सटीक क्रमाकुंचन पंप: 13 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

हम RWTH आकिन विश्वविद्यालय के विभिन्न विषयों से एक छात्र टीम हैं और 2017 iGEM प्रतियोगिता के संदर्भ में इस परियोजना को बनाया है।

हमारे पंप में गए सभी कामों के बाद, हम अपने परिणाम आपके साथ साझा करना चाहेंगे!

हमने इस पेरिस्टाल्टिक पंप को किसी भी परियोजना के लिए आम तौर पर लागू तरल हैंडलिंग समाधान के रूप में बनाया है जिसके लिए तरल पदार्थ के परिवहन की आवश्यकता होती है। हमारा पंप सटीक खुराक और पंपिंग में सक्षम है, संभावित अनुप्रयोगों को अधिकतम करने के लिए खुराक की मात्रा और प्रवाह दर की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है। 125 खुराक प्रयोगों के माध्यम से हम अपने पंप की सटीकता का प्रदर्शन और मात्रा निर्धारित करने में सक्षम थे। 0, 8 मिमी आंतरिक व्यास और विनिर्देशों के भीतर किसी भी प्रवाह या खुराक की मात्रा के साथ एक टयूबिंग के लिए हम निर्धारित मूल्य से 2% विचलन से बेहतर सटीकता दिखा सकते हैं। माप के परिणामों को देखते हुए, यदि अंशांकन की गति को आवश्यक प्रवाह दर से समायोजित किया जाता है, तो सटीकता को और भी बेहतर बनाया जा सकता है।

पंप को अंतर्निहित एलसीडी डिस्प्ले और एक रोटरी नॉब के माध्यम से प्रोग्रामिंग ज्ञान के बिना नियंत्रित किया जा सकता है। इसके अलावा, सीरियल कमांड द्वारा यूएसबी के माध्यम से पंप को दूरस्थ रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। संचार का यह सरल तरीका आम सॉफ्टवेयर और प्रोग्रामिंग भाषाओं (MATLAB, LabVIEW, Java, Python, C#, आदि) के साथ संगत है।

पंप निर्माण के लिए सरल और सस्ता है, सबसे सस्ते तुलनीय वाणिज्यिक समाधान के लिए $ 1300 की तुलना में $ 100 से कम के सभी भागों के साथ हम पा सकते हैं। 3D प्रिंटर के अलावा, केवल सामान्य टूल की आवश्यकता होती है। हमारी परियोजना हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के मामले में खुला स्रोत है। हम 3डी मुद्रित भागों के लिए सीएडी फाइलें, सभी आवश्यक वाणिज्यिक घटकों और उनके स्रोतों की पूरी सूची और हमारे पंप में उपयोग किए जाने वाले स्रोत कोड प्रदान करते हैं।

चरण 1: विनिर्देशों की जाँच करें

विनिर्देशों और नीचे संलग्न सटीकता की चर्चा की जाँच करें।

क्या पंप आपकी आवश्यकताओं को पूरा करता है?

चरण 2: घटकों को इकट्ठा करें

1x Arduino Uno R3/संगत बोर्ड1x स्टेपर मोटर (WxHxD): 42x42x41 मिमी, शाफ्ट (ØxL): 5x22 मिमी 1x बिजली की आपूर्ति 12 वी / 3 ए, कनेक्टर: 5.5 / 2.1 मिमी 1x स्टेप मोटर ड्राइवर A49881x एलसीडी मॉड्यूल 16x2, (WxHxD): 80x36x13 mm3x सुई असर HK 0408 (IØ x OØ x L) 4 मिमी x 8 मिमी x 8mm1x एन्कोडर 5 V, 0.01 A, 20 स्विच पोशन, 360 ° 1x पंप ट्यूबिंग, 1.6 मिमी दीवार मोटाई, 0.2m4x फुट स्वयं चिपकने वाला (L x डब्ल्यू एक्स एच) 12.6 x 12.6 x 5.7 मिमी3x सीधा पिन (Ø x एल) 4 मिमी x 14 मिमी1x नियंत्रण घुंडी (Ø x एच) 16.8 मिमी x 14.5 मिमी1x पोटेंशियोमीटर / ट्रिमर 10k1x 220 ओम रेसिस्टर 1x कैपेसिटर 47μF, 25V

