Digitalni regulator vakuuma: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ovo je vakuumska preša za furnir (vakuumska pumpa) koja je modifikovana digitalnim vakuumskim regulatorom za rad sa odabranim pritiskom vakuuma. Ovaj uređaj zamjena je za vakuumski kontroler u mojoj DIY Veneer Vacuum Press napravljenoj prema planovima VeneerSupplies.com ili JoeWoodworking.com. Ovo su veliki planovi i pumpe rade vrlo zadovoljavajuće kako je projektirano. Međutim, ja sam tinker, i želio sam poboljšati svoju pumpu sposobnošću da lako i spremno kontrolira postavke tlaka (bez odvijača) u širem rasponu pritisaka pomoću digitalno upravljanog regulatora.

Nedavno se pojavila potreba koja je bila izvan donjih granica mog vakuumskog kontrolera (tip 1). Ovaj projekt je zahtijevao regulator tipa 2-vakuum za pritiske u rasponu od 2 do 10 in-Hg. Zamjena mog regulatora vakuuma tipa 1 modelom tipa 2 bila je opcija, međutim, to se činilo nepraktičnim jer bi za prebacivanje između dva vakuumska raspona bili potrebni dodatni troškovi i izmjene. Idealno rješenje je jedan regulator sa širim rasponom pritisaka (2 do 28 in-Hg).

Vakuumski regulator: Vazdušni mikro prekidač koji se koristi za aktiviranje vakuumske pumpe ili releja pri odabranom pritisku. Vakuumski regulator ima vijak za podešavanje koji vam omogućava da odaberete željeni nivo vakuuma. Kontakti su ocijenjeni na 10 ampera pri 120v AC.

Vrste regulatora vakuuma: Tip 1 = podesivo za 10,5 "do 28" Hg (diferencijal 2 do 5 "Hg) Tip 2 = podesivo za 2" do 10 "Hg (Diferencijal 2 do 4" Hg)

Korak 1: Razmatranja o dizajnu

Moj dizajn zamjenjuje vakuumski kontroler digitalnim vakuumskim regulatorom (DVR). DVR će se koristiti za kontrolu LINE-DVR linije RELAY-30A kako je prikazano na shemi glavne kontrolne kutije. Ovaj dizajn zahtijeva dodavanje AC/DC 5-VDC napajanja u glavnu kontrolnu kutiju za napajanje DVR-a.

Ovaj dizajn može održavati širok raspon vakuumskih tlakova, ali performanse u potpunosti ovise o mogućnostima pumpe. U donjem rasponu tlaka velika CFM pumpa će održavati ove pritiske, ali rezultira većim promjenama diferencijalnog tlaka kao rezultat pomaka pumpe. Ovo je slučaj sa mojom 3 CFM pumpom. Može održavati 3 in-Hg, ali je zamah diferencijalnog pritiska ± 1 in-Hg, a ciklusi uključivanja pumpe, iako rijetki, traju otprilike jednu ili dvije sekunde. Diferencijalni zamah pritiska od ± 1 in-Hg rezultirat će pritiscima između 141 lbs/ft² do 283 lbs/ft². Nemam iskustva s vakuumskim prešanjem pri ovim niskim pritiscima, pa nisam siguran u značaj ove promjene raspona pritiska. Po mom mišljenju, manja CFM vakuumska pumpa bi vjerojatno bila prikladnija za održavanje ovih nižih vakuumskih pritisaka i smanjenje diferencijalnih zamaha tlaka.

Konstrukcija ovog regulatora uključuje Raspberry Pi Zero, senzor pritiska MD-PS002, modul pojačala HX711 Wheatstone Bridge, LCD ekran, napajanje od 5 V, rotacijski davač i relejni modul. Svi ovi dijelovi dostupni su od vaših omiljenih dobavljača dijelova za internet elektroniku.

Odabrao sam Raspberry Pi (RPi) jer je python moj preferirani programski jezik, a podrška za RPi je lako dostupna. Siguran sam da bi se ova aplikacija mogla prenijeti na ESP8266 ili druge kontrolere koji mogu pokrenuti python. Jedini nedostatak RPi -a je isključivanje koje se preporučuje prije isključivanja kako bi se spriječilo oštećenje SD kartice.

Korak 2: Lista dijelova

Ovaj uređaj je napravljen sa dijelovima sa police, uključujući Raspberry Pi, senzor pritiska, HX711 mostovsko pojačalo, LCD i druge dijelove koji koštaju oko 25 USD.

