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STEM课程之“自制设备”环节 解锁了!

2020-11-26 15:08:16

琪琦老师

同学们,STEM选修课继“酸奶探秘”环节之后,将进入“自制设备”环节。

我们之前发酵酸奶都是用实验室专用的恒温培养箱。同学们想来看看酸奶做得怎么样,都得等实验室老师来开门,而且一个星期也只能来实验室制一次酸奶。是不是觉得很不方便?

那么,你想不想拥有一台便携式的恒温培养箱呢?


以下内容来自深圳开放创新实验室引进的BioHack Academy课程,这部分课程将由该实验室的马老师来带领大家学习。

内容看起来可能会有些难度,是时候挑战一下自己哦!





制作恒温箱



介绍

恒温箱 Incubator

用途:

将温度控制在一定范围内,用于培养生物(如蜥蜴、鸡蛋)或微生物(如细菌)。

原理:

根据“温度传感器”调控“加热器”,当温度高于某一设定值时,加热器停止工作;当温度低于某一设定值时,加热器开始工作,直到温度到达设定值。

Biohack 恒温箱项目地址:

https://github.com/BioHackAcademy/BHA_Incubator



恒温箱Arduino主板焊接


大家对于恒温箱中使用到的Arduino主板的焊接比较陌生,所以我们先来讲讲主板的电子元器件的焊接。


a.材料

使用到的主要设备:锡焊、焊锡台、万用表、斜嘴钳、PCB板。


需要焊接的电子元器件:电阻、电容、电源接口、MOS场效应管、二极管、排母、排针若干。


b.焊接

打开焊锡台,预热5-10分钟。

电烙铁的握法有三种:

要特别注意的是,在整个焊锡的过程中,不可以碰触到前端金属的部分。一般左手拿焊锡丝,右手握电烙铁。将准备要焊接的电子元器件安装在PCB板上。板上的正面会有相应的图表,根据图形来进行电子元器件的安装。焊接时,可以分多次将电子元器件安装在板上,注意保持电子元器件的引脚与板垂直。不方便操作的,可以利用美纹胶带来辅助固定电子元器件。


将电烙铁的尖端放在焊盘上(焊盘就是PCB板上的正方形或圆形的金属区域),停留2-3秒,加热焊盘。焊接面被加热到一定温度时,左手将焊接丝从电烙铁对面接触焊件。先加热焊盘,是因为锡焊融化后会流动到温度较高的地方,确保引脚周围不与焊盘留空隙。



移开电烙铁,等待3-5秒,焊锡会冷却凝固,将电子元器件引脚焊牢固。


c.检查

使用万用表,检查焊接的电子元器件是否焊好。电子元器件中有分正负极的引脚,如二极管,需要注意不要焊接反正负极。


d.去除多余引脚

利用斜口钳剪去背面的引脚,注意保留排母的引脚。

最终我们的主板就完成了!







控制器外壳制作

需要激光切割的文件在Incubator-Cut-Sheet.svg
使用激光切割机将外壳切割出来

装风扇的时候可以让螺母卡住风扇,起到固定的作用。


恒温箱外壳制作

我们找了个塑料箱,为了提高保温效果,需要给它贴上泡沫板。

根据塑料箱给泡沫板划线

将泡沫板贴在塑料盒上。



Biohack Board 扩展板制作

项目地址:

https://github.com/BioHackAcademy/BioHackBoard

Biohack Board这块板子是Biohack官方设计的Arduino扩展板。想要购买的话,你可以咨询一下Pieter pieter@waag.org.

如果你在中国,你可以尝试自己解决,这是我整理的物料购买链接(淘宝链接)https://shimo.im/sheet/Y3EgEc168cgD1POR/「Biohack board BOM」
焊接效果如下




电路连接

Biohack board连接方式

按照课件中的原理图搭建电路即可,但有一点,我们使用了Biohack Board,下面红框内的电路不用连接。

风扇和加热器按如图的方式连接

NTC 温度传感器

我们按照课件中的连接方式连接,发现连接后,实际温度越高,显示的温度越低。查询资料得知温度传感器有两种类型:

NTC:Negative Temperature Coefficient 负温度系数
PTC:Positive Temperature Coefficient 正温度系数

我们使用的是NTC,使用下面的方式连接即可
(来源于:
http://computers.tutsplus.com/tutorials/how-to-read-temperatures-with-arduino--mac-53714)

程序调试

安装OneWire库文件

打开示例,点击编译,发现有错误提示

提示缺少库“OneWire”,我们需要安装这个库

选择OneWire这个库安装

再次编译成功后,点击upload,上传程序到板子里。

修改LCD I2C地址

上传程序后,发现LCD没有反应,这是因为我们买的LCD模块的地址是 0x3F,所以必须把地址改成0x3F

最后在组装前测试一下所以功能,温度传感器,加热器,风扇,LCD和按钮,测试通过



组装

将风扇悬挂在培养箱里

将加热薄膜和温度传感器也放在盒子里

最后大功告成

测试效果


看到这里的同学,老师要给你一个大大的赞!但愿你没有被吓倒,其实我们课堂上要做的只是其中的一小部分而已,不必过分担心哈。

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