Open Source Digitally Replicable Lab-Grade Scales/Balances de laboratoire numériques réplicables et open source

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Cette étude propose la conception d'une balance numérique de laboratoire open source, économique et facile à reproduire, utilisable comme balance de précision. Sa conception permet une fabrication dans la plupart des laboratoires du monde entier, grâce à des imprimantes 3D open source de type RepRap (extrusion de matériau) pour les composants mécaniques et à des composants électroniques open source facilement disponibles, notamment l'Arduino Nano. Plusieurs versions de cette balance ont été fabriquées et testées avec différentes cellules de charge afin d'évaluer leur précision et leur exactitude. Les résultats ont démontré une répétabilité de la balance open source à 0,05 g près avec plusieurs cellules de charge, et une précision encore meilleure (0,005 g) selon la plage et le modèle de la cellule. La balance présente une correspondance linéaire avec les balances de laboratoire propriétaires, atteignant les performances spécifiées dans les fiches techniques des cellules de charge, ce qui indique sa précision sur toute la plage de mesure de la cellule installée. La plus petite cellule de charge testée (100 g) offre une précision comparable à celle d'une balance de masse numérique commerciale. La balance peut être produite à un coût nettement inférieur à celui des balances de plage et de précision similaires lorsqu'elle dispose d'une capacité de transmission en série. Les économies réalisées augmentent considérablement à mesure que l'échelle de production s'accroît et sont particulièrement adaptées aux établissements médicaux et scientifiques aux ressources limitées.

• Le dépôt contient l'intégralité du code source des conceptions , le document contient les instructions de montage et d'utilisation.
• Téléchargement rapide des fichiers STL
• Version précédente : Balance numérique imprimable en 3D

Balance de laboratoire numériquement réplicable et open source en cours d'utilisation

Des demandes ont été formulées pour des instructions plus détaillées concernant l'assemblage des composants électroniques sur une plaque d'essai à souder. Vous trouverez ci-dessous la description d'une méthode possible de câblage de cette balance, utilisée par Benjamin pour l'assemblage de la troisième version. La plaque d'essai est une grille dont les pastilles sont identifiées par des lettres sur un axe et des chiffres sur l'autre (un peu comme dans le jeu de la Bataille navale ). Ce système servira à positionner les composants sur la plaque. Ce montage est basé sur le schéma disponible sur OSF .

• Plaque d'essai à souder 4 cm x 6 cm ( Source possible )
• longueurs de 200 mm/8" de paires torsadées (c'est-à-dire provenant d'un câble Cat5) :
  • 2xVert / Vert-Blanc
  • 1xBleu / Bleu-Blanc
  • 1xOrange / Orange-Blanc
  • 1xBrun / Brun-Blanc
  • 1xBleu/Orange
• Fil conducteur rigide 22 AWG ( source possible ) :
  • 2xJaune 40 mm/1,5"
  • 1x20 mm/1" Vert
  • 3x30 mm/1,25" Vert
  • 1x40 mm/1,5" Vert
  • 1x25 mm/1" rouge
  • 1x45 mm / 1,75" Rouge
  • 4x8 mm / 0,25" Sans gaine
• Résistance de 220 ohms
• Potentiomètre/trimètre 10k ( Source possible )
• Broches femelles ( source possible ) :
  • 2x15x1
  • 1x6x1
  • 1x4x1
• Broches mâles d'en-tête :
  • 1x4x1
• Écran LCD 16x2 ( Source possible )
• Pas de bouton-poussoir
• Gaine thermorétractable ( source possible ) :
  • 1 x 45 mm (coupé en deux)
  • 3x45mm
  • 5x45mm

Soudez les connecteurs sur la plaque d'essai comme indiqué.

Enfin, utilisez les quatre fils incolores pour connecter les quatre broches mâles du connecteur aux quatre broches femelles correspondantes sur le connecteur 6x1. Les deux autres connecteurs femelles (en A4 et B4) ne sont pas utilisés, mais servent à faciliter le repérage de l'amplificateur HX711.

Les potentiomètres possèdent trois broches : 1 (fixe), 2 (curseur/variable) et 3 (fixe). Dans ce montage, la broche 1 est la masse (GND), la broche 2 est la sortie et la broche 3 est l’alimentation (Vcc).

• Broche 1 (GND) : F7
• Broche 2 (essuie-glace) : B8
• Broche 3 (VCC) : F9

Ce montage utilise tous les fils rigides 22 AWG, à l'exception des trois fils verts de 30 mm. Ces fils servent à relier des broches déjà installées entre elles. Ils sont acheminés jusqu'à une pastille située à proximité de la broche concernée. L'extrémité du fil doit être pliée pour entrer en contact avec la soudure de la broche afin de pouvoir les souder ensemble. Dans le tableau ci-dessous, chaque cavalier est identifié Pad to insert into: Pad to solder together.

