Так перисталтикалык насос: 13 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Биз RWTH Ахен университетинин ар кандай дисциплиналарынан турган студенттик командабыз жана бул долбоорду 2017 iGEM конкурсунун контекстинде түздүк.

Биздин насоско кирген бардык иштерден кийин, биз сиз менен жыйынтыктарыбызды бөлүшкүбүз келет!

Биз бул перистальтикалык насосту суюктуктарды ташууну талап кылган ар кандай долбоор үчүн жалпы колдонулуучу суюк иштетүү чечими катары курдук. Биздин насос мүмкүн болгон тиркемелерди максималдаштыруу үчүн дозалоонун көлөмүнүн жана агымынын кеңири спектрин камсыз кылып, так дозалоо жана насостук жөндөмдүү. 125 дозалоочу эксперименттер аркылуу биз насостун тактыгын көрсөтө алдык жана сандык көрсөткүчкө ээ болдук. 0, 8 мм ички диаметри бар түтүктөр үчүн жана спецификациянын чегинде кандайдыр бир агымдын ылдамдыгы же дозалануу көлөмү белгиленген нарктан 2% четтөөгө караганда тактыкты көрсөтө алмак. Өлчөөлөрдүн жыйынтыктарын эске алуу менен, эгерде калибрлөө ылдамдыгы керектүү агымдын ылдамдыгына ылайыкташтырылса, тактык дагы жакшыртылышы мүмкүн.

Насосту орнотулган ЖК дисплей жана айлануучу баскыч аркылуу программалоо билими жок башкарса болот. Мындан тышкары, насосту USB аркылуу сериялык буйруктар аркылуу алыстан башкарууга болот. Байланыштын бул жөнөкөй жолу жалпы программалык камсыздоо жана программалоо тилдерине шайкеш келет (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#ж.б.).

Насостун өндүрүшү жөнөкөй жана арзан, биз таба ала турган эң арзан коммерциялык чечим үчүн 1300 долларга салыштырмалуу бардык бөлүктөрү 100 доллардан аз. 3D принтерден тышкары, жалпы инструменттер гана керек. Биздин долбоор жабдуу жана программалык камсыздоо жагынан ачык булак. Биз 3D басылган бөлүктөрү үчүн CAD файлдарын, бардык керектүү коммерциялык компоненттердин жана алардын булактарынын толук тизмесин жана биздин насосто колдонулган баштапкы кодду беребиз.

1 -кадам: Техникалык шарттарды текшерүү

Төмөндө тиркелген өзгөчөлүктөрдү жана тактыкты талкуулоону текшериңиз.

Насос сиздин талаптарга жооп береби?

2 -кадам: Компоненттерди чогултуу

1x Arduino Uno R3/ туура келген такта1x Stepper мотору (WxHxD): 42x42x41 мм, Вал (ØxL): 5x22 mm1x Электр энергиясы 12 V/ 3 A, туташтыргычы: 5.5/ 2.1 mm1x Step мотор драйвери A49881x LCD модулу 16x2, (WxHxD): 80x36x13 mm3x Ийне подшипник HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 мм x 8 mm x 8mm1x Encoder 5 V, 0.01 A, 20 которуштуруучу посттор, 360 ° 1x Насос түтүктөрү, дубалдын калыңдыгы 1,6мм, 0,2м4х Бут өз алдынча жабышуучу (L x W x H) 12.6 x 12.6 x 5.7 mm3x Түз пин (Ø x L) 4 мм x 14 mm1x Башкаруу баскычы (Ø x H) 16.8 мм x 14.5 mm1x Потенциометр/ Триммер 10k1x 220 Ом резистор1x Конденсатор 47µF, 25V

Электр өткөргүчтөрү: 1х ПХБ (L х В) 80 мм х 52 мм, Байланыш аралыктары 2,54 мм (CS) 2х Пин тилкеси, түз, CS 2.54, номиналдуу ток 3А, 36 казык pins 1x Кабелдер, ар кандай түстөр (мис. Ø 2,5 мм, кесилиши 0, 5 мм²)

Бурамалар: 4x M3, L = 25 мм (башы жок узундук), ISO 4762 (он алты бурчтуу) 7x M3, L = 16 мм, ISO 4762 (алты бурчтуу баш) 16x M3, L = 8 мм, ISO 4762 (он алты бурчтуу) 4х Чакан таптоочу бурама (ЖК үчүн, Ø 2-2.5мм, L = 3-6 мм) 1x M3, L = 10мм гайка бурамасы, DIN 9161x M3, гайка, ISO 4032

3D басылган бөлүктөр: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (3D басып чыгаруунун кереги жок => фрезерлөө/кесүү/кесүү) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

3 -кадам: 3D принтерлерди кайра иштетүү

3D басып чыгарылган бөлүктөрдү басып чыгаруу процессинен калган калдыктарды жок кылуу үчүн басып чыгаргандан кийин тазалоо керек. Биз кийинки иштетүү үчүн сунуштаган куралдар кичинекей файл жана M3 жиптери үчүн жип кескич. Басып чыгаруу процессинен кийин тешиктердин көбү ылайыктуу бургулоо менен кеңейтилиши керек. М3 бурамалары бар тешиктер үчүн жипти жогоруда аталган жип кескич менен кесүү керек.

