Pioreactor Pioreactor 20 mL v1.0

Najstarsza rozpoznana generacja 20 mL

Pioreactor 20 mL v1.0 jest pierwszą szerzej udokumentowaną generacją zestawu 20 mL. Oficjalna instrukcja podaje konkretny okres sprzedaży: od 2023 r. do maja 2024 r.; później wysyłano v1.1. Plastikowe części v1.0 mają tekst wklęsły w materiale, podczas gdy v1.1 wprowadził bardziej czytelne białe oznaczenia.

Urządzenie jest małym bioreaktorem mieszadłowym sterowanym przez Raspberry Pi i Pioreactor HAT.

Części Pioreactor 20 mL v1.0 odłożone podczas modernizacji. Źródło obrazu: docs.pioreactor.com.

Parametry naczynia i procesu

Producent publikuje wymiary statystyczne fiolki 20 mL: średnio około 27,48 mm średnicy przy dnie, 27,51 mm w środku, 45,08 mm od dna do szyjki i 57,40 mm wysokości całkowitej; szkło ma około 1,05–1,15 mm grubości.

Cechy mechaniczne v1.0

Pierwotny holder jest jednoczęściową konstrukcją z wklęsłymi oznaczeniami, innym położeniem okna i mniejszą ochroną elektroniki przed cieczą niż v1.1. Heater PCB jest przykręcane od spodu dwiema śrubami M2.5 4 mm, połączone taśmą FFC i przykryte termopadem.

Fan z magnesami znajduje się pod fiolką i jest mocowany do faceplate czterema śrubami 30 mm. Producent dokumentuje problem charakterystyczny dla v1.0: aby zwiększyć sprzężenie z prętem można ostrożnie podnieść fan, a skrajnie usunąć śruby 4 mm z dna holdera po zapewnieniu innego mocowania heater PCB.

Lista części do ponownego użycia jest dobrym przewodnikiem identyfikacyjnym dla zestawu mieszanego.

Optyka i ograniczenia

V1.0 używa 5-milimetrowej diody IR oraz przewodowych fotodiod. Typowa funkcja to IR w kanale A, referencja w kanale PD1 i rozproszenie w PD2.

V1.1 poprawił osłonięcie od światła rozproszonego i położenie okna; v1.5 dopiero zastąpił PD modułami Eye-Spy z 16-bitowymi ADC i STEMMA QT.

Wynik „pass” potwierdza funkcję w warunkach testu, nie historyczną integralność danych. Dla v1.0 poprawny profil modelu jest warunkiem sensownej interpretacji testów.

HAT v1.0 i późniejsze wymiany

Oficjalna tabela HAT 1.0 podaje ADS1115 ADC pod I²C 0x48, DAC pod 0x49 i czujnik temperatury heater PCB pod 0x4F. HAT 1.1/1.2 używają RP2040/Pico ADC/DAC pod 0x2C i temperatury 0x4F. GPIO przycisku i Halla również się różnią: w HAT 1.0 przycisk jest na GPIO24, Hall na GPIO25; w 1.1/1.2 przycisk GPIO4, Hall GPIO21, a 24/25 służą SWD.

GPIO2/GPIO3 prowadzą I²C. Kanały PWM używają GPIO17, 13, 16, 12 i 18; piąty steruje grzaniem.

Modernizacja v1.0 → v1.1

Zestaw miał SKU 3002. Producent opisywał zmiany jako czysto mechaniczne i optyczne, bez wymiany elektroniki.

Sama zmiana pliku bez przebudowy nie daje v1.1, a przebudowa bez zmiany profilu pozostawia niespójność.

Z v1.1 dostępne były dalsze drogi: optyczna modernizacja do 20 mL v1.5 (SKU 3004) lub mechaniczna konwersja do 40 mL v1.0 (SKU 3003).

Raspberry Pi i pamięć

Współczesna lista obejmuje 3 B+, 3 A+, 4 B, 5 i Zero 2 z 40-pinowym GPIO. SoC Broadcom, RAM, Wi-Fi/Ethernet, firmware i zasilanie są parametrami egzemplarza.

