ზუსტი პერისტალტიკური ტუმბო: 13 ნაბიჯი

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

ჩვენ ვართ სტუდენტური გუნდი RWTH აახენის უნივერსიტეტის სხვადასხვა დისციპლინიდან და შევქმენით ეს პროექტი 2017 iGEM კონკურსის კონტექსტში.

ყველა იმ სამუშაოს შემდეგ, რაც შევიდა ჩვენს ტუმბოში, ჩვენ გვსურს გაგიზიაროთ ჩვენი შედეგები!

ჩვენ ავაშენეთ ეს პერისტალტიკური ტუმბო, როგორც ზოგადად გამოყენებული თხევადი ხსნარი ნებისმიერი პროექტისათვის, რომელიც მოითხოვს სითხეების ტრანსპორტირებას. ჩვენს ტუმბოს შეუძლია ზუსტი დოზირება და გადატუმბვა, რაც უზრუნველყოფს დოზირების მოცულობის ფართო სპექტრს და ნაკადის სიჩქარეს, რათა მაქსიმალურად გაზარდოს შესაძლო გამოყენება. დოზირების 125 ექსპერიმენტის საშუალებით ჩვენ შევძელით ჩვენი ტუმბოს სიზუსტის დემონსტრირება და რაოდენობა. მილებისათვის 0, 8 მმ შიდა დიამეტრით და ნებისმიერი ნაკადის სიჩქარით ან დოზირებით მოცულობით სპეციფიკაციებში ჩვენ შეგვიძლია გამოვავლინოთ სიზუსტე დადგენილ მნიშვნელობზე 2% -ზე უკეთესი გადახრა. გაზომვების შედეგების გათვალისწინებით, სიზუსტე შეიძლება კიდევ უფრო გაუმჯობესდეს, თუ დაკალიბრების სიჩქარე მორგებულია საჭირო ნაკადის სიჩქარეზე.

ტუმბოს კონტროლი შესაძლებელია პროგრამირების ცოდნის გარეშე ჩაშენებული LCD დისპლეით და მბრუნავი ღილაკით. გარდა ამისა, ტუმბოს დისტანციურად მართვა შესაძლებელია USB- ის საშუალებით სერიული ბრძანებების საშუალებით. კომუნიკაციის ეს მარტივი გზა თავსებადია საერთო პროგრამულ უზრუნველყოფასთან და პროგრამირების ენებთან (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#და ა.

ტუმბოს წარმოება მარტივი და იაფია, ყველა ნაწილი 100 $ -ზე ნაკლებია 1300 აშშ დოლართან შედარებით ყველაზე იაფი შესადარებელი კომერციული გადაწყვეტა, რაც ჩვენ ვიპოვეთ. 3D პრინტერის გარდა, საჭიროა მხოლოდ საერთო ინსტრუმენტები. ჩვენი პროექტი არის ღია წყარო ტექნიკისა და პროგრამული უზრუნველყოფის თვალსაზრისით. ჩვენ გთავაზობთ CAD ფაილებს 3D დაბეჭდილი ნაწილებისთვის, ყველა საჭირო კომერციული კომპონენტისა და მათი წყაროების სრულ ჩამონათვალს და ჩვენს ტუმბოში გამოყენებულ წყაროს კოდს.

ნაბიჯი 1: შეამოწმეთ სპეციფიკაციები

შეამოწმეთ ქვემოთ მოყვანილი სპეციფიკაციები და სიზუსტის განხილვა.

აკმაყოფილებს თუ არა ტუმბო თქვენს მოთხოვნებს?

ნაბიჯი 2: შეაგროვეთ კომპონენტები

1x Arduino Uno R3/ თავსებადი დაფა 1x სტეპერიანი ძრავა (WxHxD): 42x42x41 მმ, Shaft (LxL): 5x22 mm 1x კვების წყარო 12 V/ 3 A, კონექტორი: 5.5/ 2.1 mm mm3x ნემსის საყრდენი HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 მმ x 8 მმ x 8 მმ 1x კოდირება 5 V, 0.01 A, 20 გადამრთველი პოსტი, 360 ° 1x ტუმბოს მილები, 1.6 მმ კედლის სისქე, 0.2m4x ფეხის თვითწებვადი (L x W x H) 12,6 x 12,6 x 5,7 mm 3x სწორი პინი (Ø x L) 4 მმ x 14 მმ 1x კონტროლის ღილაკი (Ø x H) 16,8 მმ x 14,5 მმ 1x პოტენომეტრი/ საპარსები 10k1x 220 Ohm რეზისტორი 1x კონდენსატორი 47µF, 25V

