Digitalni regulator vakuuma: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Ovo je vakuumska preša za furnir (vakuumska pumpa) koja je modificirana digitalnim vakuumskim regulatorom za rad s odabranim tlakom 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 tlakova s digitalno upravljanim regulatorom.

Nedavno se pojavila potreba koja je bila izvan donjih granica mog vakuumskog regulatora (tip 1). Za ovaj projekt bio je potreban regulator 2-vakuuma za tlakove 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 raspona vakuuma bili potrebni dodatni troškovi i izmjene. Idealno rješenje je jedan regulator s širim rasponom tlakova (2 do 28 in-Hg).

Vakuumski regulator: Vakuumski upravljani mikro prekidač koji se koristi za aktiviranje vakuumske pumpe ili releja pri odabranom tlaku. Vakuumski regulator ima vijak za podešavanje koji vam omogućuje biranje željene razine 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: Razmišljanja 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 upravljačke kutije. Ovaj dizajn zahtijeva dodavanje AC/DC 5-VDC napajanja u glavnu upravljačku kutiju za napajanje DVR-a.

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

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

Odabrao sam Raspberry Pi (RPi) jer mi je python preferirani programski jezik, a podrška za RPi je lako dostupna. Uvjeren 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: Popis dijelova

Ovaj je uređaj izrađen od dijelova s police, uključujući Raspberry Pi, osjetnik tlaka, mostovsko pojačalo HX711, LCD i druge dijelove koji koštaju oko 25 USD.

DIJELOVI: 1ea Raspberry Pi Zero-Verzija 1.3 5 USD 1ea MD-PS002 Vakuumski osjetnik Senzor apsolutnog tlaka 1,75 USD 1ea HX711 Senzor opterećenja i osjetnik tlaka 24 bitni AD modul 0,75 USD 1ea KY-040 Modul rotacijskog davača $ 1 1ea 5V 1,5A Prekidač napajanja 7,5 W 220V AC-DC Step Down modul 2,56 USD 1ea 2004 Modul LCD zaslona s 20x4 znakova 4,02 USD 1ea 5V 1-kanalni optokaplerski relejni modul 0,99 USD 1ea Adafruit Perma-Proto pola veličine PCB tiskane ploče 4,50 USD 1ea 2N2222A NPN Tranzistor 0,09 USD 2ea 10K otpornici 1ea cijev Barb Adapter "ID x 1/4" FIP 3,11 USD 1ea Utikač s četvrtastom glavom od mesingane cijevi 1/4 "MIP 2,96 USD 1ea GX12-2 Promjer 2 pina 12 mm Muški i ženski priključak žičane ploče Kružni vijak Tip električnog priključka Utičnica utičnice 0,67 USD 1ea Proto Box (ili 3D tiskan)

Korak 3: Sklop senzora vakuuma

Senzor tlaka MD-PS002 proizvođača Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) ima raspon od 150 KPa (apsolutni tlak). Raspon tlaka u mjeraču (na razini 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 spajanje senzora na 24 -bitni AD modul osjetnika opterećenja i osjetnika tlaka 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- modula HX711. Prije pakiranja žičanog osjetnika u mjedeni adapter, pokrijte vodiče i izložene rubove senzora toplinski skupljajućom cijevi ili električnom trakom. Umetnite i centrirajte senzor preko otvora s bodljikavom bradavicom, a zatim upotrijebite prozirnu silikonsku brtvu kako biste zabrtvili senzor unutar adaptera, pazeći 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 brtvilo osuši prije ispitivanja.

Korak 4: Elektronika

Elektronika se sastoji od Raspberry Pi Zero (RPi) spojenog na HX711 modul s senzorom tlaka MD-PS002, rotacijskim davačem KY-040, relejnim modulom i LCD zaslonom. Rotacijski davač spojen je na RPi preko Pin 21 na DT kodera, Pin 16 na CLK i Pin 20 na SW ili prekidač davača. Senzor tlaka spojen je na modul HX711, a pinovi DT i SCK ovog modula spojeni su izravno na pin 5 i 6 RPi. Relejni modul pokreće tranzistorski krug 2N2222A koji je spojen 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 za digitalni vakuumski regulator isporučuju se s pinovima 1, 4, 6 i 9 RPi. Pin 4 je pin za napajanje od 5 V, koji je spojen izravno na ulaz napajanja RPi. Pojedinosti o priključcima mogu se vidjeti u shemi digitalnog vakuumskog regulatora.

Korak 5: Ažurirajte i konfigurirajte Raspberry Pi

Ažurirajte postojeći softver na svom Raspberry Pi (RPi) 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 zaslon. Najprije odaberite Napredne mogućnosti, a zatim Proširi datotečni sustav i odaberite Da. Nakon povratka na glavni izbornik Raspi-Config odaberite Omogući podizanje sustava s radne površine/grebanje i odaberite Pokretanje s konzole. Na glavnom izborniku odaberite Napredne opcije i omogućite I2C i SSH od dostupnih opcija. Na kraju odaberite Završi 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 u RPi i stvorite 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 mapu /Vac_Sensor. Koristim WinSCP za povezivanje i upravljanje datotekama na RPi -ju. Spajanje na RPi može se izvršiti putem Wi-Fi-ja ili serijske veze, ali SSH mora biti omogućen u raspi-config kako 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 primarna je datoteka za ljestvicu. Uvozi datoteku hx711.py za čitanje vakuumskog senzora putem modula HX711. Verzija hx711.py korištena za moj projekt dolazi iz tatobari/hx711py. Otkrio sam da ova verzija pruža željene značajke.