वायरिंग: 1x PCB (L x W) 80 मिमी x 52 मिमी, संपर्क रिक्ति 2.54 मिमी (CS) 2x पिन पट्टी, सीधी, CS 2.54, नाममात्र धारा 3A, 36 पिन 1x सॉकेट पट्टी, सीधी, CS 2.54, नाममात्र धारा 3A, 40 pins1x केबल्स, अलग-अलग रंग (जैसे Ø 2.5 मिमी, क्रॉस सेक्शन 0, 5 मिमी²) हीट सिकुड़न (केबल के लिए उपयुक्त, जैसे Ø 3 मिमी)

पेंच: 4x एम 3, एल = 25 मिमी (सिर के बिना लंबाई), आईएसओ 4762 (हेक्स हेड) 7x एम 3, एल = 16 मिमी, आईएसओ 4762 (हेक्स हेड) 16x एम 3, एल = 8 मिमी, आईएसओ 4762 (हेक्स हेड) 4x छोटा टैपिंग स्क्रू (एलसीडी के लिए, Ø 2-2.5 मिमी, एल = 3-6 मिमी) 1x एम 3, एल = 10 मिमी ग्रब स्क्रू, डीआईएन 9161x एम 3, अखरोट, आईएसओ 4032

3डी प्रिंटेड पार्ट्स: (थिंगविवर्स)1x केस_मेन2 x केस_साइड (3डी प्रिंट जरूरी नहीं => मिलिंग/कटिंग/सॉइंग)1x पंप_केस_बॉटम1x पंप_केस_टॉप_120°1x बेयरिंग_माउंट_बॉटम1x बेयरिंग_माउंट_टॉप

चरण 3: 3डी प्रिंट की पोस्ट प्रोसेसिंग

प्रिंटिंग प्रक्रिया से किसी भी अवशेष को हटाने के लिए प्रिंटिंग के बाद 3 डी प्रिंटेड भागों को साफ करना पड़ता है। पोस्टप्रोसेसिंग के लिए हमारे द्वारा सुझाए गए उपकरण एक छोटी फ़ाइल और M3 थ्रेड्स के लिए थ्रेड कटर हैं। मुद्रण प्रक्रिया के बाद अधिकांश छिद्रों को उपयुक्त ड्रिल का उपयोग करके चौड़ा करना पड़ता है। उन छेदों के लिए जिनमें M3 स्क्रू होते हैं, ऊपर बताए गए थ्रेड कटर से एक धागे को काटना पड़ता है।

चरण 4: केबल और वायरिंग

सर्किट के मूल में Arduino और एक परफ़ॉर्मर होते हैं। परफ़ॉर्मर पर स्टेपर मोटर ड्राइवर, एलसीडी के लिए ट्रिमर, 47μF कैपेसिटर और विभिन्न घटकों की बिजली आपूर्ति के लिए कनेक्शन हैं। पावर स्विच द्वारा Arduino को बंद करने के लिए, Arduino की बिजली आपूर्ति बाधित हुई और Perfboard की ओर ले गई। इस उद्देश्य के लिए, डायोड जो सीधे पावर जैक के पीछे Arduino पर स्थित है, को बिना सोल्डर किया गया और इसके बजाय परफ़ॉर्म पर लाया गया।

