მიკრო წყალმცენარეების დაბინდვისა და კონტროლის მარტივი სისტემა: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ვთქვათ, თქვენ მოგწყინდებათ წყლის დაბინდვა გაზომვის მიზნით, უხეში ტერმინი მიუთითებს წყალში არსებულ მცირე, შეჩერებულ ნაწილაკებზე, რაც ამცირებს სინათლის ინტენსივობას სინათლის გაზრდის გზით ან ნაწილაკების უფრო მაღალი კონცენტრაციით ან ორივე ერთად. მაშ, როგორ გავაკეთოთ ეს?

ქვემოთ მოცემულია რამდენიმე ნაბიჯი, რომელიც გადავიღე მიკრო წყალმცენარეების ბიომასის სიმკვრივის ავტომატური მონიტორინგის სისტემის შესაქმნელად. ეს არის მიკრო წყალმცენარეები, რომლებიც სუბ-მიკრონის ზომისაა, კარგად არის შეჩერებული წყალში და აქვთ ექსტრემალური ცხოვრების წესი, გარდაქმნის სინათლის ენერგიას და ამცირებს ნახშირორჟანგს ახლად სინთეზირებულ ბიომასად. ეს საკმარისია მიკრო წყალმცენარეების შესახებ.

ბუნდოვანების ან ბიომასის სიმკვრივის გასაზომად, ჩემს შემთხვევაში, მე უნდა გავზომო სინათლის ინტენსივობა დეტექტორის მხარეს, რომელიც გარდაიქმნება ძაბვის მაჩვენებელში. თავიდან ერთი დაბრკოლება მქონდა, რომ მეპოვა შესაფერისი სენსორი, რომელიც მუშაობს მიკრო წყალმცენარეების სახეობებთან, რომლებთანაც ვმუშაობდი.

ბუნდოვანების გაზომვა შესაძლებელია სპექტროფოტომეტრის საშუალებით. ლაბორატორიული სპექტროფოტომეტრი ძვირია და ძირითადად ზომავს ერთ ნიმუშს ერთდროულად. რატომღაც, მე გამიმართლა, რომ შევიძინე იაფი დაბინდვის სენსორი, რომელსაც ვპოულობ ebay.com– ზე ან amazon.com– ზე და ჩემდა გასაკვირად, სენსორი კარგად მუშაობს იმ მიკრო წყალმცენარეების სახეობებთან, რომლებიც მე გამოვცადე.

ნაბიჯი 1: საჭირო ნაწილები:

1. ბუნდოვანი სენსორი, როგორიც ეს არის ფოტოში, რომელიც აკავშირებს მილებს. ჩამონათვალში არის ღია გადასასვლელი, თუ არ აპირებთ სენსორის ჩაძირვას.

2. არდუინოს დაფა. ეს შეიძლება იყოს ნანო, ან მეგა/უნო (თუ იუნ ფარი გამოიყენება)

3. პოტენომეტრი. უმჯობესია გამოიყენოთ ზუსტი მსგავსი.

4. OLED ეკრანი. მე გამოვიყენე SSD1306, მაგრამ LCD– ის სხვა ტიპები, როგორიცაა 1602, 2004 იმუშავებდა (და შესაბამისად გადახედეთ კოდს).

5. განმეორებითი დაფა ასეთი ორი არხით

6. სამი სამი პოზიციის გადამრთველი დამატებითი მექანიკური კონტროლისათვის

7. ტუმბოები: შევიძინე 12 ვ პატარა პერისტალტიკური ტუმბო და გამოვიყენე კოულ პარმერის ორმაგი არხის ტუმბო ლაბორატორიაში, როგორც მთავარი ტუმბო. თუ მთავარ ტუმბოს აქვს მხოლოდ ერთი არხის თავი, მაშინ გამოიყენეთ გადავსების მილი ზედმეტი ბიომასის შესაგროვებლად, ფრთხილად იყავით, რომ ბიომასის შესაძლო მოცილება რეაქტორის თავზე, თუ იყენებთ ძლიერ საჰაერო ხომალდის შერევას.

8. Raspberry Pi ან ლეპტოპი მონაცემების შესასვლელად 1 ვარიანტი ან Yun Shield ვარიანტი 2

საერთო ღირებულება 200 დოლარის ფარგლებშია. კოულ პარმერის ტუმბო დაახლოებით $ 1000 ღირს და არ შედის საერთო ღირებულებაში. მე არ გავაკეთე ზუსტი შეჯამება.

ნაბიჯი 2: ვარიანტი 1: მონაცემების შეყვანა კომპიუტერში/ ჟოლოს პი USB კაბელის საშუალებით

კომპიუტერის ან Raspberry Pi- ს გამოსაყენებელი მონაცემების ჩაწერა

ჩაწერა შესაძლებელია გაკეთდეს ისეთი ჩანაწერით, როგორიცაა Putty (Windows) ან Screen (Linux). ან ეს შეიძლება გაკეთდეს პითონის სკრიპტით. ეს სკრიპტი მოითხოვს Python3 და ბიბლიოთეკას, რომელსაც ეწოდება pyserial ფუნქციონირება. გარდა იმისა, რომ დარეგისტრირებული მონაცემები ადვილად ხელმისაწვდომია ლეპტოპში ან Desktop Remote– ში, ეს მიდგომა უპირატესობას ანიჭებს იმ დროს კომპიუტერში, რომელიც არის ფაილში შესული სხვა შედეგებთან ერთად.

