Нарийн перисталтик насос: 13 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Бид бол RWTH Aachen их сургуулийн янз бүрийн салбарын оюутны баг бөгөөд 2017 оны iGEM тэмцээний хүрээнд энэхүү төслийг бүтээсэн.

Бидний шахуургад орсон бүх ажлын дараа бид үр дүнгээ та бүхэнтэй хуваалцахыг хүсч байна!

Бид энэхүү перисталтик насосыг шингэн тээвэрлэх шаардлагатай аливаа төсөлд зориулагдсан шингэн боловсруулах ерөнхий шийдэл болгон бүтээсэн. Манай шахуурга нь тунг тохируулах, шахах чадвартай бөгөөд боломжит хэрэглээг нэмэгдүүлэхийн тулд тунгийн хэмжээ, урсгалын өргөн хүрээг хангадаг. 125 тунгийн туршилтаар бид насосныхоо нарийвчлалыг харуулж, тоон үзүүлэлт гаргаж чадсан. 0, 8 мм -ийн дотоод диаметртэй хоолойн хувьд техникийн үзүүлэлтүүдийн дагуу урсгалын хэмжээ, тунгийн хэмжээ нь тогтоосон утгаас 2% хазайхаас илүү нарийвчлалтай байж чадна. Хэмжлийн үр дүнг харгалзан шалгалт тохируулгын хурдыг шаардлагатай урсгалын хурданд тохируулбал нарийвчлалыг улам сайжруулах боломжтой болно.

Насосыг суурилуулсан LCD дэлгэц, эргүүлэх товчлуур ашиглан програмчлалын мэдлэггүйгээр удирдах боломжтой. Нэмж дурдахад насосыг USB -ээр алсын зайнаас удирдах боломжтой. Энэхүү энгийн харилцааны арга нь нийтлэг програм хангамж, програмчлалын хэлтэй (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#гэх мэт) нийцдэг.

Шахуургыг үйлдвэрлэхэд энгийн бөгөөд хямд төсөр бөгөөд бүх эд анги нь 100 доллараас бага үнэтэй бөгөөд 1300 доллартай харьцуулахад бидний олж болох хамгийн хямд арилжааны шийдэл юм. 3D принтерээс гадна зөвхөн нийтлэг хэрэгслүүд хэрэгтэй болно. Манай төсөл нь техник хангамж, програм хангамжийн хувьд нээлттэй эх сурвалж юм. Бид 3D хэвлэсэн эд ангиудын CAD файл, шаардлагатай бүх арилжааны бүрэлдэхүүн хэсэг, тэдгээрийн эх үүсвэр, насосонд ашигласан эх кодыг өгдөг.

Алхам 1: Үзүүлэлтүүдийг шалгана уу

Доор хавсаргасан техникийн үзүүлэлтүүд болон нарийвчлалын хэлэлцүүлгийг шалгана уу.

Насос таны шаардлагыг хангаж байна уу?

Алхам 2: Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цуглуулах

1x Arduino Uno R3/ нийцтэй самбар1x Stepper мотор (WxHxD): 42x42x41 мм, Босоо ам (ØxL): 5x22 mm1x Цахилгаан хангамж 12 V/ 3 A, холбогч: 5.5/ 2.1 mm1x Step мотор драйвер A49881x LCD модуль 16x2, (WxHxD): 80x36x13 mm3x Зүү холхивч HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 мм х 8 мм х 8мм1х кодлогч 5 В, 0.01 А, 20 унтраалгын байрлал, 360 ° 1х насос хоолой, хананы зузаан 1.6мм, 0.2м4х Хөл өөрөө наалддаг (L x W x H) 12.6 x 12.6 x 5.7 мм3x Шулуун зүү (Ø x L) 4 мм x 14 мм1x Хяналтын бариул (Ø x H) 16.8 мм x 14.5 мм1x Потенциометр/ Шүргэгч 10k1x 220 Ом резистор 1х конденсатор 47µF, 25V

Утас: 1х ПХБ (L x W) 80 мм x 52 мм, Холболтын зай 2.54 мм (CS) 2х Зүү зурвас, шулуун, CS 2.54, нэрлэсэн гүйдэл 3А, 36 голтой 1x Залгуур тууз, шулуун, CS 2.54, нэрлэсэн гүйдэл 3А, 40 зүү1x Кабель, өөр өөр өнгө (жишээ нь Ø 2.5 мм, хөндлөн огтлол 0, 5 мм²) Дулаан багасах (кабельд тохиромжтой, жишээлбэл Ø 3 мм)

