描述

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介紹

您曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中使用過(guò)渦旋混合器嗎？它是用于混合解決方案的便捷工具。當(dāng)您習(xí)慣了它時(shí)，您將無(wú)怨無(wú)悔地使用它。

由于這種設(shè)備非常昂貴，但在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)并不是絕對(duì)必要的，所以我決定制作自己的版本。通過(guò)遵循本指南，您還將學(xué)習(xí)如何制作自己的版本。我希望你會(huì)喜歡這本書。

面包板原型

我會(huì)開始說(shuō)，即使零件清單很長(zhǎng)，這個(gè)設(shè)備也可以用周圍找到的東西來(lái)建造，如果你在破損的物體中尋找備件，你會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分需要的組件而無(wú)需花錢。

該裝置可以示意如下。

我們將使用振動(dòng)電機(jī)來(lái)渦旋我們感興趣的樣品。只有當(dāng)我們將樣品放在電機(jī)上時(shí)，振動(dòng)才會(huì)開始。這種識(shí)別將通過(guò)壓電傳感器實(shí)現(xiàn)。一旦顯示壓力，由旋轉(zhuǎn)電位器控制的模擬信號(hào)將被發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，因此它將渦旋我們的樣品。

我們要做的第一件事是在面包板上準(zhǔn)備我們的 Arduino 并連接壓電傳感器，以確保這個(gè)家伙能正常工作（圖 1 ）

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圖 1. 帶有用于壓力檢測(cè)的壓電傳感器的 arduino 示意圖。

注意：您可以同時(shí)使用 UNO 或 Nano，我使用 UNO 進(jìn)行面包板測(cè)試，然后我使用 Nano 制作了真正的原型。

為了讓這個(gè)傳感器正常工作，只需要幾行代碼（圖 2 ）。

#define PRESSURE A0             
[...]            
        
void pressure_baseline (int *baseline);        
        
[...]        
        
int baseline = 0;        
int *ptr_baseline = &baseline;        
             
void setup() {            
 [...]            
 pressure_baseline(ptr_baseline);        
}            
[...]        
void pressure_baseline (int *baseline) {        
 for(int i = 0; i <10; i++){        
   *baseline = *baseline + analogRead(PRESSURE);        
   delay(500);        
   if (i == 9){*baseline = *baseline/10;}        
   }        
 }        

圖 2. 傳感器基值計(jì)算所需的代碼。

為了避免在設(shè)備每次通電時(shí)和傳感器之間的靜止壓電傳感器的響應(yīng)差異（我有三個(gè)傳感器在靜止時(shí)給出不同的值！），代碼調(diào)用基線計(jì)算函數(shù)。這條線計(jì)算壓電傳感器十個(gè)值的平均值，這將用作壓力檢測(cè)的閾值。您需要的另一件硬件是電機(jī)及其控制器。圖 3顯示了設(shè)置它所需的接線。我們不能將電機(jī)直接連接到數(shù)字引腳，因?yàn)檫@會(huì)提供最大電流輸出（最大 20-40mA，具體取決于您使用的電路板），但是 5V 引腳能夠提供高達(dá) 500mA 的電流，這就足夠了對(duì)于振動(dòng)電機(jī)！

還添加了一個(gè)電位器以控制振動(dòng)速度。

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圖 3. 帶有振動(dòng)電機(jī)和控制板的系統(tǒng)示意圖。

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然后修改代碼以使電機(jī)根據(jù)對(duì)樣品施加的壓力運(yùn)行（圖 4 ）。

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#define POTMETER A1        
#define MOTORPIN 9        
#define ten_to_eight(x) (map(x, 0, 1023, 0, 255))        
[...]        
void pressure_check (int *baseline);        
int *motor_speed (void);        
void speed_control (int *speed);        
void baseline_drift (int *baseline);        
[...]        
int counter = 0;    
int speed = 0;        
void setup() {        
 pinMode(MOTORPIN, OUTPUT);        
 [...]        
}        
void loop() {        
 pressure_check(ptr_baseline);        
 baseline_drift(ptr_baseline);        
}        
[...]        
int *motor_speed (void){        
 speed = analogRead(POTMETER);        
 speed = ten_to_eight(speed);        
 return &speed;        
 }        
void motor_control (int *speed){        
 analogWrite(MOTORPIN, *speed);        
 counter++;        
 }        
void pressure_check (int *baseline) {        
 if (analogRead(PRESSURE) > (*baseline + 10) && counter < 20){        
   while(counter < 20){        
     int *speed = motor_speed();        
     motor_control(speed);        
     delay(500);        
     }        
   } else if (counter > 19) {        
     analogWrite(MOTORPIN,HIGH);        
     delay(1000);        
     counter = 0;        
     }        
 }        
void baseline_drift (int *baseline){        
 if ( millis() % 3600000 == 0 && counter == 0){pressure_baseline(baseline);}        
 }        