გაყვანილობა: 1x PCB (L x W) 80 მმ x 52 მმ, საკონტაქტო მანძილი 2.54 მმ (CS) 2x Pin strip, straight, CS 2.54, nominal current 3A, 36 pin 1x Socket strip, straight, CS 2.54, nominal currrent 3A, 40 ქინძისთავები 1x კაბელები, სხვადასხვა ფერის (მაგ. Ø 2.5 მმ, განივი 0, 5 მმ²) სითბოს შემცირება (შესაფერისი კაბელებისთვის, მაგ. Ø 3 მმ)

ხრახნები: 4x M3, L = 25 მმ (სიგრძე თავის გარეშე), ISO 4762 (hex head) 7x M3, L = 16 მმ, ISO 4762 (hex head) 16x M3, L = 8 მმ, ISO 4762 (hex head) 4x მცირე ზომის ხრახნიანი ხრახნი (LCD– ისთვის, Ø 2-2.5 მმ, L = 3-6 მმ) 1x M3, L = 10 მმ ხრახნიანი ხრახნი, DIN 9161x M3, კაკალი, ISO 4032

3D დაბეჭდილი ნაწილები: (Thingiverse) 1x Case_main2 x Case_side (3D ბეჭდვა არ არის საჭირო => დაფქვა/ჭრა/ხერხი) 1x Pump_case_bottom1x Pump_case_top_120 ° 1x Bearing_mount_bottom1x Bearing_mount_top

ნაბიჯი 3: 3D ბეჭდვის შემდგომი დამუშავება

3D დაბეჭდილი ნაწილები უნდა გაიწმინდოს დაბეჭდვის შემდეგ, რათა ამოიღონ ნარჩენები ბეჭდვის პროცესში. ინსტრუმენტები, რომელსაც ჩვენ გირჩევთ შემდგომი დამუშავებისთვის არის პატარა ფაილი და ძაფის საჭრელი M3 ძაფებისთვის. დაბეჭდვის პროცესის შემდეგ ხვრელების უმეტესობა უნდა გაფართოვდეს შესაბამისი ბურღვის გამოყენებით. M3 ხრახნების შემცველი ხვრელებისათვის ძაფი უნდა გაიჭრას ზემოაღნიშნული ძაფის საჭრელით.

ნაბიჯი 4: კაბელები და გაყვანილობა

მიკროსქემის ბირთვი შედგება არდუინოსა და პერფორდისგან. დაფაზე არის სტეპერიანი ძრავის დრაივერი, ტრიმერი LCD– ისთვის, 47µF კონდენსატორი და კავშირები სხვადასხვა კომპონენტის ელექტრომომარაგებისთვის. არდუინოს გამორთვის მიზნით დენის გადამრთველით, არდუინოს ელექტრომომარაგება შეწყდა და მიიყვანა პერფოფორდთან. ამ მიზნით, დიოდი, რომელიც მდებარეობს არდუინოზე, უშუალოდ დენის ჯეკის უკან, არ იყო შედუღებული და მის ნაცვლად პერფოფორთან მიიტანეს.

ნაბიჯი 5: აპარატურის პარამეტრები

არსებობს სამი პარამეტრი, რომელიც უნდა მოხდეს უშუალოდ წრედზე.

პირველ რიგში უნდა დადგინდეს საფეხურის ძრავის დრაივერის მიმდინარე ლიმიტი, A4988– ზე პატარა ხრახნის მორგებით. მაგალითად, თუ ძაბვა V_ref ხრახნსა და GND შორის ჩართულ მდგომარეობაში არის 1V, მიმდინარე ლიმიტი ორჯერ აღემატება მნიშვნელობას: I_max = 2A (ეს არის ის ღირებულება, რომელიც ჩვენ გამოვიყენეთ). რაც უფრო მაღალია დენი, მით უფრო მაღალია ძრავის ბრუნვის მომენტი, რაც იძლევა უფრო მაღალ სიჩქარეს და ნაკადის სიჩქარეს. ამასთან, იზრდება ენერგიის მოხმარება და სითბოს განვითარება.