चरण 5: हार्डवेयर सेटिंग्स

तीन सेटिंग्स हैं जिन्हें सीधे सर्किट पर बनाने की आवश्यकता है।

पहले चरण मोटर चालक के लिए वर्तमान सीमा निर्धारित की जानी चाहिए, A4988 पर छोटे पेंच को समायोजित करके। उदाहरण के लिए, यदि चालू अवस्था में पेंच और GND के बीच वोल्टेज V_ref 1V है, तो वर्तमान सीमा मान का दोगुना है: I_max = 2A (यह वह मान है जिसका हमने उपयोग किया है)। करंट जितना अधिक होगा, मोटर का टॉर्क उतना ही अधिक होगा, जिससे उच्च गति और प्रवाह दर की अनुमति होगी। हालांकि, बिजली की खपत और गर्मी का विकास भी बढ़ता है।

इसके अलावा, स्टेपर मोटर के मोड को तीन पिनों के माध्यम से सेट किया जा सकता है जो स्टेपर मोटर ड्राइवर (MS1, MS2, MS3) के ऊपर बाईं ओर स्थित होते हैं। जब MS2 + 5V पर होता है, जैसा कि वायरिंग आरेख में दिखाया गया है, मोटर क्वार्टर स्टेप मोड में संचालित होता है, जिसका हमने उपयोग किया। इसका मतलब यह है कि स्टेपर मोटर ड्राइवर को स्टेप पिन पर मिलने वाली चार पल्स के लिए ठीक एक स्टेप (1.8 °) किया जाता है।

सेट करने के लिए अंतिम मान के रूप में, एलसीडी के कंट्रास्ट को समायोजित करने के लिए परफ़ॉर्मर पर ट्रिमर का उपयोग किया जा सकता है।

चरण 6: टेस्ट सर्किट और घटक

असेंबली से पहले ब्रेडबोर्ड पर घटकों और सर्किट का परीक्षण करने की सिफारिश की जाती है। इस तरह, संभावित गलतियों को ढूंढना और ठीक करना आसान हो जाता है।

आप पहले से ही सभी कार्यों को आज़माने के लिए हमारे सॉफ़्टवेयर को Arduino पर अपलोड कर सकते हैं। हमने GitHub पर स्रोत कोड प्रकाशित किया:

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

चरण 7: विधानसभा

वीडियो तारों के बिना इच्छित क्रम में घटकों के संयोजन को दिखाता है। सभी कनेक्टर्स को पहले घटकों से जोड़ा जाना चाहिए। वायरिंग उस बिंदु पर सबसे अच्छी तरह से की जाती है जहां सभी घटकों को डाला जाता है, लेकिन साइड की दीवारों को अभी तक ठीक नहीं किया गया है। शिकंजे तक पहुंचने में मुश्किल को हेक्स-रिंच के साथ आसानी से पहुंचा जा सकता है।

1. पावर स्विच और एन्कोडर को उनके निर्दिष्ट छेद में डालें और उन्हें केस में ठीक करें। कंट्रोल नॉब को एनकोडर से अटैच करें - सावधान रहें - एक बार नॉब अटैच करने के बाद, अगर आप इसे फिर से निकालने का प्रयास करते हैं तो यह एनकोडर को नष्ट कर सकता है।

2. एलसीडी डिस्प्ले को छोटे टैपिंग स्क्रू के साथ संलग्न करें, असेंबली से पहले डिस्प्ले को रोकनेवाला और वायरिंग को मिलाप करना सुनिश्चित करें।

3. 8 मिमी M3 स्क्रू का उपयोग करके Arduino Uno बोर्ड को केस में ठीक करें।

4. स्टेप मोटर डालें और चार 10 मिमी M3 स्क्रू का उपयोग करके इसे 3D प्रिंटेड भाग (Pump_case_bottom) के साथ केस में संलग्न करें।

5. परफ़बोर्ड को केस में संलग्न करें - सुनिश्चित करें कि आपने सभी घटकों को परफ़ॉर्म में मिलाप किया है जैसा कि वायरिंग आरेख में दिखाया गया है।