DIJELOVI: 1ea Raspberry Pi Zero-Verzija 1.3 5 USD 1ea MD-PS002 Vakuumski senzor Senzor apsolutnog pritiska 1,75 USD 1ea HX711 Ćelija opterećenja i senzor pritiska 24 bitni AD modul 0,75 USD 1ea KY-040 Modul rotacionog davača $ 1 1ea 5V 1,5A Snažni modul sa prekidačem 220V AC-DC Step Down Modul 2,56 USD 1ea 2004 20x4 Karakterni LCD ekran Modul 4,02 USD 1ea 5V Jednokanalni relejni modul Optocouplera 0,99 USD 1ea Adafruit Perma-Proto Pola veličine PCB pločice 4,50 USD 1ea 2N2222A NPN Tranzistor 0,09 USD 2ea 10K otpornici 1ea crijevo Barb Adapter "ID x 1/4" FIP 3,11 USD 1ea Mjerna cijev Ugaoni utikač s čeličnom glavom 1/4 "MIP 2,96 USD 1ea GX12-2 2-pinski promjer 12 mm Muški i ženski konektor za žičanu ploču Kružni zavrtanj Električni konektor Utičnica za utičnicu $ 0,67 1ea Proto Box (ili 3D štampano))

Korak 3: Sklop senzora vakuuma

Senzor pritiska MD-PS002 proizvođača Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) ima raspon od 150 KPa (apsolutni pritisak). Opseg manometarskog pritiska (na nivou mora) za ovaj senzor bio bi 49 do -101 KPa ili 14,5 do -29,6 in -Hg. Ovi senzori su lako dostupni na eBay -u, banggood -u, aliexpressu i drugim internetskim stranicama. Međutim, specifikacije koje je navelo nekoliko ovih dobavljača su kontradiktorne, stoga sam uključio prevedeni list "Tehnički parametri" iz Mingdong tehnologije.

Za povezivanje senzora na 24 -bitni AD modul senzora opterećenja i osjetnika pritiska HX711 potrebno je sljedeće: spojite pinove 3 i 4 zajedno; Pin 1 (+IN) na E+; Pin 3 i 4 (-IN) na E-; Pin 2 (+ OUT) na A+ i Pin 5 (-OUT) na A- HX711 modula. Prije pakiranja žičanog senzora u mjedeni adapter, pokrijte vodiče i izložene rubove senzora termoskupljajućom cijevi ili električnom trakom. Umetnite i centrirajte senzor preko otvora sa bodljikavom bradavicom, a zatim upotrijebite prozirnu silikonsku brtvu za zatvaranje senzora unutar adaptera, vodeći računa da brtvilo ne bude na površini senzora. Utikač s četvrtastom glavom od mjedene cijevi, koji je izbušen s dovoljno velikom rupom za smještaj žice senzora, navučen je preko žice, napunjen silikonskim zatvaračem i pričvršćen na bodljikavi adapter. Obrišite višak brtvila sa sklopa i pričekajte 24 sata da se osuši prije ispitivanja.

Korak 4: Elektronika

Elektronika se sastoji od Raspberry Pi Zero (RPi) spojenog na HX711 modul s MD-PS002 senzorom pritiska, KY-040 rotacijskim davačem, relejnim modulom i LCD zaslonom. Rotacijski davač je povezan s RPi preko Pin 21 na DT kodera, Pin 16 na CLK i Pin 20 na SW ili prekidač davača. Senzor pritiska je spojen na HX711 modul, a DT i SCK pinovi ovog modula su direktno povezani na Pin 5 i 6 RPi. Relejni modul pokreće tranzistorsko kolo 2N2222A koje je spojeno na RPi Pin 32 za izvor okidača. Normalno otvoreni kontakti relejnog modula spojeni su na LINE-SW i jednu stranu zavojnice 30A RELEJA. Napajanje i uzemljenje digitalnog vakuumskog regulatora napajaju se pinovima 1, 4, 6 i 9 RPi -a. Pin 4 je pin za napajanje od 5V, koji je spojen direktno na ulaz RPi napajanja. Detalji veza mogu se vidjeti u shemi digitalnog vakuumskog regulatora.