გარდა ამისა, სტეპერიანი ძრავის რეჟიმი შეიძლება დადგინდეს სამი ქინძისთავით, რომლებიც მდებარეობს სტეპერიანი ძრავის დრაივერის ზედა მარცხენა ნაწილში (MS1, MS2, MS3). როდესაც MS2 არის + 5V, როგორც ეს ნაჩვენებია გაყვანილობის დიაგრამაში, ძრავა მუშაობს მეოთხედი საფეხურის რეჟიმში, რომელიც ჩვენ გამოვიყენეთ. ეს ნიშნავს, რომ ზუსტად ერთი ნაბიჯი (1.8 °) შესრულებულია ოთხი იმპულსისთვის, რომელსაც სტეპერიანი ძრავის მძღოლი იღებს STEP pin– ზე.

როგორც ბოლო მნიშვნელობა დადგენილი, პერფორბორგის საპარსები შეიძლება გამოყენებულ იქნას LCD კონტრასტის შესაცვლელად.

ნაბიჯი 6: შეამოწმეთ წრე და კომპონენტები

შეკრების დაწყებამდე რეკომენდებულია კომპონენტების და წრედის შემოწმება პურის დაფაზე. ამ გზით, უფრო ადვილია იპოვოთ და გამოასწოროთ შესაძლო შეცდომები.

თქვენ უკვე შეგიძლიათ ატვირთოთ ჩვენი პროგრამული უზრუნველყოფა Arduino– ზე, რომ წინასწარ სცადოთ ყველა ფუნქცია. ჩვენ გამოვაქვეყნეთ წყაროს კოდი GitHub– ზე:

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

ნაბიჯი 7: შეკრება

ვიდეო გვიჩვენებს კომპონენტების შეკრებას სავარაუდო თანმიმდევრობით გაყვანილობის გარეშე. ყველა კონექტორი პირველ რიგში უნდა დაერთოს კომპონენტებს. გაყვანილობა საუკეთესოდ კეთდება იმ ადგილას, სადაც ყველა კომპონენტია ჩასმული, მაგრამ გვერდითი კედლები ჯერ კიდევ არ არის დაფიქსირებული. ძნელად მისაწვდომ ხრახნებს ადვილად მიაღწევთ ექვსკუთხა ღილაკით.

1. ჩადეთ დენის გადამრთველი და კოდირება მათ დანიშნულ ხვრელში და დააფიქსირეთ ისინი კორპუსზე. მიამაგრეთ საკონტროლო ღილაკი კოდს - იყავით ფრთხილად - მას შემდეგ რაც დააჭერთ ღილაკს, მას შეუძლია გაანადგუროს კოდირება, თუ კვლავ შეეცდებით მის ამოღებას.

2. მიამაგრეთ LCD დისპლეი მცირე ხრახნიანი ხრახნებით, დარწმუნდით, რომ შეკრებამდე შეაერთეთ რეზისტორი და გაყვანილობა ეკრანზე.

3. დააფიქსირეთ Arduino Uno დაფა კორპუსზე 8 მმ M3 ხრახნების გამოყენებით.

4. ჩადეთ საფეხურიანი ძრავა და მიამაგრეთ კორპუსზე 3D ბეჭდვით ნაწილთან ერთად (Pump_case_bottom) ოთხი 10 მმ M3 ხრახნის გამოყენებით.

5. მიამაგრეთ პერფორი დაფაზე - დარწმუნდით, რომ ყველა კომპონენტი შეაერთეთ დაფაზე, როგორც ეს ნაჩვენებია გაყვანილობის დიაგრამაში.

6. მავთულის ელექტრონული ნაწილები შიგნით შემთხვევაში.

7. დახურეთ ქეისი გვერდითი პანელების დამატებით 10x8 მმ M3 ხრახნების გამოყენებით.

