Pompë peristaltike e saktë: 13 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:25

Ne jemi një ekip studentësh nga disiplina të ndryshme të Universitetit RWTH Aachen dhe e kemi krijuar këtë projekt në kuadër të konkursit iGEM 2017.

Pas gjithë punës që kaloi në pompën tonë, ne do të donim të ndajmë rezultatet tona me ju!

Ne e ndërtuam këtë pompë peristaltike si zgjidhje përgjithësisht të zbatueshme për trajtimin e lëngjeve për çdo projekt që kërkon transportimin e lëngjeve. Pompa jonë është e aftë për dozimin dhe pompimin e saktë, duke siguruar një gamë të gjerë të vëllimeve të dozimit dhe shkallës së rrjedhës për të maksimizuar aplikimet e mundshme. Përmes 125 eksperimenteve të dozimit ne ishim në gjendje të demonstronim dhe të përcaktonim sasinë e saktësisë së pompës sonë. Për një tub me diametër të brendshëm 0, 8 mm dhe çdo volum rrjedhës ose dozimi brenda specifikimeve, ne mund të tregojmë një saktësi më të mirë se 2% devijim nga vlera e caktuar. Duke pasur parasysh rezultatet e matjeve, saktësia mund të përmirësohet edhe më tej nëse shpejtësia e kalibrimit përshtatet me shpejtësinë e kërkuar të rrjedhës.

Pompë mund të kontrollohet pa njohuri programimi përmes ekranit të integruar LCD dhe një çelës rrotullues. Përveç kësaj, pompa mund të kontrollohet nga distanca përmes USB me anë të komandave serike. Kjo mënyrë e thjeshtë komunikimi është e pajtueshme me programet e zakonshme dhe gjuhët programuese (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#, etj.).

Pompa është e thjeshtë dhe e lirë për tu prodhuar, me të gjitha pjesët që arrijnë në më pak se 100 dollarë në krahasim me 1300 dollarë për zgjidhjen më të lirë të krahasueshme komerciale që mund të gjejmë. Përveç një printeri 3D, nevojiten vetëm mjete të zakonshme. Projekti ynë është me burim të hapur për sa i përket harduerit dhe softuerit. Ne ofrojmë skedarët CAD për pjesët e printuara 3D, një listë të plotë të të gjithë përbërësve komercialë të kërkuar dhe burimet e tyre, si dhe kodin burimor të përdorur në pompën tonë.

Hapi 1: Kontrolloni Specifikimet

Kontrolloni specifikimet dhe diskutimin e saktësisë të bashkangjitur më poshtë.

A i plotëson pompa kërkesat tuaja?

Hapi 2: Mblidhni Komponentët

1x Arduino Uno R3/ dërrasë e pajtueshme 1x Stepper motor (GjxhxD): 42x42x41 mm, Bosht (ØxL): 5x22 mm 1x Furnizim me energji 12 V/ 3 A, lidhës: 5.5/ 2.1 mm mm3x kushineta me gjilpërë HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 mm x 8 mm x 8mm 1x Kodues 5 V, 0.01 A, 20 shtylla kalimi, 360 ° 1x Tub pompë, trashësi muri 1.6mm, 0.2m4x Vetë ngjitës këmbësh (L x Gj x L) 12.6 x 12.6 x 5.7 mm3x Kunja e drejtë (Ø x L) 4 mm x 14 mm 1x Çelës kontrolli (Ø x H) 16.8 mm x 14.5 mm 1x Potenciometër/ makinë prerëse 10k1x 220 Ohm Rezistencë1x Kondensator 47μF, 25V

Instalime: 1x PCB (L x L) 80 mm x 52 mm, Hapësira e kontakteve 2.54 mm (CS) 2x Shirit me kunja, e drejtë, CS 2.54, rryma nominale 3A, 36 kunja 1x Shirit fole, e drejtë, CS 2.54, currrent nominal 3A, 40 kunjat 1x Kabllo, ngjyra të ndryshme (p.sh. Ø 2.5 mm, seksion kryq 0, 5 mm²) Tkurrje e nxehtësisë (e përshtatshme për kabllo, p.sh. Ø 3 mm)

Vida: 4x M3, L = 25 mm (gjatësia pa kokë), ISO 4762 (koka gjashtëkëndore) 7x M3, L = 16 mm, ISO 4762 (koka gjashtëkëndore) 16x M3, L = 8 mm, ISO 4762 (koka gjashtëkëndore) 4x Vidë e vogël përgjimi (për LCD, Ø 2-2.5mm, L = 3-6 mm) 1x M3, L = 10mm vidë me grykë, DIN 9161x M3, arrë, ISO 4032

Pjesë të printuara 3D: (Thingiverse) 1x Rasti kryesor 2 x Rasti anësor (printimi 3D nuk është i nevojshëm => bluarje/prerje/sharrim) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

Hapi 3: Pas përpunimit të printimeve 3D

Pjesët e printuara 3D duhet të pastrohen pas printimit për të hequr mbetjet nga procesi i printimit. Mjetet që rekomandojmë për përpunimin e mëvonshëm janë një skedar i vogël dhe një prerës fije për fijet M3. Pas procesit të printimit shumica e vrimave duhet të zgjerohen duke përdorur një stërvitje të përshtatshme. Për vrimat që përmbajnë vida M3, një fije duhet të pritet me prerësin e fijeve të lartpërmendur.