აქ არის კიდევ ერთი გაკვეთილი, რომელიც მე დავწერე, თუ როგორ უნდა შეიქმნას Raspberry Pi და შეაგროვოს მონაცემები Arduino– დან. ეს არის ნაბიჯ-ნაბიჯ სახელმძღვანელო, რომ მიიღოთ მონაცემები Arduino– დან Raspberry Pi– მდე.

და Arduino– ს კოდი აქ არის განთავსებული 1 – ლი ვარიანტისთვის: მუშაობს ბუნდოვანი სენსორული სისტემა და მონაცემების შეყვანა კომპიუტერში.

როგორც ზემოთ აღვნიშნე, ეს არის მარტივი სისტემა, მაგრამ სენსორისთვის მნიშვნელოვანი მონაცემების წარმოქმნისთვის, მაშინ გაზომვის საგანი, როგორიცაა მიკრო წყალმცენარეები, ბინდი, რძე ან შეჩერებული ნაწილაკები, უნდა შეჩერდეს, შედარებით სტაბილური.

ჩაწერილი ფაილი შეიცავს დროის ბეჭედს, მითითებულ წერტილს, ბუნდოვანების გაზომვის მნიშვნელობას და როდის იყო მთავარი ტუმბო ჩართული. ეს უნდა მოგაწოდოთ სისტემის მუშაობის მაჩვენებლები. თქვენ შეგიძლიათ დაამატოთ მეტი პარამეტრები Serial.println (dataString).ino ფაილში.

თითოეული გამომავალი უნდა დაემატოს მძიმით (ან ჩანართი, ან სხვა სიმბოლოები მონაცემების ცხრილში თითოეულ უჯრედში) ისე, რომ მონაცემები დაიყოს Excel- ში გრაფიკის შესაქმნელად. მძიმით დაგიზოგავთ თმას (ის დაზოგავს ჩემს თმას), განსაკუთრებით მას შემდეგ, რაც რამდენიმე ათასი ხაზი გაქვთ მონაცემები და მიხვდებით, როგორ გავყოთ რიცხვები და დავივიწყე მათ შორის მძიმის დამატება.

ნაბიჯი 3: ვარიანტი 2: მონაცემები შესულია იუნ ფარს

მონაცემების შესასვლელად იუნ ფარის გამოყენება არდუინო მეგას ან უნოს თავზე

Yun Shield მუშაობს Linux– ის მინიმალურ დისტრიბუციაზე და მას შეუძლია დაუკავშირდეს ინტერნეტს, ჰქონდეს USB პორტები და SD ბარათის სლოტი, ასე რომ მონაცემები შეიძლება ჩაწერილი იყოს USB სტიკზე ან SD ბარათზე. დრო ამოღებულია ლინუქსის სისტემიდან და მონაცემთა ფაილი ამოღებულია FTP პროგრამიდან, როგორიცაა WinSCP ან FileZilla ან უშუალოდ USB, SD ბარათის მკითხველიდან.

აქ მოცემულია კოდი, რომელიც განთავსებულია Github– ში მე –2 ვარიანტისთვის.

ნაბიჯი 4: დაბინდვის სენსორის მოქმედება

მე გამოვიყენე ამფენოლის დაბინდვის სენსორი (TSD-10) და მას მოყვება მონაცემთა ცხრილი. უფრო რთულია პროდუქტის გადამოწმება ონლაინ ჩამონათვალიდან. მონაცემთა ცხრილი შეიცავს ძაბვის ამოკითხვის გრაფიკს (Vout) განსხვავებული ბუნდოვანი კონცენტრაციით, რომელიც წარმოდგენილია ნეფელომეტრული დაბინდვის ერთეულში (NTU). მიკრო წყალმცენარეებისთვის ბიომასის სიმკვრივე ჩვეულებრივ არის ტალღის 730 ნმ, ანუ 750 მმ ნაწილაკების კონცენტრაციის გასაზომად, რომელსაც ეწოდება ოპტიკური სიმკვრივე (OD). ასე რომ, აქ არის შედარება Vout, OD730 (იზომება Shimadzu Spectrometer) და OD750 (NTU– დან გადაკეთებულია მონაცემთა ცხრილში).

ამ სისტემის ყველაზე სასურველი მდგომარეობაა ბუნდოვანება-სტატიკური ან ტურბიდოსტატი, რომლის საშუალებითაც სისტემას შეუძლია ავტომატურად გაზომოს და გააკონტროლოს ბიომასის სიმკვრივე დადგენილ მნიშვნელობამდე (ან ახლოს). აქ არის გრაფიკი, რომელიც აჩვენებს ამ სისტემის მუშაობას.

გამჟღავნება:

ეს ბუნდოვანების მონიტორინგისა და კონტროლის სისტემა (ხშირად უწოდებენ ტურბიდოსტატს) არის ერთ -ერთი სამი ერთეულიდან, რომელიც მე ვიმუშავე წინასწარ ფოტოობიორეაქტორის შესაქმნელად. ეს სამუშაო ჩატარდა მაშინ, როდესაც მე ვმუშაობდი Biodesign Swette გარემოს ბიოტექნოლოგიის ცენტრში, არიზონას სახელმწიფო უნივერსიტეტში. ამ სისტემის მეცნიერული წვლილი წყალმცენარეების გაშენებისათვის გამოქვეყნდა Algal Research Journal- ში.