4 -кадам: Кабелдер жана зымдар

Райондун өзөгү Arduino жана перфборддон турат. Перфборддо тепкичтүү мотор драйвери, ЖК үчүн триммер, 47µF конденсатор жана ар кандай компоненттерди электр менен камсыздоо үчүн туташуулар бар. Ардуинону кубат которгуч менен өчүрүү үчүн, Arduinoдун электр энергиясы үзгүлтүккө учурап, Perfboardго алып келди. Ушул максатта, Arduinoдо түзмөктүн артында жайгашкан диод сатылбай, анын ордуна перформатка алынып келинген.

5 -кадам: Аппараттык орнотуулар

Түздөн -түз схемада жасалышы керек болгон үч орнотуу бар.

Биринчиден, A4988 кичинекей бурамасын тууралоо менен, мотор айдоочусу үчүн учурдагы чекти коюу керек. Мисалы, эгерде V_ref чыңалуусу винт менен GNDнын ортосунда 1В болсо, учурдагы чек эки эсе чоң: I_max = 2A (бул биз колдонгон балл). Агым канчалык жогору болсо, мотордун моменти ошончолук жогору болот жана ылдамдыкты жана агымдын ылдамдыгын жогорулатат. Бирок, ошондой эле электр энергиясын керектөө жана жылуулуктун өнүгүшү жогорулайт.

Мындан тышкары, тепкич моторунун режими тепкич моторунун айдоочусунун жогорку сол жагында жайгашкан үч казык аркылуу орнотулушу мүмкүн (MS1, MS2, MS3). MS2 + 5V болгондо, электр схемасында көрсөтүлгөндөй, мотор биз колдонгон чейрек кадам режиминде иштейт. Бул так мотор айдоочусунун STEP пининде алган төрт импульс үчүн так бир кадам (1.8 °) аткарылганын билдирет.

Орнотуунун акыркы мааниси катары, перфборттогу триммер ЖКнын контрастын тууралоо үчүн колдонулушу мүмкүн.

6 -кадам: Test Circuit жана компоненттери

Кураштыруудан мурун тетиктерди жана схеманы нан тактасында сыноо сунушталат. Бул жол менен мүмкүн болгон каталарды табуу жана оңдоо оңой болот.

Сиз буга чейин бардык функцияларды сынап көрүү үчүн, биздин программаны Arduinoго жүктөй аласыз. Биз GitHub'да булак кодун жарыяладык:

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

7 -кадам: Ассамблея

Видеодо компоненттерди электр зымдары жок пландаштырылган түрдө көрсөтүлгөн. Бардык коннекторлор алгач компоненттерге тиркелиши керек. Электр өткөргүчтөрү бардык компоненттер киргизилген учурда эң жакшы жасалат, бирок каптал дубалдары али бекитиле элек. Жетүү кыйын болгон бурамаларга алты бурчтуу ачкыч менен оңой жетүүгө болот.

1. Күч которгучту жана коддогучту алардын белгиленген тешигине салып, корпуска бекитүү. Башкаруу баскычын коддогучка тиркеңиз - этият болуңуз - баскычты туташтыргандан кийин, эгер сиз аны кайра алып салууга аракет кылсаңыз, кодерди жок кылышы мүмкүн.

2. ЖК дисплейди кичине таптоочу бурамалар менен тиркеңиз, монтаждоо алдында резисторду жана зымдарды дисплейге кошууну унутпаңыз.

3. Arduino Uno тактасын 8 мм M3 бурамалары менен корпуска бекиткиле.

4. Кадамдык моторду салыңыз жана аны 3D басылган бөлүгү (Pump_case_bottom) менен кошо корпуска тиркеңиз, 10 мм M3 төрт бурамасын колдонуңуз.

5. Перфбортту корпуска тиркеңиз - бардык компоненттерди өткөрүүчү схемада көрсөтүлгөндөй кылып тактага ширеткениңизди текшериңиз.

6. Корпустун ичиндеги электрондук бөлүктөрдү зым менен тартыңыз.