Hapi 4: Kabllot dhe telat

Bërthama e qarkut përbëhet nga Arduino dhe një dërrasë. Në pllakën e dyshemesë është drejtuesi i motorit stepper, prerësja për LCD, kondensatori 47µF dhe lidhjet për furnizimin me energji të përbërësve të ndryshëm. Për të fikur Arduino nga ndërprerësi i energjisë, furnizimi me energji i Arduino u ndërpre dhe çoi në Perfboard. Për këtë qëllim, dioda e cila ndodhet në Arduino direkt pas prizës së energjisë nuk u ngjit dhe u soll në tabelë.

Hapi 5: Cilësimet e harduerit

Ekzistojnë tre cilësime që duhet të bëhen drejtpërdrejt në qark.

Së pari duhet të vendoset kufiri aktual për drejtuesin e motorit me hap, duke rregulluar vidën e vogël në A4988. Për shembull, nëse voltazhi V_ref midis vidës dhe GND në gjendjen e ndezur është 1V, kufiri aktual është dyfishi i vlerës: I_max = 2A (kjo është vlera që kemi përdorur). Sa më e lartë të jetë rryma, aq më i lartë është çift rrotullues i motorit, duke lejuar shpejtësi dhe ritme më të larta të rrjedhës. Sidoqoftë, konsumi i energjisë dhe zhvillimi i nxehtësisë rritet.

Për më tepër, mënyra e motorit stepper mund të vendoset përmes tre kunjave që ndodhen në pjesën e sipërme të majtë të drejtuesit të motorit stepper (MS1, MS2, MS3). Kur MS2 është në + 5V, siç tregohet në diagramin e instalimeve elektrike, motori funksionon në modalitetin e hapit çerek, të cilin ne e përdorëm. Kjo do të thotë që saktësisht një hap (1.8 °) kryhet për katër pulse që shoferi i motorit stepper merr në kunjin STEP.

Si vlera e fundit për t'u vendosur, prerësja në tabelën e perfit mund të përdoret për të rregulluar kontrastin e LCD.

Hapi 6: Provoni qarkun dhe përbërësit

Para montimit rekomandohet të testoni përbërësit dhe qarkun në një dërrasë buke. Në këtë mënyrë, është më e lehtë për të gjetur dhe rregulluar gabimet e mundshme.

Ju tashmë mund të ngarkoni programin tonë në Arduino, për të provuar të gjitha funksionet paraprakisht. Ne publikuam kodin burimor në GitHub:

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

Hapi 7: Asambleja

Video tregon montimin e përbërësve në sekuencën e synuar pa instalime elektrike. Të gjithë lidhësit duhet së pari të ngjiten në përbërës. Instalimet elektrike bëhen më së miri në pikën ku futen të gjithë përbërësit, por muret anësore nuk janë fiksuar ende. Vidhat e vështira për t'u arritur mund të arrihen lehtësisht me një pikëllim gjashtëkëndësh.

1. Futni çelësin e energjisë dhe kodifikuesin në vrimën e tyre të caktuar dhe fiksojini ato në kasë. Bashkangjitni çelësin e kontrollit tek kodifikuesi - kini kujdes - pasi ta lidhni çelësin, mund të shkatërrojë koduesin nëse përpiqeni ta hiqni përsëri.

2. Bashkangjitni ekranin LCD me vida të vogla përgjimi, sigurohuni që të lidhni rezistencën dhe instalimet elektrike në ekran para montimit.

3. Fiksoni bordin Arduino Uno në kasë duke përdorur vida M3 8 mm.

4. Futeni motorin hap dhe bashkojeni atë në kasë së bashku me pjesën e printuar 3D (Pump_case_bottom) duke përdorur katër vida M3 10 mm.

5. Bashkangjiteni tabelën e shpinës në kasë - sigurohuni që të keni bashkuar të gjithë komponentët në tabelë, siç tregohet në diagramin e instalimeve elektrike.