Aktualne zalecenie to 16–32 GB UHS-I/Class 10. Karta zawiera OS, aplikację, UI, konfiguracje, klucze SSH, pluginy, kalibracje, logi i lokalny stan SQLite.

Architektura sterowania i sieć

Typowy profil współczesny obejmuje SSH 22/TCP, HTTP 80/TCP, MQTT 1883/TCP, MQTT WebSocket 9001/TCP i mDNS.

MQTT przenosi dane i komendy, a mqtt_to_db_streaming zapisuje wybrane tematy do SQLite na leaderze.

Oprogramowanie i aktualizacje

Od 26.3.0 wersje mają format YY.M.N; 2 września 2026 r. oficjalne Releases wskazywały 26.8.1.

Dane i artefakty

Dla v1.0 szczególnie ważne są ślady modernizacji: wpis model/version, faktura SKU 3002, czasy nowych kalibracji, stare części, fotografie, config przed/po oraz zmiany mieszania.

Granice między rewizjami

Zestaw 3002 pozostawiał elektronikę, LED, PD, fan, heater PCB i część śrub; zmieniał mechanikę i osłonę optyczną.

Wersje i dokumentacja historyczna

Aktualna dokumentacja opisuje także zachowanie nowszego software na legacy hardware. Część pól, ścieżek i zabezpieczeń nie istniała w wydaniu z 2023 r.

Materiały do pobrania obejmują publiczne release’y aplikacji, dokumentację montażową i repozytorium kodu.

Bezpieczeństwo wykonawcze i środowiskowe

Regulator temperatury steruje heaterem na podstawie czujnika wetware. Bieżąca automatyka przyjmuje nastawy od temperatury otoczenia do 50°C i typowo osiąga około 43°C w temperaturze pokojowej.

Raspberry Pi, HAT, czujnik i PWM należą do wspólnego stosu sterowania. Wiele jednostek zasilanych z jednego huba współdzieli domenę zasilania; producent zaleca około 12–15 W na port i odpowiednią jakość zasilacza.

W v1.0 regulacja fan/magnesów była znanym zagadnieniem.

Galeria identyfikacyjna

Dokładna historyczna rewizja 20 mL v1.0 pokazana w oficjalnej instrukcji montażu. Źródło: oficjalna dokumentacja lub karta produktu Pioreactor.

Następca v1.0 używany wyłącznie jako punkt porównawczy rewizji; nie jest zdjęciem v1.0. Źródło: oficjalna dokumentacja lub karta produktu Pioreactor.

Bieżący stos sterowania 26.8.1 — granica zgodności

Kod źródłowy sprawdzony 8 września 2026 r. wskazuje wersję aplikacji 26.8.1 i commit 5d758529ea23aef387a2f18f4a774ff3898db7bc z 19 sierpnia 2026 r. Pioreactor przyjął schemat wersji YY.M.N; numer oprogramowania nie oznacza rewizji mechanicznej. Ten sam release może sterować modelami 20 mL, 40 mL, XR i sprzętem legacy, ale dobiera parametry przez jawny model i wersję workera.

Od wydania 25.11.12 backend, unit API i UI są utrzymywane w jednym repozytorium. Obraz bazowy przeszedł na Debian 13 „Trixie”, wprowadził /etc/pioreactor.env, usługę pioreactor-web.service i katalog /run/pioreactor/.

Od 26.4.0 konfiguracja właściwa dla jednostki jest przechowywana przez worker w unit_config.ini; leader utrzymuje jej obraz i pobiera aktualny stan. Interfejsy nazwane wcześniej /api/config/files* zostały usunięte na rzecz zasobów shared oraz unit-specific. W mieszanym klastrze leader i workery mogą zatem różnić się zarówno buildem aplikacji, jak i własnością konfiguracji.

Web UI — widoki operacyjne

Okno zarządzania konkretnym workerem: etykieta, docelowe RPM, temperatura i odstęp między dawkami. Źródło: oficjalna dokumentacja Pioreactor.