6. मामले के अंदर इलेक्ट्रॉनिक भागों को तार दें।

7. 10x 8 मिमी M3 स्क्रू का उपयोग करके साइड पैनल जोड़कर केस को बंद करें।

8. वीडियो में दिखाए अनुसार असर माउंट को इकट्ठा करें और इसे 3 मिमी ग्रब स्क्रू का उपयोग करके मोटर के शाफ्ट से जोड़ दें

9. अंत में, दो 25 मिमी एम3 स्क्रू के साथ ट्यूब (पंप_केस_टॉप_120 डिग्री) को पकड़ने के लिए काउंटर सपोर्ट संलग्न करें और ट्यूबिंग डालें। पंप प्रक्रिया के दौरान टयूबिंग को यथावत रखने के लिए दो 25 मिमी एम3 स्क्रू डालें

चरण 8: ट्यूबिंग डालें

चरण 9: यूजर इंटरफेस (मैनुअल कंट्रोल) से परिचित हों

उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस क्रमिक वृत्तों में सिकुड़नेवाला पंप का व्यापक नियंत्रण प्रदान करता है। इसमें एक एलसीडी डिस्प्ले, एक कंट्रोल नॉब और एक पावर स्विच होता है। नियंत्रण घुंडी को घुमाया या धकेला जा सकता है।

घुंडी को मोड़ने से विभिन्न मेनू आइटम से चयन करने की अनुमति मिलती है, वर्तमान में ऊपरी पंक्ति पर मेनू आइटम का चयन किया जाता है। नॉब को पुश करने से चयनित मेनू आइटम सक्रिय हो जाएगा, जो एक ब्लिंकिंग आयत द्वारा दर्शाया गया है। ब्लिंकिंग आयत का अर्थ है कि मेनू आइटम सक्रिय है।

एक बार मेनू आइटम सक्रिय हो जाने के बाद, यह चयनित आइटम के आधार पर या तो एक क्रिया के आधार पर शुरू होता है या नॉब को घुमाकर संबंधित मान के परिवर्तन की अनुमति देता है। संख्यात्मक मान से जुड़े सभी मेनू आइटम के लिए, मान को शून्य पर रीसेट करने के लिए नॉब को पकड़कर रखा जा सकता है या मान को उसके अधिकतम मान के दसवें हिस्से तक बढ़ाने के लिए डबल पुश किया जा सकता है। चयनित मान सेट करने और मेनू आइटम को निष्क्रिय करने के लिए घुंडी को दूसरी बार धकेलने की आवश्यकता होती है।

पावर स्विच तुरंत पंप और उसके सभी घटकों (Arduino, स्टेप मोटर, स्टेप मोटर ड्राइवर, LCD) को बंद कर देगा, सिवाय इसके कि जब पंप USB के माध्यम से जुड़ा हो। Arduino और LCD को USB द्वारा संचालित किया जा सकता है, ताकि पावर स्विच उन्हें प्रभावित न करे।

पंप मेनू में 10 आइटम हैं, जो नीचे सूचीबद्ध और वर्णित हैं:

0|स्टार्टस्टार्ट पंपिंग, ऑपरेशन मोड "6) मोड" पर चयनित मोड पर निर्भर करता है

1|वॉल्यूम खुराक की मात्रा निर्धारित करें, केवल तभी माना जाता है जब "खुराक" को "6) मोड" पर चुना जाता है।

2|V. Unit:वॉल्यूम यूनिट सेट करें, विकल्प हैं:“एमएल”: एमएल“यूएल”: μL“रोट”: रोटेशन (पंप के)

3|स्पीडसेट प्रवाह दर, केवल तभी माना जाता है जब "खुराक" या "पंप" को "6) मोड" पर चुना जाता है।

4|एस यूनिट: वॉल्यूम यूनिट सेट करें, विकल्प हैं: "एमएल / मिनट": एमएल / मिनट "यूएल / मिनट": μ एल / मिनट "आरपीएम": रोटेशन / मिनट