圖 4. 電機(jī)控制代碼。

讓我們仔細(xì)看看代碼及其作用。首先，您需要定義所需的電機(jī)和電位器引腳，并將電機(jī)引腳設(shè)置為輸出（圖 5 ）。

#define POTMETER A1        
#define MOTORPIN 9             
              
void setup() {            
 [...]            
 pinMode(motorPin, OUTPUT);            
 [...]            
}            

圖 5. 初始化代碼。

其余代碼實(shí)際上控制著系統(tǒng)的行為方式。需要四個(gè)函數(shù)。它開始調(diào)用 pressure_check()，此函數(shù)檢查壓電傳感器上是否有壓力以及調(diào)用 motor_speed() 時(shí)答案是否肯定。這將從電位器計(jì)算電機(jī)引腳的輸出，宏函數(shù) ten_to_eight 將映射八位輸出的值（最大值為 180，以避免電機(jī)大幅減速）。最后需要的部分是 motor_control() 來(lái)激活電機(jī)。計(jì)數(shù)器變量每 0.5 秒增加一次，直到總共 10 秒，然后系統(tǒng)停止 1 秒并等待新循環(huán)的進(jìn)一步壓力。最終函數(shù) baseline_drift() 將每小時(shí)運(yùn)行一次，并為壓電傳感器計(jì)算一個(gè)新的基值，從而避免漂移。（圖 6 ）。

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void loop() {        
 pressure_check(ptr_baseline);        
 baseline_drift(ptr_baseline);        
}        
[...]        
int *motor_speed (void){        
 speed = analogRead(POTMETER);        
 speed = ten_to_eight(speed);        
 return &speed;        
 }        
void motor_control (int *speed){        
 analogWrite(MOTORPIN, *speed);        
 counter++;        
 }        
void pressure_check (int *baseline) {        
 if (analogRead(PRESSURE) > (*baseline + 10) && counter < 20){        
   while(counter < 20){        
     int *speed = motor_speed();        
     motor_control(speed);        
     delay(500);        
     }        
   } else if (counter > 19) {        
     analogWrite(MOTORPIN,HIGH);        
     delay(1000);        
     counter = 0;        
     }        
 }        
void baseline_drift (int *baseline){        
 if ( millis() % 3600000 == 0 && counter == 0){pressure_baseline(baseline);}        
 }        

圖 6. 循環(huán)代碼和函數(shù)定義。

圖 7顯示了組裝在面包板上的設(shè)備。

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圖 7. 面包板上的設(shè)備。

如您所見，我確實(shí)將壓力傳感器放在了兩個(gè)防靜電泡沫板之間。所以電機(jī)不會(huì)直接站在傳感器上，也不會(huì)直接站在剛性表面上。一些膠水用于將橡膠拐杖固定到電機(jī)頭上。這塊橡膠將在振動(dòng)開啟時(shí)用作樣品支撐。這將避免任何接觸金屬/玻璃（如果您使用玻璃容器來(lái)混合樣品）。

最后一步，您需要為您的設(shè)備添加一個(gè)開關(guān)和一個(gè)電源，并打開您的 3D 打印機(jī)（圖 8 ）。

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圖 8. 帶電源和開關(guān)的示意圖。

編輯：注意，如果您使用 12V 的外部電源，使用電壓轉(zhuǎn)換器提供 5V 而不是 12V 可能是個(gè)好主意。這很重要，因?yàn)槲覀兪褂?5V 引腳為振動(dòng)電機(jī)提供電流。內(nèi)部調(diào)節(jié)器可能會(huì)快速過(guò)熱并燒毀您的電路板！

實(shí)物樣機(jī)

現(xiàn)在讓我們繼續(xù)討論真正的原型。對(duì)于這部分，您需要打印三個(gè)必要的部分。圖 9 顯示了它們，您可以在頁(yè)面末尾找到 .obj 文件。

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圖 9 。用于渦旋原型制作的 3D 組件。

本教程的組裝部分非常簡(jiǎn)單。您需要將所有電子元件放置在底座中。可能需要膠槍來(lái)固定所有組件并避免不必要的移動(dòng)。在中央部分將固定防靜電泡沫。圖 10顯示了每個(gè)組件都用膠水固定的基礎(chǔ)組件。

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圖 10. 原型底座。

如您所見，添加了一個(gè)用于 12V 電源的母插孔并將其焊接到 Vin 引腳和地。如果您沒有其中之一，您可以隨時(shí)切斷供應(yīng)商的電線并使用裸線。但是這種方式不干凈，因此不建議使用！

對(duì)于最后的接觸，只需擰上幾個(gè)螺絲并將電機(jī)固定到底座上。插入 12V 電源即可（圖 11 ）。

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圖 11. 完整的設(shè)備。

我們完成了。最終設(shè)備已完成并可以使用。如果振動(dòng)太強(qiáng)，您可以通過(guò)在底座部分增加一些重量來(lái)進(jìn)一步定制您的設(shè)備，以避免設(shè)備移動(dòng)！

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我希望你喜歡和我一起在實(shí)驗(yàn)室里建造這個(gè)對(duì)日常生活有用的設(shè)備。

在下一個(gè)教程中見。