6. Lidhni pjesët elektronike brenda kasës.

7. Mbyllni kutinë duke shtuar panelet anësore duke përdorur vida M3 10x 8 mm.

8. Mblidhni montuesin e kushinetës siç tregohet në video dhe bashkojeni atë në boshtin e motorit duke përdorur një vidë me grykë 3 mm

9. Së fundi, bashkoni mbështetësen e kundër për mbajtjen e tubit (Pump_case_top_120 °) me dy vida M3 25 mm dhe futni tubin. Futni dy vida M3 25 mm për të mbajtur tubin në vend gjatë procesit të pompimit

Hapi 8: Futni tubin

Hapi 9: Njihuni me Ndërfaqen e Përdoruesit (Kontrolli manual)

Ndërfaqja e përdoruesit siguron një kontroll të plotë të pompës peristaltike. Përbëhet nga një ekran LCD, një çelës kontrolli dhe një ndërprerës i energjisë. Çelësi i kontrollit mund të kthehet ose shtyhet.

Kthimi i çelësit ju lejon të zgjidhni nga artikuj të ndryshëm të menusë, artikulli i menysë në rreshtin e sipërm është aktualisht i zgjedhur. Shtypja e çelësit do të aktivizojë artikullin e zgjedhur të menysë, të treguar nga një drejtkëndësh që pulson. Drejtkëndëshi i ndezur nënkupton që artikulli i menysë është aktivizuar.

Pasi të aktivizohet artikulli i menysë, ai fillon në varësi të artikullit të zgjedhur ose një veprim ose lejon ndryshimin e vlerës përkatëse duke rrotulluar çelësin. Për të gjithë artikujt e menysë të lidhur me një vlerë numerike çelësi mund të mbahet për të rivendosur vlerën në zero ose dyfish të shtyrë për të rritur vlerën me një të dhjetën e vlerës së saj maksimale. Për të vendosur vlerën e zgjedhur dhe çaktivizuar një artikull të menusë, çelësi duhet të shtyhet për herë të dytë.

Ndërprerësi i energjisë do të fikë menjëherë pompën dhe të gjithë përbërësit e saj (Arduino, motor me hap, drejtues motorësh, LCD), përveç rasteve kur pompa është e lidhur përmes USB. Arduino dhe LCD mund të mundësohen nga USB, në mënyrë që ndërprerësi i energjisë të mos ndikojë tek ata.

Menyja e pompave ka 10 artikuj, të cilët janë të listuar dhe të përshkruar më poshtë:

0 | Filloni Filloni me pompimin, mënyra e funksionimit varet nga mënyra e zgjedhur në modalitetin "6"

1 | Vëllimi Vendosni vëllimin e dozimit, konsiderohet vetëm nëse "Doza" zgjidhet në modalitetin "6"

2 | V. Njësia: Vendosni njësinë e volumit, opsionet janë: "mL": mL "uL": µL "kalb": rrotullimet (e pompës)

3 | Shpejtësia Vendosni shkallën e rrjedhës, konsiderohet vetëm nëse "Doza" ose "Pompë" zgjidhet në modalitetin "6"

4 | S. Njësia: Vendosni njësinë e volumit, opsionet janë: "mL/min": mL/min "uL/min": µL/min "rpm": rrotullime/min

5 | Drejtimi: Zgjidhni drejtimin e pompimit: "CW" për rrotullimin në drejtim të akrepave të orës, "CCW" në drejtim të kundërt

6 | Mënyra: Vendosni mënyrën e funksionimit: "Doza": dozoni vëllimin e zgjedhur (1 | Vëllimi) në shkallën e zgjedhur të rrjedhës (3 | Shpejtësia) kur filloni "Pompë": pomponi vazhdimisht në shkallën e zgjedhur të rrjedhës (3 | Shpejtësia) kur filloi "Cal.": Kalibrimi, pompa do të kryejë 30 rrotullime në 30 sekonda kur të fillojë

7 | Kal. Vendosni vëllimin e kalibrimit në ml. Për kalibrimin, pompa funksionon një herë në modalitetin e kalibrimit dhe vëllimi i kalibrimit që u pompua matet.

8 | Ruaj Sett. Ruani të gjitha cilësimet në Arduinos EEPROM, vlerat ruhen gjatë fikjes dhe rimbushen, kur energjia ndizet përsëri

9 | USB Ctrl Aktivizo Kontrollin USB: Pompa reagon ndaj komandave serike të dërguara përmes USB