8. ააწყვეთ ტარების საყრდენი, როგორც ეს ნაჩვენებია ვიდეოში და მიამაგრეთ იგი ძრავის ლილვზე 3 მმ -იანი ხრახნიანი ხრახნის გამოყენებით

9. ბოლოს, მიამაგრეთ მრიცხველის საყრდენი მილის ჩასატარებლად (Pump_case_top_120 °) ორი 25 მმ M3 ხრახნით და ჩადეთ მილები. ჩადეთ ორი 25 მმ M3 ხრახნი, რათა მილები ტუმბოს პროცესში იყოს

ნაბიჯი 8: ჩადეთ მილები

ნაბიჯი 9: გაეცანით მომხმარებლის ინტერფეისს (ხელით კონტროლი)

მომხმარებლის ინტერფეისი უზრუნველყოფს პერისტალტიკური ტუმბოს ყოვლისმომცველ კონტროლს. იგი შედგება LCD ეკრანისგან, საკონტროლო ღილაკისგან და დენის გადამრთველისგან. საკონტროლო ღილაკი შეიძლება მოტრიალდეს ან დაიჭიროს.

მბრუნავი ღილაკი საშუალებას გაძლევთ აირჩიოთ მენიუს სხვადასხვა ელემენტიდან, მენიუს ელემენტი ზედა ხაზზე ამჟამად არჩეულია. ღილაკზე დაჭერით გააქტიურდება მენიუს არჩეული პუნქტი, რომელიც მითითებულია მოციმციმე მართკუთხედზე. მოციმციმე მართკუთხედი ნიშნავს, რომ მენიუს ელემენტი გააქტიურებულია.

მენიუს პუნქტის გააქტიურებისთანავე იგი იწყება არჩეული ერთეულის მიხედვით ან მოქმედებაზე, ან იძლევა შესაბამისი მნიშვნელობის შეცვლის ღილაკს. ყველა მენიუს ერთეულისთვის, რომელიც დაკავშირებულია რიცხობრივ მნიშვნელობასთან, ღილაკს შეუძლია შეინარჩუნოს მნიშვნელობა ნულამდე ან ორმაგად, რათა გაიზარდოს ღირებულება მისი მაქსიმალური მნიშვნელობის მეათედით. არჩეული მნიშვნელობის დასადგენად და მენიუს პუნქტის გამორთვისთვის, მეორედ უნდა დააჭიროთ ღილაკს.

დენის გადამრთველი დაუყოვნებლივ გათიშავს ტუმბოს და მის ყველა კომპონენტს (არდუინო, საფეხურიანი ძრავა, საფეხურის ძრავის დრაივერი, LCD), გარდა იმ შემთხვევისა, როდესაც ტუმბო დაკავშირებულია USB- ის საშუალებით. Arduino და LCD შეიძლება იკვებებოდეს USB- ით, ისე რომ დენის გადამრთველმა არ იმოქმედოს მათზე.

ტუმბოების მენიუს აქვს 10 ერთეული, რომლებიც ჩამოთვლილია და აღწერილია ქვემოთ:

0 | დაწყება ტუმბოს დაწყება, მუშაობის რეჟიმი დამოკიდებულია "6" რეჟიმში შერჩეულ რეჟიმზე

1 | მოცულობა დოზირების მოცულობის დაყენება, განიხილება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ "დოზა" არჩეულია "6" რეჟიმში"

2 | V. ერთეული: დააყენეთ მოცულობის ერთეული, ვარიანტებია: „მლ“: მლ „uL“: μL „ლპობა“: ბრუნვები (ტუმბოს)

3 | სიჩქარე ნაკადის სიჩქარის დაყენება, განიხილება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ "დოზა" ან "ტუმბო" არჩეულია "6" რეჟიმში"

4 | S. ერთეული: დააყენეთ მოცულობის ერთეული, ვარიანტებია: „მლ/წთ“: მლ/წთ „uL/წთ“: μL/წთ „rpm“: ბრუნვები/წთ

5 | მიმართულება: შეარჩიეთ ტუმბოს მიმართულება: "CW" საათის ისრის მიმართულებით, "CCW" საათის ისრის საწინააღმდეგოდ

