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基于Arduino试管清洗装置设计

作者 :张路更新时间:2019-08-17

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摘要:在化学生理实验室以及各个样品采集分析处,试管是他们工作的必备物品。其中试管的清洗是一个及其重要的环节,绝对干净的试管是物质分析检测的 必要条件。在人工清洗过程中这一环节又很难得到保证,同时大量是试管的清洗也将耗费大量的人力物力,最重要的是实验时间的浪费。本设计基于现状的诸多问 题,设计一款可替代人工的高效、稳定性好的试管清洗装置。此装置不仅可以节约人力物力,更可以高效的工作,同时保证每一只试管都能达到清洗标准,以保证 实验结果和数据的准确性和可靠性。 

关键词:试管、试管清洗、实验用具  

一、装置背景 

      在化学或生物实验过程中,试管是一个重要的实验工具,实验结 束后试管的清洗也是一个重要的步骤。一般情况清洗工作为手工操 作,但手工清洁慢,会增加检测后处理的工作时间,当清洗大批量试 管时,清洗工作将会耗费大量时间并且清洗质量不能得到保证,同时 有可能造成二次污染。清洗过程是人手工操作,人体器官会接触到试 管中的实验药瓶药剂,或着挥发性气体通过呼吸系统进入人体器官, 对人体健康造成极大伤害。如果能够提高试管清洗步骤的效率,就可 以很好的衔接上批次和下批次之间的工作间隙,提升工作的整体效 率,同时能够有效的防治二次污染和对人体的伤害。 

二、设计内容  

      组件分析:本装置的控制核心系统采用 arduino 单片 机, Arduino 是由 2005 年 1 月由米兰交互设计学院的两位教 David Cuartielles 和 Massimo Banzi 联合创建的,为了解决当时微控制 器价格昂贵且不易使用的问题。可以使用 Arduino 语言与 Flash 或者 Processing等软件完成互动作品。并且能够使用开发完成的电子元件, 如 Switch、Sensor或其他控制器、LED、输入/输入设备。同时,Arduino 也可以成为独立于软件沟通的平台。其性能描述(1) Digital  I/O 数 字输入/输出端 0~13。 (2) Analog  I/O模拟输入/输出端 0~5。 (3)支 持 USB接口协议及供电(不需要外电源) 。(4)支持 ISP下载功能。 (5)支持单片机 TX/RX、USB TX/RX、AREF及六组 PWM端子。 (6)采用 Atml Atmegal168V-10PI 单片机。同时其 Arduino 语言 Arduino支持 C语言开发,编程门槛低 Arduino 语言是以 setup()开 头,loop()作为主体的一个程序构架。setup()用来初始化变量、 管脚模式、调用库函数等等,该函数只运行一次,功能类似 C 语言中 的“main()”。loop() 函数是一个循环函数, 函数内的语句周而复 始的循环执行。将该程序编译通过后,就可以下载到连接好元器件的 开发板上。并且具有以下优点: (1)开放源代码及电路图设计,免费下载程序接口,可根据需 求自行修改。 (2)可简单地与各式各样的传感器、电子元件连接。 (3)支持多样的交互模式,如:Flash、Max/Msp、Procession 等。 (4)使用低价格的微处理器(ATMEGA168V-10PI),采用 USB 接口供电。  结构分析:本装置设计在于提供一种自动清洗试管的装置,以 解决试管清洗的现有技术缺陷问题 。为了达到预期效果,本装置采 用如下技术设计方案:①本自动试管清洗装置包括伸缩结构、清洗结 构、旋转结构、旋转驱动装置、arduino 单片机、清洗液槽六个主要 部分构件。②其中伸缩结构设置在旋转结构上,连接清洗结构同时用 于固定试管。③清洗结构固定于伸缩装置上,用于清洗试管。④旋转 结构分为两个部分,其中一部分位于伸缩结构出用于试管清洗带动清 洗结构,另外一部分位于整个装置的中心,用于带动整个自动清洗装 置的转动。 ⑤旋转驱动装置为步进电动机,与旋转结构和清洗结构 相连,驱动旋转结构的旋转和清洗结构的转动和控制整个清装置的旋 转结构的旋转状态。⑥其中控制单元采用 arduinio单片机进行控制。 控制单元 arduino 单片机固定在旋转结构上并且与旋转驱动装置相 连,用于控制旋转驱动装置的从而控制旋转结构的转动。⑦清洗槽设 置在旋转结构的下方,清洗槽内部存放有清洗液。 附图简介:上图为自动试管清洗装置主要结构示意图, 其中,1-清洗液槽, 2-arduino 单片机,3-试管,4-排水口,5-伸缩结构,6-清洗结构,7旋转驱动装置,8-旋转结构,9-放置试管的小凹槽,10-清洗结构的旋 转驱动装置。 

三、具体实施方式 

      首先当工作人员放置试管时,可拉长伸缩结构将清洗结构放入试管 中,同时把试管固定夹紧在伸缩结构和小凹槽之间。然后,将清洗液槽 中放入清洗液,以侵满旋转结构的下方。后,打开电源启动旋转驱动 装置进而驱动旋转结构的转动,旋转结构带动整个装置的转动。其中旋 转结构的旋转速度由 arduino 单片机控制。当伸缩结构中的试管侵入清 洗液中时清洗结构的旋转驱动装置驱动清洗结构对试管进行清洗。其中 清洗结构的旋转速度和清洗结构的旋转驱动装置的启动和关闭也由 arduino单片机控制。当完成多次清洗后,关闭电源停止驱动装置,将清 洗液槽底部的排水口打开,将清洗液槽内部的清洗液排出,待清洗液排 尽后,再继续打开电源启动驱动装置,旋转试管,以将试管内部的残余 清洗液倾倒干净。完成清洗工作关闭电源停止驱动装置。 创新点:①所述旋转驱动装置驱动旋转结构旋转进而带动清洗结 构转动,进而对试管进行清洗。②所述旋转驱动装置由 arduino 单片 机控制,进而控制旋转装置的转动速度大小,达到佳清洗效果。③ 所述伸缩结构可根据试管长度调整其长度。④所述旋转结构为正六边 形,旋转结构的每边设有试管安装的小凹槽。⑤所述清洗液槽底部为 微凹形,低中间有一个排水口,便于将清洗液槽中的清洗液排除。⑥ 与现有技术相比,本实用新型实现了快速、准确的对试管自动清洗的 操作,无需人工操作,缩短了实验后期完工阶段清过程的时间并且很 大的提高了清洗质量,同时避免了检测人员接触有毒有害化学药品药 剂,安全性能更好。 

四、装置的应用与发展 

       ①.现代社会,经济的飞速发展。越来越多的生活或者工作都趋 于自动化方向,人工智能技术逐渐替代人工的在各个工序中的作用。 而且试管的应用也越趋于广泛,所以该装置将得到很好的市场前景。 ②.装置替代人工清洗试管,保证清洗质量的同时又能够高效的完成 清洗工作。③.本装置减少人工操作环节,以避免实验样品对人体的 伤害以及对环境的二次污染。④.本装置利用 arduino单片机控制其清 洗过程,有利于对清洗过程进行有效的控制和方便工作人员进行试管 的增添等操作。此外,本装置可以自行运作通过核心控制系统对试管 清洗程度进行检测,使试管的清洁终达到清洗标准。 

参考文献: 

[1]蔡睿.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程,2012,20(16):1-3. 

[2]孟红兵.果树微气候无线监测仪的研制[J].电子技术与软件工 程,2014,9:1-1. 

[3]陶玲.在开放式系统环境下的趣味交互装置研究设计[D].江南 大学,2008. 

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