Korak 5: Ažurirajte i konfigurirajte Raspberry Pi

Ažurirajte postojeći softver na svom Raspberry Pi (RPi) prema sljedećim uputama iz naredbenog retka

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

Ovisno o tome koliko je vaš RPi zastario u tom trenutku, odredit će vrijeme potrebno za izvršavanje ovih naredbi. Zatim, RPi treba konfigurirati za I2C komunikaciju putem Raspi-Config-a.

sudo raspi-config

Pojavit će se gornji ekran. Prvo odaberite Napredne opcije, a zatim Proširi datotečni sustav i odaberite Da. Nakon povratka na glavni izbornik Raspi-Config-a, odaberite Enable Boot to Desktop/Scratch i odaberite Boot to Console. Na glavnom izborniku odaberite Napredne opcije i omogućite I2C i SSH od dostupnih opcija. Na kraju, odaberite Finish i ponovno pokrenite RPi.

Instalirajte softverske pakete I2C i numpy za python

sudo apt-get install python-smbus python3-smbus python-dev python3-dev python-numpy

Korak 6: Softver

Prijavite se na RPi i kreirajte sljedeće direktorije. /Vac_Sensor sadrži programske datoteke, a /logs će sadržavati datoteke dnevnika crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir zapisuje cd Vac_Sensor

Kopirajte gornje datoteke u fasciklu /Vac_Sensor. Koristim WinSCP za povezivanje i upravljanje datotekama na RPi -u. Povezivanje na RPi može se izvršiti putem Wi-Fi-ja ili serijske veze, ali SSH mora biti omogućen u raspi-config da bi se dopustio ovaj tip veze.

Primarni program je vac_sensor.py i može se pokrenuti iz naredbenog retka. Da biste testirali skriptu, unesite sljedeće:

sudo python vac_sensor.py

Kao što je ranije spomenuto, skripta vac_sensor.py je primarna datoteka za vagu. On uvozi datoteku hx711.py za očitavanje senzora vakuuma putem HX711 modula. Verzija hx711.py korištena za moj projekt dolazi iz tatobari/hx711py. Otkrio sam da ova verzija pruža željene funkcije.

Za LCD je potreban RPi_I2C_driver.py Denisa Pleića i rastavljen od Marty Tremblay, a može se naći na MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotacijski koder Peter Flocker može se pronaći na

pimenu od Alana Aufderheidea možete pronaći na

Datoteka config.json sadrži podatke koje program pohranjuje, a neke stavke mogu se izmijeniti opcijama menija. Ova datoteka se ažurira i sprema pri isključivanju. "Jedinice" se mogu postaviti putem opcije izbornika Units ili kao -Hg (zadano), mm-Hg ili psi. "Vakuum_set" je granični pritisak i pohranjuje se u in-Hg vrijednosti, a mijenja se opcijom menija Cutoff Pressure. Vrijednost "calibration_factor" ručno se postavlja u datoteci config.json, a određuje se kalibriranjem vakuumskog senzora na vakuumski mjerač. "Odstupanje" je vrijednost koju stvara Tare i može se postaviti putem ove opcije izbornika. "Cutoff_range" je ručno podešen u datoteci config.json i predstavlja raspon diferencijalnog pritiska vrijednosti "vacu_set".

Granična vrijednost = "vakuum_set" ± (("granični raspon_/" 100) x "vakuumski skup")

Imajte na umu da se vaš "calibration_factor" i "offset" mogu razlikovati od onih koje imam. Primjer datoteke config.json:

Korak 7: Kalibracija

Kalibraciju je mnogo lakše izvesti pomoću SSH -a i pokretanjem sljedećih naredbi:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Izlazak iz python skripte može se izvršiti putem Ctrl-C, a mogu se izvršiti i izmjene u /Vac_Sensor/config.json datoteci.

Za kalibraciju vakuumskog senzora potreban je precizan vakuumski mjerač i podešavanje "calibration_factor" tako da odgovara izlazu prikazanom na LCD -u. Prvo, pomoću opcije menija Tare podesite i sačuvajte vrednost „pomaka“sa pumpom pri atmosferskom pritisku. Zatim uključite pumpu pomoću izbornika Vakuum i nakon što se tlak očita očitajte LCD zaslon i uporedite to s vakuumskim mjeračem. ISKLJUČITE pumpu i izađite iz skripte. Podesite varijablu "calibration_factor" koja se nalazi u datoteci /Vac_Sensor/config.json. Ponovo pokrenite skriptu i ponovite postupak osim Tare. Učinite potrebna podešavanja "calibration_factor" sve dok LCD ekran ne odgovara očitanju mjerača.