Raccordez l'une des paires torsadées vert/vert-blanc aux broches du bouton, en recouvrant le fil dénudé avec les deux morceaux de gaine thermorétractable de 1 mm. Les autres extrémités seront fixées à la plaque d'essai à la fin, car celle-ci doit être installée (dans la balance).

L'écran LCD possède 16 broches, numérotées de 1 à 16, la broche 1 étant VSS et la broche 16 la LED- (comme indiqué sur le schéma ). Le câblage sera réalisé à l'aide des paires torsadées restantes et des 3 morceaux de 30 mm de fil rigide vert de calibre 22 AWG.

1. Prenez la paire torsadée verte/verte-blanche. Connectez une extrémité de chacun des trois fils rigides à une extrémité du fil vert de la paire torsadée, afin de former un câble à trois fils. Recouvrez la soudure avec la gaine thermorétractable de 3 mm. Ce câble servira à la mise à la terre de l'écran LCD.
2. Connectez les trois extrémités des fils aux broches 1, 5 et 16 de l'écran LCD. Connectez l'extrémité correspondante du fil vert-blanc à la broche 15. L'autre extrémité du fil vert/vert-blanc torsadé sera connectée à la carte pour alimenter le rétroéclairage de l'écran LCD.
3. Prenez la paire marron/marron-blanc. Reliez le marron à 14 et le marron-blanc à 13.
4. Prenez la paire bleu/bleu-blanc. Connectez le bleu à la borne 12 et le bleu-blanc à la borne 11.
5. Prenez la paire orange/orange-blanc. Connectez l'orange à 6 et l'orange-blanc à 4.
6. Prenez la paire bleu/orange. Connectez le bleu à la borne 3 et l'orange à la borne 2.
7. Prenez la paire Vert/Vert-Blanc. Connectez le Vert à K3:L3 et le Vert-Blanc à H14:I14.

Sans la rétracter, placez la gaine thermorétractable de 5 mm autour des 4 paires torsadées monochromes (laissez la paire bleue/orange libre). Ne la rétractez pas encore ! Elle servira à maintenir les fils en place et à les éloigner du capteur de force une fois la carte terminée.

Il est maintenant temps de fixer l'écran LCD sur la plaque d'essai. Veillez à bien positionner les fils dans le boîtier de la balance (faites un essai à blanc avant de couper les fils à la bonne longueur !). La numérotation ci-dessous utilise la même convention que pour l'installation des fils de connexion : insérez le fil dans la première pastille et soudez-le à la seconde. Je soude également la pastille où le fil est inséré pour plus de solidité.

1. Prenez le câble orange/bleu. Connectez le bleu à A8:B8 et l'orange à F10:F9.
2. Prenez la paire marron/marron-blanc. Connectez le marron à S6:T6 et le marron-blanc à S7:T7.
3. Prenez la paire bleu/bleu-blanc. Connectez le bleu à S8:T8 et le bleu-blanc à S9:T9.
4. Prenez la paire orange/orange-blanc. Connectez l'orange à S10:T10 et l'orange-blanc à S11:T11.

Une fois les fils en place et correctement positionnés dans le boîtier de la balance, chauffez la gaine thermorétractable pour fixer leur forme et éviter tout contact avec le capteur de force.

C'est la partie la plus délicate de l'installation, ce qui explique principalement la longueur supplémentaire de cette paire torsadée.

1. Faites passer le câble torsadé vert/vert-blanc partant du bouton à travers le trou situé sur la face du boîtier de la balance.
2. Connectez le fil vert à J3:K3 et le fil vert-blanc à M10:N10.

Si ce n'est déjà fait, fixez l'écran LCD dans son logement sur le boîtier, en faisant passer les fils autour du plot de la cellule de charge. Tout contact entre les fils et la cellule de charge empêchera toute mesure fiable. Fixez la plaque d'essai en vous assurant que le port USB de l'Arduino Nano (qui sera connecté aux deux paires de connecteurs 15x1) reste accessible. Si la plaque d'essai ne tient pas bien en place, fixez-la avec de la colle chaude sur deux ou trois coins.

Ce n'est pas tout à fait terminé. Installez l'Arduino Nano sur les connecteurs 15x1, puis chargez un programme pour faire fonctionner l'écran LCD (et y afficher du texte). Si vous utilisez le programme de la balance de pesée, commentez l'initialisation de la balance/du capteur de force/du HX711, car elle bloque tout (le HX711 n'étant pas encore installé). L'écran LCD s'allumera, mais vous ne verrez probablement rien. Utilisez un tournevis ou une molette pour régler le potentiomètre. Celui-ci contrôle le contraste de l'écran LCD ; ajustez-le jusqu'à ce que le texte soit clairement visible. Une fois ce réglage effectué, il ne sera plus nécessaire.

Mettez l'appareil hors tension, installez le HX711 dans l'autre ensemble de connecteurs femelles et installez une cellule de charge en la connectant aux quatre connecteurs mâles sur la plaque d'essai.

À ce stade, la balance devrait être fonctionnelle ! Félicitations, vous avez coulé mon cuirassé !

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