Шураг: 4x M3, L = 25 мм (толгойгүй урт), ISO 4762 (зургаан өнцөгт толгой) 7x M3, L = 16 мм, ISO 4762 (зургаан өнцөгт толгой) 16x M3, L = 8 мм, ISO 4762 (зургаан өнцөгт толгой) 4х Жижиг түншдэг шураг (LCD-ийн хувьд, Ø 2-2.5мм, L = 3-6 мм) 1x M3, L = 10мм шураг, DIN 9161x M3, самар, ISO 4032

3D хэвлэсэн эд анги: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (3D хэвлэх шаардлагагүй => тээрэмдэх/зүсэх/хөрөөдөх) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

Алхам 3: 3D хэвлэлийн дараах боловсруулалт

Хэвлэх явцад үлдсэн үлдэгдлийг арилгахын тулд 3D хэвлэсэн хэсгийг хэвлэсний дараа цэвэрлэж байх ёстой. Дараагийн боловсруулалт хийхэд бидний санал болгож буй хэрэгслүүд бол жижиг файл ба М3 утаснуудад зориулсан утас таслагч юм. Хэвлэх үйл явцын дараа ихэнх нүхийг тохиромжтой өрмийн тусламжтайгаар өргөжүүлэх шаардлагатай болдог. М3 эрэг агуулсан нүхний хувьд дээр дурдсан утас таслагчаар утас таслах ёстой.

Алхам 4: Кабель ба утас

Хэлхээний цөм нь Arduino болон перфорд самбараас бүрдэнэ. Perfboard дээр stepper мотор драйвер, LCD -ийн шүргэгч, 47µF конденсатор, янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тэжээлийн хангамжийн холболтууд байдаг. Цахилгаан унтраалгаар Arduino -г унтраахын тулд Arduino -ийн цахилгаан хангамж тасалдаж Perfboard руу хөтөлсөн. Энэ зорилгоор Arduino дээр цахилгаан залгуурын ард байрладаг диодыг зарагдаагүй бөгөөд үүний оронд perfboard дээр авчирсан.

Алхам 5: Тоног төхөөрөмжийн тохиргоо

Гурван тохиргоог хэлхээнд шууд хийх шаардлагатай байдаг.

Нэгдүгээрт, шаталсан моторын драйверын одоогийн хязгаарыг A4988 дээрх жижиг боолтыг тохируулж тохируулах ёстой. Жишээлбэл, асаалттай байгаа шураг ба GND хоорондох V_ref хүчдэл 1V байвал одоогийн хязгаар нь утгаас 2 дахин их байна: I_max = 2A (энэ бол бидний ашигласан утга). Гүйдэл өндөр байх тусам хөдөлгүүрийн эргэлтийн хүч өндөр байх тусам хурд, урсгалын хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний хэрэглээ, дулааны хөгжил нэмэгддэг.

Цаашилбал, stepper моторын горимыг stepper мотор драйверын зүүн дээд хэсэгт байрлах гурван тээглүүрээр (MS1, MS2, MS3) тохируулж болно. MS2 + 5V байх үед утсан холболтын диаграммд үзүүлсэн шиг мотор нь бидний ашигладаг дөрөвний нэг шаттай горимд ажилладаг. Энэ нь stepper мотор жолоочийн STEP зүү дээр хүлээн авдаг дөрвөн импульсийн хувьд яг нэг алхам (1.8 °) хийгддэг гэсэн үг юм.

Тохируулах хамгийн сүүлийн утга болгон, перфорд самбар дээрх шүргэгчийг LCD -ийн тодосгогч байдлыг тохируулахад ашиглаж болно.

Алхам 6: Туршилтын хэлхээ ба бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шалгах

Угсрахаас өмнө эд анги, хэлхээг талхны самбар дээр туршиж үзэхийг зөвлөж байна. Ийм байдлаар гарч болзошгүй алдааг олж, засах нь илүү хялбар болно.