6 | რეჟიმი: დააყენეთ ოპერაციული რეჟიმი: "დოზა": დოზირეთ შერჩეული მოცულობა (1 | მოცულობა) შერჩეული ნაკადის სიჩქარით (3 | სიჩქარე) როდესაც იწყება "ტუმბო": ტუმბო განუწყვეტლივ არჩეული ნაკადის სიჩქარით (3 | სიჩქარე) როდესაც დაიწყო "კალ.": კალიბრაცია, ტუმბო დაწყებისთანავე შეასრულებს 30 ბრუნვას 30 წამში

7 | კალ. დაარეგულირეთ კალიბრაციის მოცულობა მლ. კალიბრაციისთვის, ტუმბო მუშაობს ერთხელ კალიბრაციის რეჟიმში და იზომება მიღებული კალიბრაციის მოცულობა.

8 | შეინახეთ Sett. შეინახეთ ყველა პარამეტრი Arduinos EEPROM– ში, მნიშვნელობები შენარჩუნებულია გამორთვის დროს და გადატვირთულია, როდესაც ძალა ისევ ჩართულია

9 | USB Ctrl გააქტიურეთ USB კონტროლი: ტუმბო რეაგირებს სერიული ბრძანებებით, რომლებიც გაგზავნილია USB საშუალებით

ნაბიჯი 10: დაკალიბრება და სცადეთ დოზირება

ტუმბოს გამოყენებამდე სათანადო კალიბრაციის შესრულება გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს ზუსტი დოზირებისა და ტუმბოსთვის. კალიბრაცია ეტყვის ტუმბოს რამდენი სითხე გადაადგილდება თითო როტაციაზე, ასე რომ ტუმბოს შეუძლია გამოთვალოს რამდენი ბრუნვა და რომელი სიჩქარეა საჭირო დადგენილი მნიშვნელობების დასაკმაყოფილებლად. კალიბრაციის დასაწყებად აირჩიეთ რეჟიმი "Cal". და დაიწყეთ ტუმბო ან გაგზავნეთ დაკალიბრების ბრძანება USB- ის საშუალებით. სტანდარტული დაკალიბრების ციკლი შეასრულებს 30 ბრუნვას 30 წამში. ამ ციკლის განმავლობაში ამოტუმბული სითხის მოცულობა (დაკალიბრების მოცულობა) ზუსტად უნდა შეფასდეს. დარწმუნდით, რომ გაზომვაზე არ იმოქმედებს მილსადენზე წებოვანი წვეთები, თავად მილის წონა ან რაიმე სხვა ჩარევა. ჩვენ გირჩევთ გამოიყენოთ მიკროგრამის მასშტაბი დაკალიბრებისთვის, რადგან თქვენ მარტივად შეგიძლიათ გამოთვალოთ მოცულობა, თუ ცნობილია ამოტუმბული სითხის სიმკვრივე და წონა. მას შემდეგ რაც გაზომეთ კალიბრაციის მოცულობა, შეგიძლიათ შეცვალოთ ტუმბო მენიუს პუნქტის "7 | Cal" მნიშვნელობის დაყენებით. ან მიამაგრეთ იგი თქვენს სერიულ ბრძანებებზე.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ნებისმიერი ცვლილება მილების დამონტაჟებაზე დაკალიბრების შემდეგ ან წნევის სხვაობა გავლენას მოახდენს ტუმბოს სიზუსტეზე. შეეცადეთ შეასრულოთ კალიბრაცია ყოველთვის იმავე პირობებში, რომლებშიც ტუმბო მოგვიანებით იქნება გამოყენებული. თუ თქვენ ამოიღებთ მილს და კვლავ დააინსტალირებთ ტუმბოში, დაკალიბრების მნიშვნელობა შეიცვლება 10%-მდე, ვინაიდან ხრახნებზე პოზიციონირებისა და ძალის მცირე განსხვავებების გამო. მილის გაყვანა ასევე შეცვლის პოზიციონირებას და შესაბამისად კალიბრაციის მნიშვნელობას. თუ კალიბრაცია შესრულებულია წნევის სხვაობის გარეშე და ტუმბო მოგვიანებით გამოიყენება სხვა წნევის დროს სითხეების დასატუმბად, ეს იმოქმედებს სიზუსტეზე. დაიმახსოვრეთ თუნდაც ერთი მეტრის დონის სხვაობამ შეიძლება შექმნას წნევის სხვაობა 0,1 ბარი, რაც მცირე გავლენას მოახდენს კალიბრაციის მნიშვნელობაზე, მაშინაც კი, თუ ტუმბოს შეუძლია მიაღწიოს მინიმუმ 1.5 ბარის წნევას 0.8 მმ მილის გამოყენებით.