Panel Pioreactors pokazuje stan zadań i ustawień osobno dla każdego workera. Zakładki Activities, Settings, Dosing, LEDs i System odpowiadają różnym klasom komend. Zmiana Target stir RPM wpływa nie tylko na mieszanie, ale także na tor optyczny; zbyt wolne mieszanie może się zatrzymać, a zbyt duży wir zmienić OD. Pole czasu między dawkami może spowodować wcześniejsze zdarzenie dawkowania, dlatego zmiana w UI powinna być korelowana z logiem i wpisem dosing_events.

Overview z wykresami, podsumowaniem dawkowania i tabelą zdarzeń zawierającą czas, worker, źródło oraz komunikat. Źródło: oficjalna dokumentacja Pioreactor.

Overview łączy dane historyczne z SQLite z bieżącym stanem przesyłanym przez MQTT. Tabela zdarzeń odróżnia jednostkę i komponent źródłowy, np. monitor, instalację pluginu albo dodanie workera.

Okno wyboru modelu rozdziela 20/40 mL v1.5 oraz rewizje legacy. Źródło: oficjalna instrukcja instalacji.

Wybór modelu nie jest opisem kosmetycznym. Profile sprzętowe wpływają na geometrię naczynia, objętości, kanały optyczne, adresy I²C, pinout, ustawienia mieszania i dostępne kalibracje. Błędnie wybrany wpis może sprawić, że poprawny fizycznie sensor zostanie zinterpretowany jako inny kanał lub automatyka użyje wartości właściwych dla innej rewizji.

Drugi widok ustawień workera pokazujący, że parametry procesu są edytowane z centralnego web UI. Źródło: oficjalna dokumentacja Pioreactor.

Topologia leader–worker i granice zaufania

Leader serwuje SPA, obsługuje leader API, prowadzi główną bazę SQLite, uruchamia zadania tła przez Huey, pośredniczy w komendach do workerów i zazwyczaj hostuje Mosquitto. Worker wykonuje sterowanie lokalne i od 24.9.19 ma własny web server z unit_api, bez interaktywnego UI.

Warstwa webowa jest serwowana przez lighttpd. Pakiet zawiera osobne konfiguracje aplikacji, CORS i HTTPS, a podstawowa dokumentacja kieruje do http://pioreactor.local. Backend działa jako FastCGI z aplikacją Python, a długie operacje trafiają do kolejki Huey.

MQTT przenosi stan i komendy. Typowy broker nasłuchuje na TCP/1883, a web UI używa MQTT over WebSocket na TCP/9001. Dokumentowany przykład konfiguracji zawiera użytkownika pioreactor, hasło raspberry, use_tls=0 i WebSocket ws; HTTP UI zwykle korzysta z TCP/80, SSH z TCP/22, a mDNS z nazw .local.

Poświadczenia i uwierzytelnienie

Historyczne obrazy i skrypty klastrowe używały konta Linux pioreactor oraz hasła raspberry; to samo hasło występuje w przykładach MQTT. Współczesny proces przygotowania obrazu przez Raspberry Pi Imager prosi operatora o ustawienie nazwy użytkownika i hasła, więc raspberry jest wskaźnikiem do kontroli, a nie gwarantowanym poświadczeniem każdej sztuki.

Producent udostępnia opcjonalny plugin Basic Auth dla UI. Basic Auth bez HTTPS nie zapewnia poufności transportu; osobnymi mechanizmami pozostają konta Linux, klucze SSH leader–worker i poświadczenia MQTT.

Dokumentacja hardeningu zaleca niewystawianie interfejsu bezpośrednio do Internetu, odrębną sieć laboratoryjną lub prywatny kanał zdalny, zmianę haseł Linux/MQTT/AP oraz ograniczenie instalowania pluginów. Pliki DISALLOW_UI_INSTALLS i DISALLOW_UI_FILE_SYSTEM blokują wybrane operacje z UI/API, ale nie zastępują kontroli dostępu do SSH ani integralności samego systemu plików.