Та бүх програмыг туршиж үзэхийн тулд манай програмыг Arduino дээр аль хэдийн байршуулж болно. Бид GitHub дээр эх кодыг нийтэлсэн.

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

Алхам 7: Чуулган

Видео бичлэг нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг утасгүйгээр холбосон дарааллаар угсарч байгааг харуулж байна. Бүх холбогчийг эхлээд бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд холбох ёстой. Утасыг бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг оруулах цэг дээр хийх нь зүйтэй боловч хажуугийн ханыг засаагүй байна. Хүрэхэд хэцүү боолтыг зургаан өнцөгт түлхүүрээр хялбархан хүрч болно.

1. Цахилгаан унтраалга ба кодлогчийг зориулалтын нүхэнд оруулаад хайрцагт бэхлээрэй. Хяналтын товчлуурыг кодлогч руу холбоно уу - болгоомжтой байгаарай, хэрэв та товчлуурыг хавсаргасны дараа дахин тайлахыг оролдвол энэ нь кодлогчийг устгах болно.

2. LCD дэлгэцийг жижиг түншдэг эрэг ашиглан холбож, угсрахаасаа өмнө резистор болон утсыг дэлгэц дээр гагнах хэрэгтэй.

3. Arduino Uno хавтанг 8 мм -ийн хэмжээтэй M3 шураг ашиглан хайрцагт бэхлээрэй.

4. Шатны моторыг оруулж, 10 мм -ийн хэмжээтэй М3 хэмжээтэй дөрвөн эрэг ашиглан 3D хэвлэсэн хэсэг (Pump_case_bottom) -тай хамт хэргийг хавсаргана.

5. Төгсгөлийн хавтанг хайрцагт хавсаргана уу - утас диаграммд үзүүлсэн шиг бүх эд ангийг гагнасан эсэхийг шалгаарай.

6. Цонхны дотор электрон эд ангиудыг утсаар холбоно.

7. 10х8 мм хэмжээтэй M3 боолтыг ашиглан хажуугийн хавтангуудыг нэмж хэргийг хаах.

8. Видео бичлэг дээр үзүүлсэн шиг холхивчийн бэхэлгээг угсарч, 3 мм -ийн боолт ашиглан хөдөлгүүрийн босоо аманд бэхлэнэ

9. Эцэст нь хоолойг (Pump_case_top_120 °) барих зориулалттай тоолуурын тулгуурыг 25 мм М3 хэмжээтэй хоёр боолтоор холбож, хоолойг оруулна уу. Шахуургын процессын явцад хоолойг хэвээр нь байлгахын тулд 25 мм -ийн хэмжээтэй М3 хэмжээтэй хоёр боолтыг оруул

Алхам 8: Хоолой оруулах

Алхам 9: Хэрэглэгчийн интерфэйстэй танилцах (гарын авлагын хяналт)

Хэрэглэгчийн интерфэйс нь перисталтик насосыг бүрэн хянах боломжийг олгодог. Энэ нь LCD дэлгэц, хяналтын товчлуур, цахилгаан унтраалгаас бүрдэнэ. Хяналтын товчлуурыг эргүүлж эсвэл түлхэж болно.

Бариулыг эргүүлснээр цэсийн өөр өөр зүйлээс сонголт хийх боломжтой бөгөөд дээд мөрөнд байгаа цэсийг сонгосон байна. Товчлуурыг дарахад сонгосон цэсийг идэвхжүүлнэ. Нүдээ анивчих тэгш өнцөгт нь цэсийн зүйл идэвхжсэн гэсэн үг юм.

Цэсийн зүйлийг идэвхжүүлсний дараа энэ нь сонгосон зүйлээс хамаарч үйлдлийг эхлүүлэх эсвэл тохиргоог эргүүлэх замаар харгалзах утгыг өөрчлөхийг зөвшөөрнө. Тоон утгатай холбогдсон цэсийн бүх зүйлийн хувьд бариулыг дарж, утгыг тэг болгож эсвэл хоёр дахин дарж утгыг хамгийн их утгынхаа аравны нэгээр нэмэгдүүлэх боломжтой. Сонгосон утгыг тохируулах, цэсийг идэвхгүй болгохын тулд бариулыг хоёр дахь удаагаа дарах хэрэгтэй.

