Mikro-Dosierung: Volumetrisches Dosieren
In diesem Projekt geht es um das präzise Abfüllen von sehr kleinen Flüssigkeitsvolumen. Als Grundlage dient eine Dosierpumpe (Typ 7615) der Firma Bürkert. Um die Dosierpumpe ordnungsgemäß anzusteuern, beinhaltet dieses Projekt auch eine Analyse der Dosierpumpe. Dies ist die Voraussetzung um einen Mikrocomputer (Arduino Mega 2650) zu programmieren. Mithilfe dessen durch unterschiedliche Knöpfe das zu dosierenden Flüssigkeitsvolumen angepasst werden kann. Bei dem Projekt handelt es sich um eine Steuereinheit, mit der dem Benutzer die Bedienung der Dosierpumpe erleichtert werden soll.
Dosierpumpe Typ 7615 (Firma Bürkert)
Bei der Dosierpumpe Typ 7615 handelt es sich um den Zusammenschluss von 3 Ventilen mit insgesamt 2 unterschiedlichen Funktionsprinzipien. Bei dem ersten Typ handelt es sich um ein Wippen-Magnetventil und beim zweiten Typ um ein Flipper-Magnetventil. Die genaue Funktionsweise und der Aufbau dieser Ventile ist im unten angehängten Projektbericht erklärt. Der Zusammenschluss dieser drei Ventile ermöglicht es, dass die Dosierpumpe Flüssigkeitsvolumen von 5 Mikrolitern bis zu 40 mal pro Sekunde abfüllen kann. Die Dosierung von 5 Mikrolitern hängt mit dem Aufbau der Dosierpumpe zusammen und kann nicht verändert werden. Da bei einer einzelnen Dosierung genau 5 Mikroliter abgefüllt werden, ist das Abfüllen eines größeren Volumens nur durch die Anzahl der Dosierungen möglich. Dieses Prinzip der Dosierung wird als volumetrisches Dosieren bezeichnet.
Der gesamte Aufbau des Projekts findet in einer Plastikbox Platz. In der linken Hälfte ist die Rückseite des LCD Displays zu sehen. Es zeigt wichtige Informationen zur Dosierung an. Zusätzlich hilft es dem Benutzer, sich in der Programmauswahl zurecht zu finden. Unter dem Display befinden sich unterschiedliche Knöpfe mithilfe derer sich der Benutzer durch das Programm navigieren und das Dosiervolumen festlegen kann. Auf der Platine zwischen den Knöpfen befinden sich Pulldown-Widerstände. Diese definieren den nicht gedrückten Zustand der Knöpfe. Bei einem Tastendruck ändert sich dieser definierte Zustand, was der Mikrocomputer (Arduino) feststellt. Das Prinzip ist einfach, jedoch war die Umsetzung wesentlich aufwändiger. In der rechten Hälfte ist oben der Arduino Mega 2650 verbaut. Dieser ist programmiert und verarbeitet alle Informationen z.B. die Signale der Knöpfe. Auf Grundlage dieser Eingaben des Benutzers gibt der Arduino Ausgaben an, z.B. das Display und die Dosierpumpe. Rechts unten befindet sich die Dosierpumpe, die an dem Arduino angeschlossen ist.
Um die gesamte Einheit zu benutzen wird eine Spannungsversorgung am Arduino benötigt und eine weitere Spannungsversorgung mit 24 Volt für die Dosierpumpe. Außerdem benötigt der Benutzer zwei Fittings mit 1,6 oder 3,2 Millimeter Durchmesser, um die zu dosierende Flüssigkeit abzufüllen.
Der Aufbau des Projekts, als auch der Programmcode und alles Nötige zur Inbetriebnahme, ist im Projektbericht erläutert.
Die Relais und der RFID Kartenleser auf der rechten Hälfte sind Resultate weiterer Entwicklungen, wodurch die Funktionen als auch die Bedienung erweitert werden. Da selbst nach einem Projektbericht immer wieder weitere Software/Hardware Verbesserungen und Entwicklungen aufkommen, findet man als Entwickler häufig kein Ende.
Schaltungsaufbau
Im Schaltungsaufbau ist grafisch dargestellt, wie die oben erwähnten Komponenten miteinander verbunden sind.
1. Arduino Mega (Mikrocomputer, Programmcode)
2. Knöpfe (Eingabe in den Arduino)
3. Pulldown-Widerstände (nicht gedrückten Zustand des Knopfes definieren)
4. LCD Display (Informationen Rückgabe an den Benutzer)
5. Piezo Lautsprecher / Led (Informationen Rückgabe an den Benutzer)
6. Anschluss Spannungsversorgung Dosiereinheit (24 Volt)
7. Anschluss Dosiereinheit (Spannungsversorgung 24 Volt / Ansteuerung über Arduino )
Programmcode
In der Abbildung ist ein Teil des Programmcodes für den Dosiervorgang zusehen. Wenn der Benutzer das zu dosierende Volumen spezifiziert hat und die Dosierung startet, ist dieser Teil des Programmcodes verantwortlich für die getaktete Ansteuerung der Dosierpumpe. Der Arduino soll um einen Dosiervorgang auszuführen ein Signal von 5 Volt 60ms lang ausgeben und dann 0 Volt für 60ms, erst dann darf eine weitere Dosierung durchgeführt werden. Um diesen Vorgang zu realisieren wird hier die Funktion "millis()" verwendet. Dieser Befehl gibt die Zeit seit der der Arduino eingeschaltet ist in Millisekunden aus. Diese Zeit wird gespeichert, parallel läuft diese Zeit weiter. Das Programm vergleicht dann die gespeicherte- und die weiterlaufende Zeit und stellt, eine Differenz von 60ms fest. Der Arduino muss nun nur noch das jeweilige Signal ausgeben, wodurch die Dosierpumpe automatisch eine Dosierung ausführt.