"Faktor kalibracije" i "pomak" utječu na prikaz pomoću sljedećih proračuna:

get_value = read_average - "offset"

pritisak = get_value/ "faktor kalibracije"

Koristio sam stari vakuumski mjerač bez motora za kalibriranje regulatora umjesto vakuumskog mjerača na mojoj pumpi jer je izbačena kalibracija. Beerless mjerač je promjera 3-3/4 (9,5 cm) i mnogo se lakše čita.

Korak 8: Glavni meni

• Vakuum - UKLJUČUJE pumpu
• Granični pritisak - Podesite granični pritisak
• Tara - Ovo treba učiniti bez vakuuma na pumpi i pri atmosferskom pritisku.
• Jedinice-Odaberite jedinice koje ćete koristiti (npr. In-Hg, mm-Hg i psi)
• Ponovno pokretanje - Ponovo pokrenite Raspberry Pi
• Isključivanje - Isključite Raspberry Pi prije isključivanja glavnog napajanja.

Korak 9: Vakuum

Pritiskanjem opcije menija Vakuum uključit ćete pumpu i prikazati gornji ekran. Ovaj ekran prikazuje jedinice i postavke [Cutoff Pressure] regulatora, kao i trenutni pritisak pumpe. Pritisnite dugme za izlaz iz menija Vakuum.

Korak 10: Granični pritisak

Izbornik Cutoff Pressure (Tlak granične vrijednosti) omogućuje vam odabir željenog pritiska za prekid. Okretanjem dugmeta promijenit će se prikazani pritisak kada se postigne željeni pritisak, pritisnite dugme za spremanje i izlazak iz menija.

Korak 11: Tara

Tara meni treba raditi bez NO vakuuma na pumpi i na mjeraču koji očitava atmosferski ili nulti pritisak.

Korak 12: Jedinice

Izbornik Jedinice omogućit će odabir jedinica rada i prikaza. Zadana jedinica je in-Hg, ali se mogu odabrati i mm-Hg i psi. Trenutna jedinica bit će označena zvjezdicom. Za odabir jedinice pomaknite kursor na željenu jedinicu i pritisnite gumb. Konačno, pomaknite kursor na Natrag i pritisnite gumb za izlaz i spremanje.

Korak 13: Ponovno pokretanje ili isključivanje

Kao što naziv implicira, odabir bilo koje od ovih stavki izbornika rezultirat će ponovnim pokretanjem ili isključivanjem. Preporučuje se isključivanje Raspberry Pi prije isključivanja napajanja. Ovo će sačuvati sve parametre promijenjene tokom rada i smanjiti mogućnost oštećenja SD kartice.

Korak 14: Pokrenite pri pokretanju

Postoji izvrsna Raspberry Pi instrukcija: Pokretanje Python skripte pri pokretanju za pokretanje skripti pri pokretanju.

Prijavite se u RPi i promijenite u /Vac_Sensor direktorij.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Uključite sljedeći tekst u launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # idite u početni direktorij, zatim u ovaj direktorij, zatim izvršite python skriptu, pa nazad homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Izađite i spremite launcher.sh

Moramo učiniti skriptu izvršnom.

chmod 755 launcher.sh

Testirajte skriptu.

sh launcher.sh

Zatim moramo urediti crontab (upravitelj zadataka za Linux) da pokrenemo skriptu pri pokretanju. Napomena: već smo već kreirali /logs direktorij.

sudo crontab -e

Ovo će prikazati prozor crontab kao što je gore prikazano. Idite do kraja datoteke i unesite sljedeći red.

@reboot sh /home/pi/Vac_Sensor/launcher.sh>/home/pi/logs/cronlog 2> & 1

Izađite i spremite datoteku te ponovno pokrenite RPi. Skripta bi trebala pokrenuti vac_sensor.py skriptu nakon ponovnog pokretanja RPi. Status skripte se može provjeriti u datotekama dnevnika koje se nalaze u fascikli /logs.

Korak 15: 3D štampani dijelovi

Ovo su dijelovi koje sam dizajnirao u Fusion 360 i odštampao za kućište, ručku, poklopac kondenzatora i držač vijaka.

Koristio sam jedan model za 1/4 NPT maticu iz Thingiversea za povezivanje sklopa vakuumskog senzora na kućište. Datoteke koje je ostariya stvorila mogu se pronaći na NPT 1/4 Thread.