Цахилгаан унтраалга нь насосыг USB -ээр холбохоос бусад тохиолдолд насос болон түүний бүх эд ангиудыг (Arduino, step motor, step motor driver, LCD) нэн даруй унтраадаг. Arduino болон LCD -ийг USB -ээр тэжээх боломжтой бөгөөд ингэснээр цахилгаан унтраалга нь тэдэнд нөлөөлөхгүй.

Шахуургын цэс нь 10 зүйлтэй бөгөөд тэдгээрийг доор жагсаав.

0 | Ус шахах ажлыг эхлүүлээрэй, ажиллагааны горим нь "6) горим" дээр сонгосон горимоос хамаарна.

1 | Эзлэхүүн Тун хэмжээг "6" горимд "Тун" -ыг сонгосон тохиолдолд л тооцно.

2 | V. Нэгж: Эзлэхүүний нэгжийг тохируулна уу: "мл": мл "uL": µL "ялзрах": эргэлт (насосны)

3 | Хурд Урсгалын хурдыг "6" горимд "Тун" эсвэл "Шахуурга" -ыг сонгосон тохиолдолд л тооцно.

4 | S. Unit: Эзлэхүүний нэгжийг тохируулна уу: "мл/мин": мл/мин "uL/мин": µL/мин "rpm": эргэлт/мин

5 | Чиглэл: Ус шахах чиглэлийг сонгоно уу: "CW" цагийн зүүний дагуу эргүүлэх, "CCW" цагийн зүүний эсрэг

6 | Горим: Ашиглалтын горимыг тохируулах: "Тун": сонгосон эзлэхүүнийг (1 | Эзлэхүүн) сонгосон урсгалын хурдаар (3 | Хурд) асаахад "Насос": сонгосон урсгалын хурдаар (3 | Хурд) шахах "Cal." эхлэв: Тохируулга, насос эхлэхэд 30 секундын дотор 30 эргэлт хийнэ

7 | Калибровкын хэмжээг мл -ээр тохируулна уу. Тохируулахын тулд насосыг тохируулгын горимд нэг удаа ажиллуулж, насосны тохируулгын хэмжээг хэмждэг.

8 | Sett -ийг хадгална уу. Бүх тохиргоог Arduinos EEPROM -д хадгална уу, цахилгаан унтрах үед утгыг хадгалж, дахин ачаалж, дахин асаахад хадгална.

9 | USB Ctrl USB хяналтыг идэвхжүүлэх: Насос нь USB -ээр илгээсэн цуваа командуудад хариу үйлдэл үзүүлдэг

Алхам 10: Тохируулга хийж, тунг туршиж үзээрэй

Шахуургыг ашиглахаас өмнө тохирох шалгалт тохируулга хийх нь тунг нарийн тогтоох, шахах чухал үүрэгтэй. Шалгалт тохируулга нь насосны эргэлтэнд хичнээн хэмжээний шингэн хөдөлж байгааг хэлж өгөх тул насос нь тогтоосон утгыг хангахын тулд хичнээн эргэлт, ямар хурд шаардагдахыг тооцоолох боломжтой болно. Тохируулгыг эхлүүлэхийн тулд "Cal" горимыг сонгоно уу. шахаж эхлэх эсвэл USB -ээр тохируулгын командыг илгээх. Стандарт шалгалт тохируулгын мөчлөг нь 30 секундын дотор 30 эргэлт хийх болно. Энэ мөчлөгийн явцад шахсан шингэний хэмжээг (тохируулгын хэмжээ) нарийн хэмжих ёстой. Хоолойнд наалдсан дусал, хоолойны жин, бусад хөндлөнгийн оролцоо зэрэг нь хэмжилтэнд нөлөөлөхгүй байгаа эсэхийг шалгаарай. Шингэн шахсан шингэний нягт ба жин мэдэгдэж байвал эзлэхүүнийг хялбархан тооцоолох боломжтой тул шалгалт тохируулга хийхдээ микрограмм хуваарийг ашиглахыг зөвлөж байна. Тохируулгын хэмжээг хэмжсэний дараа та "7 | Cal" цэсийн утгыг тохируулах замаар насосыг тохируулж болно. эсвэл үүнийг цуваа командууддаа хавсаргана уу.