Za LCD je potreban RPi_I2C_driver.py Denisa Pleića i razdijeljen Marty Tremblay, a može se pronaći na MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotacijski koder Peter Flocker može se pronaći na

pimenu Alana Aufderheidea možete pronaći na

Datoteka config.json sadrži podatke koje program pohranjuje, a neke se stavke mogu mijenjati opcijama izbornika. Ova se datoteka 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 tlak i pohranjuje se u in-Hg vrijednosti, a mijenja se pomoću opcije izbornika Cutoff Pressure. Vrijednost "calibration_factor" ručno se postavlja u datoteci config.json, a određuje se kalibriranjem vakuumskog senzora na vakuumski mjerač. "Odmak" je vrijednost koju je stvorio Tare, a može se postaviti putem ove opcije izbornika. "Cutoff_range" raspon je ručno postavljen u datoteci config.json, a to je raspon diferencijalnog tlaka vrijednosti "vacu_set".

Granična vrijednost = "vacu_set" ± (("cutoff_range" /100) x "vacu_set")

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 datoteci /Vac_Sensor/config.json.

Za kalibriranje vakuumskog senzora potreban je točan vakuumski mjerač i podešavanje "calibration_factor" tako da odgovara izlazu prikazanom na LCD -u. Prvo, pomoću opcije izbornika Tare postavite i spremite vrijednost "pomaka" s pumpom pri atmosferskom tlaku. Zatim uključite crpku pomoću izbornika Vakuum i nakon što se tlak slegne očitajte LCD zaslon i usporedite to s vakuumskim mjeračem. ISKLJUČITE pumpu i izađite iz skripte. Prilagodite varijablu "calibration_factor" koja se nalazi u datoteci /Vac_Sensor/config.json. Ponovno pokrenite skriptu i ponovite postupak s izuzetkom Tare. Učinite potrebna podešavanja "calibration_factor" sve dok LCD zaslon ne odgovara očitanju mjerača.

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

get_value = read_average - "pomak"

tlak = get_value/ "calibration_factor"

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

Korak 8: Glavni izbornik

• Vakuum - UKLJUČUJE pumpu
• Granični pritisak - Postavite granični pritisak
• Tara - To treba učiniti bez NO vakuuma na pumpi i pri atmosferskom tlaku.
• Jedinice-Odaberite jedinice koje ćete koristiti (npr. In-Hg, mm-Hg i psi)
• Ponovno pokretanje - Ponovno pokrenite Raspberry Pi
• Isključivanje - Isključite Raspberry Pi prije isključivanja glavnog napajanja.

Korak 9: Vakuum

Pritiskom na opciju izbornika Vakuum uključit ćete pumpu i prikazati gornji zaslon. Ovaj zaslon prikazuje jedinice i postavke [Cutoff Pressure] regulatora, kao i trenutni tlak crpke. Pritisnite gumb za izlaz iz izbornika Vakuum.

Korak 10: Granični tlak

Izbornik Cutoff Pressure (Tlak granične vrijednosti) omogućuje vam odabir željenog tlaka za prekid. Okretanjem gumba promijenit će se prikazani tlak kada se postigne željeni tlak, pritisnite gumb za spremanje i izlazak iz izbornika.

11. korak: Tara

Izbornik Tare trebao bi biti napravljen bez vakuuma na crpki i mjerača koji očitava atmosferski ili nulti tlak.

Korak 12: Jedinice

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

Korak 13: Ponovno pokretanje ili isključivanje

Kao što naziv implicira, odabir jedne od ovih stavki izbornika rezultirat će ponovnim pokretanjem ili isključivanjem. Preporučuje se isključivanje Raspberry Pi prije isključivanja napajanja. Time ćete spremiti sve parametre promijenjene tijekom rada i smanjiti mogućnost oštećenja SD kartice.

Korak 14: Pokrenite pri pokretanju

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

Prijavite se u RPi i prijeđite u direktorij /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano pokretač.sh

Uključite sljedeći tekst u launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # idite do početnog direktorija, zatim do ovog direktorija, zatim izvedite python skriptu, pa se vratite homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Izađite i spremite launcher.sh

Moramo učiniti skriptu izvršnom.

pokretač chmod 755.sh

Testirajte skriptu.

sh launcher.sh

Zatim moramo urediti crontab (upravitelj zadataka za Linux) za pokretanje skripte pri pokretanju. Napomena: prethodno smo već stvorili /logs direktorij.

sudo crontab -e

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

@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 skriptu vac_sensor.py nakon ponovnog pokretanja RPi. Status skripte može se provjeriti u datotekama dnevnika koje se nalaze u mapi /logs.

Korak 15: 3D ispisani dijelovi

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

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