, har bir buyruq oxirida "\ n" (ASCII 10) qatorining yangi belgisi kerak bo'ladi.

Doz: d (hajmi mL da), (mL/min tezlikda), (mkL da kalibrlash hajmi) '\ n'

masalan: d1000, 2000, 1462 '\ n' (2 ml/min da 1 ml dozalash, kalibrlash hajmi = 1.462 ml)

Nasos: p (tezlik mL/min), (mcL da kalibrlash hajmi) '\ n'

Masalan: p2000, 1462 '\ n' (nasos 2 ml/min, kalibrlash hajmi = 1.462 ml)

Kalibrlash: c '\ n'

To'xtatish: x '\ n'

Arduino muhitida (Arduino IDE) ketma-ket ma'lumotlarni o'qish va yozish uchun o'rnatilgan ketma-ket monitor mavjud, shuning uchun ketma-ket buyruqlar yozma kodsiz tekshirilishi mumkin.

12 -qadam: O'z tajribangizni baham ko'ring va nasosni yaxshilang

Agar siz bizning nasosni qurgan bo'lsangiz, iltimos, dasturiy ta'minot va uskunalardagi tajribangiz va yaxshilanishlaringiz bilan o'rtoqlashing:

Thingiverse (3D bosilgan qismlar)

GitHub (dasturiy ta'minot)

Ko'rsatmalar (ko'rsatmalar, simlar, umumiy)

13 -qadam: IGEM haqida qiziqasizmi?

IGEM (xalqaro Genetik muhandislik mashinasi) xalqaro jamg'armasi-bu ta'lim va raqobat, sintetik biologiyaning rivojlanishi, ochiq jamiyat va hamkorlikni rivojlantirishga bag'ishlangan mustaqil, notijorat tashkiloti.

iGEM uchta asosiy dasturni bajaradi: iGEM Competition - sintetik biologiya sohasiga qiziquvchilar uchun xalqaro tanlov; laboratoriya dasturi - akademik laboratoriyalar uchun musobaqa jamoalari bilan bir xil resurslardan foydalanish dasturi; va standart biologik qismlar reestri - biologik qurilmalar va tizimlarni qurish uchun ishlatiladigan genetik qismlarning o'sib borayotgan to'plami.

igem.org/Main_Page