Hapi 10: Kalibrimi dhe Provoni Dozimin

Kryerja e një kalibrimi të duhur para përdorimit të pompës është thelbësore për dozimin dhe pompimin e saktë. Kalibrimi do t'i tregojë pompës se sa lëng lëviz në rrotullim, kështu që pompa mund të llogarisë sa rrotullime dhe cilën shpejtësi nevojitet për të përmbushur vlerat e përcaktuara. Për të filluar kalibrimin, zgjidhni Modalitetin "Cal". dhe filloni të pomponi ose dërgoni komandën e kalibrimit përmes USB. Cikli standard i kalibrimit do të kryejë 30 rrotullime në 30 sekonda. Vëllimi i lëngut të pompuar gjatë këtij cikli (vëllimi i kalibrimit) duhet të matet me saktësi. Sigurohuni që matja të mos ndikohet nga pikat që ngjiten në tub, pesha e vetë tubit ose ndonjë ndërhyrje tjetër. Ne rekomandojmë përdorimin e një shkalle mikrogrami për kalibrim, pasi lehtë mund të llogaritni vëllimin, nëse dihet dendësia dhe pesha e sasisë së pompuar të lëngut. Pasi të keni matur vëllimin e kalibrimit, mund ta rregulloni pompën duke vendosur vlerën e artikullit të menysë "7 | Cal". ose duke e bashkangjitur atë në komandat tuaja serike.

Ju lutemi vini re se çdo ndryshim pas kalibrimit në montimin e tubit ose diferenca e presionit do të ndikojë në saktësinë e pompës. Mundohuni të bëni kalibrimin gjithmonë në të njëjtat kushte, në të cilat pompa do të përdoret më vonë. Nëse e hiqni tubin dhe e instaloni përsëri në pompë, vlera e kalibrimit do të ndryshojë deri në 10%, për shkak të dallimeve të vogla në pozicionimin dhe forcën e aplikuar në vida. Tërheqja në tub do të ndryshojë gjithashtu pozicionimin dhe për këtë arsye vlerën e kalibrimit. Nëse kalibrimi kryhet pa diferencë presioni dhe pompa përdoret më vonë për të pompuar lëngje në një presion tjetër, kjo do të ndikojë në saktësinë. Mos harroni se edhe një ndryshim në nivel prej një metri mund të krijojë një ndryshim presioni prej 0.1 bar, i cili do të ketë një ndikim të lehtë në vlerën e kalibrimit, edhe nëse pompa mund të arrijë një presion prej të paktën 1.5 bar duke përdorur tubin 0.8 mm.

Hapi 11: Ndërfaqja serike - telekomandë përmes USB

Ndërfaqja serike bazohet në ndërfaqen serike të komunikimit të Arduino përmes USB (Baud 9600, 8 bit të dhënash, pa barazi, një bit i ndaluar). Çdo softuer ose gjuhë programimi e aftë për të shkruar të dhëna në një port serial mund të përdoret për të komunikuar me pompën (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#, etj.). Të gjitha funksionet e pompës janë të arritshme duke dërguar komandën përkatëse në pompë, në fund të secilës komandë kërkohet një karakter i ri i linjës '\ n' (ASCII 10).

Doza: d (vëllimi në µL), (shpejtësia në µL/min), (vëllimi i kalibrimit në µL) '\ n'

p.sh.: d1000, 2000, 1462 '\ n' (dozimi 1mL me 2mL/min, vëllimi i kalibrimit = 1.462mL)

Pompë: p (shpejtësia në µL/min), (vëllimi i kalibrimit në µL) '\ n'

p.sh.: p2000, 1462 '\ n' (pompë me 2 ml/min, vëllimi i kalibrimit = 1.462 ml)

Kalibroni: c '\ n'

Ndalesa: x '\ n'

Mjedisi Arduino (Arduino IDE) ka një monitor serial të integruar, i cili mund të lexojë dhe shkruajë të dhëna serike, prandaj komandat serike mund të testohen pa ndonjë kod të shkruar.

Hapi 12: Ndani përvojat tuaja dhe përmirësoni pompën

Nëse keni ndërtuar pompën tonë, ju lutemi ndani përvojat dhe përmirësimet tuaja në softuer dhe harduer në:

Thingiverse (pjesë të printuara 3D)

GitHub (softuer)

Udhëzues (udhëzime, instalime elektrike, të përgjithshme)

Hapi 13: Jeni kuriozë për IGEM?

Fondacioni iGEM (Makina e Inxhinierisë Gjenetike Ndërkombëtare) është një organizatë e pavarur, jofitimprurëse, e përkushtuar për arsimin dhe konkurrencën, avancimin e biologjisë sintetike dhe zhvillimin e një komuniteti dhe bashkëpunimi të hapur.

iGEM drejton tre programe kryesore: Konkursi iGEM - një konkurs ndërkombëtar për studentët e interesuar në fushën e biologjisë sintetike; Programi i Laboratorëve - një program që laboratorët akademikë të përdorin të njëjtat burime si ekipet e konkurrencës; dhe Regjistri i Pjesëve Standarde Biologjike - një koleksion në rritje i pjesëve gjenetike të përdorura për ndërtimin e pajisjeve dhe sistemeve biologjike.

igem.org/Main_Page