7. 10x 8 мм M3 бурамаларын колдонуу менен каптал панелдерди кошуу менен корпусту жабыңыз.

8. Подшипникти видеодо көрсөтүлгөндөй чогултуп, мотордун валына 3 мм бураманы колдонуп тиркеңиз

9. Акырында, түтүктү (Pump_case_top_120 °) 25 мм М3 эки бурамасы менен кармоо үчүн эсептегич таянычты тиркеп, түтүктү салыңыз. Насостун процессинде трубаны сактап калуу үчүн 25 мм M3 эки бурамасын салыңыз

8 -кадам: Түтүктү салыңыз

9 -кадам: Колдонуучу интерфейси менен таанышыңыз (кол менен башкаруу)

Колдонуучу интерфейси перисталтикалык насостун комплекстүү көзөмөлүн камсыздайт. Бул ЖК дисплейден, башкаруу туткасынан жана кубат которгучтан турат. Башкаруу баскычын бурууга же басууга болот.

Баскычты буруу ар кандай меню пункттарынан тандоого мүмкүндүк берет, учурда жогорку саптагы меню пункту тандалган. Баскычты басуу тандалган меню пунктун активдештирет, ал жаркырап тик бурчтук менен көрсөтүлөт. Жаркырап турган тик бурчтук меню пунктунун активдештирилгенин билдирет.

Меню пункту активдештирилгенден кийин, ал тандалган нерсеге жараша башталат же аракетти же баскычты буруп тиешелүү маанини өзгөртүүгө мүмкүндүк берет. Сандык мааниге туташкан бардык меню пункттары үчүн бааны нөлгө кайтаруу үчүн баскычты кармап туруу керек же эки эсе чоңдукту максималдуу маанисинин ондон бир бөлүгүнө көбөйтүү үчүн басыңыз. Тандалган маанини коюу жана меню пунктун өчүрүү үчүн баскычты экинчи жолу басуу керек.

Кубат которгуч насосту жана анын бардык компоненттерин (Arduino, кадам мотору, тепкич мотору, ЖК), насос USB аркылуу туташкандан башка заматта өчүрөт. Arduino жана ЖК USB аркылуу иштесе болот, андыктан кубат которгуч аларга таасир этпейт.

Насостор менюсунда төмөндө тизмеленген жана сүрөттөлгөн 10 пункт бар:

0 | Баштоону баштаңыз, иштөө режими "6) режимде" тандалган режимге жараша болот.

1 | Көлөм Дозанын көлөмүн коюңуз, "6" режиминде "Доза" тандалса гана каралат.

2 | В. Унит: Көлөм бирдигин коюңуз, параметрлер: "мл": мл "ул": мкл "чирүү": айлануулар (насостун)

3 | SpeedSet агымынын ылдамдыгын "6" режиминде "Доза" же "Насос" тандалса гана эске алынат.

4 | S. Unit: Көлөм бирдигин орнотуңуз, параметрлер: "мл/мүн": мл/мүн "uL/мүн": мкл/мин "rpm": айлануулар/мүн.

5 | Багыты: Насостун багытын тандаңыз: "CW" сааттын жебеси боюнча, "CCW" сааттын жебесине каршы

6 | Режим: Иштөө режимин коюңуз: "Доза": тандалган көлөмдү (1 | Көлөмдү) тандалган агымдын ылдамдыгына (3 | Ылдамдыкка) "Насос": качан сорулган ылдамдыкта тынымсыз насосту (3 | Ылдамдыкка) "Cal." башталды: Калибрлөө, насос 30 секундда 30 айланууну аткарат

7 | Калибрлөө көлөмүн мл менен коюңуз. Калибрлөө үчүн, насос калибрлөө режиминде бир жолу иштейт жана сордурулган калибрлөө көлөмү өлчөнөт.

8 | Сатты сактоо

USB контролун активдештирүү: Насос USB аркылуу жөнөтүлгөн сериялык буйруктарга жооп берет