5|दिशा:पंपिंग दिशा चुनें: दक्षिणावर्त रोटेशन के लिए "सीडब्ल्यू", वामावर्त के लिए "सीसीडब्ल्यू"

6|मोड:सेट ऑपरेशन मोड:"खुराक": चयनित प्रवाह दर (3|गति) पर चयनित मात्रा (1|वॉल्यूम) की खुराक"पंप": चयनित प्रवाह दर (3|स्पीड) पर लगातार पंप करें जब शुरू किया गया"कैल।": अंशांकन, पंप शुरू होने पर 30 सेकंड में 30 चक्कर लगाएगा

7|कैल। एमएल में कैलिब्रेशन वॉल्यूम सेट करें। कैलिब्रेशन के लिए, पंप को एक बार कैलिब्रेशन मोड में चलाया जाता है और परिणामी कैलिब्रेशन वॉल्यूम जिसे पंप किया गया था, को मापा जाता है।

8|सेट को सहेजें। सभी सेटिंग्स को Arduinos EEPROM में सहेजें, बिजली बंद होने और फिर से लोड होने के दौरान मूल्यों को बनाए रखा जाता है, जब बिजली फिर से चालू होती है

9|USB Ctrlसक्रिय USB नियंत्रण: पंप USB के माध्यम से भेजे गए सीरियल कमांड पर प्रतिक्रिया करता है

चरण 10: अंशांकन और खुराक का प्रयास करें

सटीक खुराक और पंपिंग के लिए पंप का उपयोग करने से पहले एक उचित अंशांकन करना महत्वपूर्ण है। अंशांकन पंप को बताएगा कि प्रति रोटेशन कितना तरल ले जाया जाता है, इसलिए पंप गणना कर सकता है कि निर्धारित मूल्यों को पूरा करने के लिए कितने घुमाव और किस गति की आवश्यकता है। कैलिब्रेशन शुरू करने के लिए, मोड "कैल" चुनें। और पम्पिंग शुरू करें या यूएसबी के माध्यम से कैलिब्रेशन कमांड भेजें। मानक अंशांकन चक्र 30 सेकंड में 30 घूर्णन करेगा। इस चक्र के दौरान पंप किए गए तरल की मात्रा (अंशांकन मात्रा) को ठीक से मापा जाना चाहिए। सुनिश्चित करें कि टयूबिंग से चिपकी बूंदों, टयूबिंग के वजन या किसी अन्य हस्तक्षेप से माप प्रभावित नहीं होता है। हम कैलिब्रेशन के लिए माइक्रोग्राम स्केल का उपयोग करने की सलाह देते हैं, क्योंकि आप आसानी से वॉल्यूम की गणना कर सकते हैं, यदि तरल की पंप की गई मात्रा का घनत्व और वजन ज्ञात हो। एक बार जब आप कैलिब्रेशन वॉल्यूम को माप लेते हैं तो आप मेनू आइटम "7|कैल" का मान सेट करके पंप को समायोजित कर सकते हैं। या इसे अपने सीरियल कमांड में संलग्न करना।

कृपया ध्यान दें कि टयूबिंग माउंट या दबाव अंतर के अंशांकन के बाद कोई भी परिवर्तन पंप की शुद्धता को प्रभावित करेगा। अंशांकन हमेशा उन्हीं स्थितियों में करने का प्रयास करें, जिन पर बाद में पंप का उपयोग किया जाएगा। यदि आप टयूबिंग को हटाते हैं और इसे फिर से पंप में स्थापित करते हैं, तो अंशांकन मान 10% तक बदल जाएगा, क्योंकि स्थिति में छोटे अंतर और शिकंजा पर लागू बल। टयूबिंग पर खींचने से स्थिति भी बदल जाएगी और इसलिए अंशांकन मान भी बदल जाएगा। यदि अंशांकन दबाव अंतर के बिना किया जाता है और पंप को बाद में दूसरे दबाव में तरल पदार्थ पंप करने के लिए उपयोग किया जाता है तो यह सटीकता को प्रभावित करेगा। याद रखें कि एक मीटर के स्तर का अंतर भी 0.1 बार का दबाव अंतर पैदा कर सकता है, जिसका अंशांकन मूल्य पर थोड़ा प्रभाव पड़ेगा, भले ही पंप 0.8 मिमी ट्यूबिंग का उपयोग करके कम से कम 1.5 बार के दबाव तक पहुंच सके।