Dane trwałe i schemat SQLite

Główna baza leadera ~/.pioreactor/storage/pioreactor.sqlite jest źródłem danych historycznych dla UI. Aktualny schemat obejmuje między innymi tabele experiments, workers, przypisania workerów, raw_od_readings, od_readings_filtered, od_readings_fused, growth_rates, temperature_readings, stirring_rates, dosing_events, ustawienia i zdarzenia automatyki dawkowania/LED/temperatury, led_change_events, pwm_dcs, logs, calibrations, od_blanks, historie konfiguracji i uruchomienia profili eksperymentów.

Na węźle występują także SQLite cache: trwały local_persistent_pioreactor_metadata.sqlite oraz bieżący cache metadanych. W gałęzi 26.x cache tymczasowy przeniesiono do /run/pioreactor/, a SQLite może używać WAL/SHM. Kopia wykonana przy aktywnym procesie bez plików -wal i -shm może nie odzwierciedlać najnowszych transakcji. Oficjalne zadanie backupu potrafi kopiować bazę na workery; te repliki są dodatkowymi artefaktami, nie automatycznie niezależnym źródłem integralności.

Od wersji 24.5.22 MQTT w Pioreactorze jest kanałem danych efemerycznych, a trwałe dane procesu są przechowywane w SQLite.

Profile, kalibracje i estymatory

Profile eksperymentów są plikami YAML opisującymi kolejność zadań i nastaw. UI pozwala je tworzyć, edytować i uruchamiać, a backend zapisuje uruchomienia. Kalibracje pomp, OD i mieszania są osobnymi obiektami z nazwą, datą oraz aktywnym wyborem. W XR dochodzą estymatory fuzji kanałów. Kopia samych wykresów bez profilu, aktywnych kalibracji i mapowania modelu jest niewystarczająca do niezależnego odtworzenia wyniku.

Aktualizacje i łańcuch dostaw pluginów

Polecenia pio update i pios update aktualizują aplikację, UI, a zależnie od wydania także komponenty systemowe i skrypty migracyjne. Repozytorium zawiera wersjonowane migracje SQL, pakiety systemowe, zmiany usług i pliki konfiguracyjne. Aktualizacja może więc zmienić nie tylko kod Pythona, ale również lighttpd, bazę, systemd, model konfiguracji i lokalizację artefaktów.

Plugin może dostarczyć joby, automatyzacje, endpointy, elementy UI, definicje sprzętu, tabele SQL i eksportowane datasety. Od 26.4.0 opis możliwości workera jest pobierany dynamicznie, więc plugin obecny tylko na workerze może pojawić się w centralnym UI.

Elektronika, I²C i zależność od Raspberry Pi

Pioreactor HAT nie jest samodzielnym komputerem aplikacyjnym. GPIO, I²C, PWM i pomocniczy mikrokontroler współpracują z Raspberry Pi; obsługiwane modele mają różne SoC Broadcom i ilości RAM, a microSD pozostaje podstawowym nośnikiem.

Profile I²C rozdzielają przetworniki i moduły pomiarowe. Konflikt adresu, niestabilne zasilanie albo uszkodzenie przewodu może dawać przerwy w OD, temperaturze lub sterowaniu, które zdalnie wyglądają podobnie do błędu software. Self-testy pomagają w diagnostyce, lecz nie stanowią kryptograficznego attestation sprzętu.

Źródła podstawowe

• Pioreactor 20 mL v1.0 — instrukcja i okres sprzedaży
• Wetware assembly v1.0
• Attaching wetware to HAT v1.0
• Demontaż przed v1.0 → v1.1
• Zestaw v1.0 → v1.1, SKU 3002
• Preparing your vial for cultures
• Common questions — wymiary i mieszanie v1.0
• I²C addresses
• GPIO pins used
• Self-test reference
• Security hardening
• Filesystem locations
• Data stores
• Oficjalne Releases

Stan dokumentacji sprawdzono 2 września 2026 r. Model jest legacy i łatwo podlegał przebudowie, więc wiążący jest kompletny materiał z egzemplarza, nie pojedyncza cecha obudowy.