10 -кадам: Калибрлөө жана дозалап көрүңүз

Насосту колдонуудан мурун туура калибрлөө жүргүзүү так дозалоо жана насостук үчүн өтө маанилүү. Калибрлөө насостун айлануу учурунда канча суюктук жылдырылганын айтып берет, андыктан насос канча айланууну жана кайсы ылдамдык белгиленген баалуулуктарга жооп берерин эсептей алат. Калибрлөөнү баштоо үчүн "Cal" режимин тандаңыз. жана насосту баштаңыз же USB аркылуу калибрлөө буйругун жөнөтүңүз. Стандарттык калибрлөө цикли 30 секундада 30 айланууну аткарат. Бул циклде сорулган суюктуктун көлөмү (калибрлөө көлөмү) так өлчөнүшү керек. Түтүккө жабышып калган тамчылардын, түтүктүн өзүнүн салмагынын же башка кийлигишүүлөрдүн өлчөөгө таасири тийбешин камсыз кылыңыз. Калибрлөө үчүн микрограмм шкаласын колдонууну сунуштайбыз, анткени, эгерде суюктуктун насостук көлөмүнүн тыгыздыгы жана салмагы белгилүү болсо, сиз көлөмдү оңой эсептей аласыз. Калибрлөө көлөмүн өлчөгөндөн кийин, менюдагы "7 | Кал." Маанисин коюп насосту тууралоого болот. же аны сериялык буйруктарыңызга тиркөө.

Сураныч, түтүктү орнотууга же басымдын айырмачылыгына калибрлөөдөн кийинки ар кандай өзгөрүү насостун тактыгына таасирин тийгизет. Калибрлөөнү дайыма ошол эле шарттарда аткарууга аракет кылыңыз, анда насос кийинчерээк колдонулат. Эгерде сиз түтүктү алып салсаңыз жана аны кайра насоско орнотсоңуз, калибрлөө 10%га чейин өзгөрөт, анткени бурамаларга карата жайгашуудагы жана күчтөгү кичине айырмачылыктар бар. Түтүктү тартуу дагы позицияны жана калибрлөө маанисин өзгөртөт. Эгерде калибрлөө басымдын айырмасы жок жүргүзүлсө жана насос кийинчерээк башка басымда суюктуктарды сордуруу үчүн колдонулса, бул тактыкка таасирин тийгизет. Эсиңизде болсун, бир метрлик деңгээлдеги айырма 0,1 бар басымын түзө алат, бул 0,8 мм түтүктү колдонуп, насос жок дегенде 1,5 барга жетсе да, калибрлөө маанисине бир аз таасирин тийгизет.

11 -кадам: Сериялык интерфейс - USB аркылуу алыстан башкаруу

Сериялык интерфейс USB аркылуу Arduino сериялык байланыш интерфейсине негизделген (Baud 9600, 8 маалымат бит, паритети жок, бирдиктүү бит). Насостун (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#ж. Насостун бардык функциялары насоско тиешелүү буйрукту жөнөтүү аркылуу жеткиликтүү, ар бир буйруктун аягында жаңы саптын белгиси '\ n' (ASCII 10) талап кылынат.

Доза: d (көлөмү мкл), (ылдамдыгы мкл/мүн), (калибрлөө көлөмү мкл) '\ n'

мис: d1000, 2000, 1462 '\ n' (1 млди 2 мл/мин дозалап, калибрлөө көлөмү = 1.462 мл)

Насос: p (ылдамдыгы мкл/мин), (калибрлөө көлөмү мкл) '\ n'

мис: p2000, 1462 '\ n' (насос 2 мл/мин, калибрлөө көлөмү = 1.462 мл)

Калибрлөө: c '\ n'

Токтоо: x '\ n'

Arduino чөйрөсү (Arduino IDE) сериялык маалыматтарды окуй жана жаза турган, камтылган сериялык мониторго ээ, андыктан сериялык буйруктарды эч кандай жазуу коду жок эле текшерсе болот.

12 -кадам: Тажрыйбаңыз менен бөлүшүңүз жана насосту жакшыртыңыз

Эгерде сиз биздин насосту курган болсоңуз, анда программалык камсыздоонун жана жабдыктын тажрыйбасы жана жакшыртуулары менен бөлүшүңүз:

Thingiverse (3D басылган бөлүктөр)

GitHub (программалык камсыздоо)

Нускамалар (көрсөтмөлөр, зымдар, жалпы)

13 -кадам: IGEMге кызыгасызбы?

IGEM (эл аралык генетикалык инженерияланган машина) фонду билим берүү жана атаандаштыкка, синтетикалык биологияны өнүктүрүүгө, ачык коомдоштукту жана кызматташтыкты өнүктүрүүгө арналган көз карандысыз, коммерциялык эмес уюм.

iGEM үч негизги программаны иштетет: iGEM Конкурсы - синтетикалык биология тармагына кызыккан студенттер үчүн эл аралык конкурс; Labs программасы - академиялык лабораториялар үчүн конкурстук командалар менен бирдей ресурстарды колдонуу программасы; жана стандарттык биологиялык бөлүктөрдүн реестри - биологиялык түзүлүштөрдү жана системаларды куруу үчүн колдонулган генетикалык бөлүктөрдүн өсүп келе жаткан жыйнагы.

igem.org/Main_Page