चरण 11: सीरियल इंटरफ़ेस - यूएसबी के माध्यम से रिमोट कंट्रोल

सीरियल इंटरफ़ेस USB (बॉड 9600, 8 डेटा बिट्स, नो पैरिटी, वन स्टॉप बिट) के माध्यम से Arduino के सीरियल संचार इंटरफ़ेस पर आधारित है। सीरियल पोर्ट पर डेटा लिखने में सक्षम किसी भी सॉफ्टवेयर या प्रोग्रामिंग भाषा का उपयोग पंप (MATLAB, LabVIEW, Java, पायथन, C#, आदि) के साथ संचार करने के लिए किया जा सकता है। पंप को संबंधित कमांड भेजकर पंप के सभी कार्यों को एक्सेस किया जा सकता है, प्रत्येक कमांड के अंत में एक नई लाइन कैरेक्टर '\n' (ASCII 10) की आवश्यकता होती है।

खुराक: डी (μL में मात्रा), (μL / मिनट में गति), (μL में अंशांकन मात्रा) '\ n'

उदा.: d1000, 2000, 1462'\n' (2mL/मिनट पर 1mL की खुराक, अंशांकन मात्रा = 1.462mL)

पंप: p (µ l/मिनट में गति), (µ l में अंशांकन मात्रा)'\n'

उदा.: p2000, 1462'\n' (2mL/min पर पंप, अंशांकन मात्रा = 1.462mL)

जांचना: c'\n'

स्टॉप: x'\n'

Arduino वातावरण (Arduino IDE) में एक अंतर्निहित सीरियल मॉनिटर है, जो सीरियल डेटा को पढ़ और लिख सकता है, इसलिए सीरियल कमांड का परीक्षण बिना किसी लिखित कोड के किया जा सकता है।

चरण 12: अपने अनुभव साझा करें और पंप में सुधार करें

यदि आपने हमारा पंप बनाया है, तो कृपया अपने अनुभव और सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर में सुधार साझा करें:

थिंगविवर्स (3डी प्रिंटेड पार्ट्स)

गिटहब (सॉफ्टवेयर)

निर्देश (निर्देश, वायरिंग, सामान्य)

चरण 13: IGEM के बारे में उत्सुक?

IGEM (अंतर्राष्ट्रीय आनुवंशिक रूप से इंजीनियर मशीन) फाउंडेशन एक स्वतंत्र, गैर-लाभकारी संगठन है जो शिक्षा और प्रतिस्पर्धा, सिंथेटिक जीव विज्ञान की उन्नति और एक खुले समुदाय और सहयोग के विकास के लिए समर्पित है।

iGEM तीन मुख्य कार्यक्रम चलाता है: iGEM प्रतियोगिता - सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्र में रुचि रखने वाले छात्रों के लिए एक अंतरराष्ट्रीय प्रतियोगिता; लैब्स प्रोग्राम - अकादमिक प्रयोगशालाओं के लिए एक कार्यक्रम जो प्रतिस्पर्धी टीमों के समान संसाधनों का उपयोग करता है; और मानक जैविक भागों की रजिस्ट्री - जैविक उपकरणों और प्रणालियों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले आनुवंशिक भागों का एक बढ़ता हुआ संग्रह।

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