Хоолойн бэхэлгээнд тохируулга хийсний дараа гарсан өөрчлөлт эсвэл даралтын зөрүү нь насосны нарийвчлалд нөлөөлнө гэдгийг анхаарна уу. Калибровкийг насосыг дараа нь ашиглах ижил нөхцөлд үргэлж хийхийг хичээ. Хэрэв та гуурсан хоолойг салгаад насосонд дахин суулгавал эрэг дээр байрлуулах хүч, хүчний ялгаа бага тул тохируулгын утга 10%хүртэл өөрчлөгдөнө. Хоолойг татах нь байрлалыг өөрчилдөг тул шалгалт тохируулгын утгыг өөрчилдөг. Хэрэв шалгалт тохируулга нь даралтын зөрүүгүйгээр хийгддэг бөгөөд дараа нь шахуургыг өөр даралтаар шингэн шахахад ашигладаг бол энэ нь нарийвчлалд нөлөөлнө. Нэг метрийн түвшний зөрүү нь 0.1 барын даралтын зөрүүг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь насос нь 0.8 мм -ийн хоолой ашиглан дор хаяж 1.5 бар даралтад хүрч чаддаг байсан ч шалгалт тохируулгын утгад бага зэрэг нөлөөлдөг болохыг санаарай.

Алхам 11: Цуваа интерфэйс - USB -ээр дамжуулан алсын удирдлага

Цуваа интерфэйс нь Arduino -ийн USB -ээр дамжуулсан цуваа холбооны интерфейс дээр суурилсан (Baud 9600, 8 өгөгдлийн бит, паритетгүй, нэг цэгийн бит). Цуваа порт руу өгөгдөл бичих чадвартай аливаа програм хангамж эсвэл програмчлалын хэлийг насос (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#гэх мэт) -тэй холбогдоход ашиглаж болно. Насосны бүх функцуудад холбогдох командыг насос руу илгээж, тушаал бүрийн төгсгөлд '\ n' (ASCII 10) мөрийн шинэ тэмдэгт оруулах шаардлагатай болно.

Тун: d (эзэлхүүн µL), (хурд µL/мин), (калибровкын хэмжээ µL) '\ n'

жишээ нь: d1000, 2000, 1462 '\ n' (1 мл -ийг 2 мл/мин тунгаар, тохируулгын хэмжээ = 1.462 мл)

Шахуурга: p (хурд µL/мин), (калибровкын хэмжээ µL) '\ n'

жишээ нь: p2000, 1462 '\ n' (насос 2 мл/мин, тохируулгын хэмжээ = 1.462 мл)

Тохируулах: c '\ n'

Зогсоох: x '\ n'

Arduino орчин (Arduino IDE) нь цуваа өгөгдлийг унших, бичих боломжтой цуваа дэлгэцтэй тул цуваа командыг бичгээр бичих кодгүйгээр туршиж үзэх боломжтой.

Алхам 12: Туршлагаа хуваалцаж, насосыг сайжруулаарай

Хэрэв та манай насосыг барьсан бол програм хангамж, техник хангамжийн талаархи туршлага, сайжруулалтаа дараах хаягаар хуваалцана уу.

Thingiverse (3D хэвлэсэн хэсэг)

GitHub (програм хангамж)

Зааварчилгаа (заавар, утас, ерөнхий)

Алхам 13: IGEM -ийн талаар сонирхож байна уу?

IGEM (олон улсын генийн инженерчлэлтэй машин) сан нь боловсрол, өрсөлдөөн, синтетик биологийн дэвшил, нээлттэй нийгэмлэг, хамтын ажиллагааг хөгжүүлэх зорилготой бие даасан, ашгийн төлөө бус байгууллага юм.

iGEM нь гурван үндсэн хөтөлбөрийг хэрэгжүүлдэг: iGEM Competition - синтетик биологийн чиглэлээр суралцах сонирхолтой оюутнуудын олон улсын тэмцээн; Лабораторийн хөтөлбөр - эрдэм шинжилгээний лабораторид өрсөлдөх багуудтай ижил нөөцийг ашиглах хөтөлбөр; ба биологийн стандарт хэсгүүдийн бүртгэл - биологийн төхөөрөмж, системийг бүтээхэд ашигладаг генетикийн хэсгүүдийн өсөн нэмэгдэж буй цуглуулга.

igem.org/Main_Page