ნაბიჯი 11: სერიული ინტერფეისი - დისტანციური მართვა USB- ის საშუალებით

სერიული ინტერფეისი ემყარება Arduino– ს სერიულ საკომუნიკაციო ინტერფეისს USB– ით (Baud 9600, მონაცემთა 8 ბიტი, პარიტეტის გარეშე, ერთი გაჩერების ბიტი). ტუმბოსთან კომუნიკაციისთვის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნებისმიერი პროგრამული უზრუნველყოფა ან პროგრამირების ენა, რომელსაც შეუძლია მონაცემების ჩაწერა სერიულ პორტში (MATLAB, LabVIEW, Java, python, C#და ა. ტუმბოს ყველა ფუნქცია ხელმისაწვდომია ტუმბოზე შესაბამისი ბრძანების გაგზავნით, თითოეული ბრძანების ბოლოს საჭიროა ახალი ხაზის სიმბოლო '\ n' (ASCII 10).

დოზა: დ (მოცულობა μL), (სიჩქარე μL/წთ), (დაკალიბრების მოცულობა μL) '\ n'

მაგ.: d1000, 2000, 1462 '\ n' (დოზირება 1 მლ 2 მლ/წთ, კალიბრაციის მოცულობა = 1.462 მლ)

ტუმბო: p (სიჩქარე μL/წთ), (დაკალიბრების მოცულობა μL) '\ n'

მაგ.: p2000, 1462 '\ n' (ტუმბო 2 მლ/წთ, კალიბრაციის მოცულობა = 1.462 მლ)

დაკალიბრება: c '\ n'

გაჩერება: x '\ n'

არდუინოს გარემოს (Arduino IDE) აქვს ჩაშენებული სერიული მონიტორი, რომელსაც შეუძლია წაიკითხოს და წეროს სერიული მონაცემები, შესაბამისად სერიული ბრძანებების ტესტირება შესაძლებელია ყოველგვარი დაწერილი კოდის გარეშე.

ნაბიჯი 12: გაუზიარეთ თქვენი გამოცდილება და გააუმჯობესეთ ტუმბო

თუ თქვენ ააშენეთ ჩვენი ტუმბო, გთხოვთ გაგვიზიაროთ თქვენი გამოცდილება და გაუმჯობესება პროგრამულ უზრუნველყოფასა და ტექნიკაში:

Thingiverse (3D ბეჭდვის ნაწილები)

GitHub (პროგრამული უზრუნველყოფა)

ინსტრუქციები (ინსტრუქციები, გაყვანილობა, ზოგადი)

ნაბიჯი 13: გაინტერესებთ IGEM?

IGEM (საერთაშორისო გენეტიკურად ინჟინერირებული მანქანა) არის დამოუკიდებელი, არაკომერციული ორგანიზაცია, რომელიც ეძღვნება განათლებას და კონკურენციას, სინთეზური ბიოლოგიის წინსვლას და ღია საზოგადოებისა და თანამშრომლობის განვითარებას.

iGEM აწარმოებს სამ ძირითად პროგრამას: iGEM Competition - საერთაშორისო კონკურსი სინთეტიკური ბიოლოგიის სფეროთი დაინტერესებული სტუდენტებისთვის; ლაბორატორიების პროგრამა - პროგრამა აკადემიური ლაბორატორიებისათვის გამოიყენოს იგივე რესურსები, როგორც კონკურსის გუნდები; და სტანდარტული ბიოლოგიური ნაწილების რეესტრი - გენეტიკური ნაწილების მზარდი კოლექცია, რომელიც გამოიყენება ბიოლოგიური მოწყობილობებისა და სისტემების ასაშენებლად.

igem.org/Main_Page