Цифров вакуумен регулатор: 15 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Това е вакуумна преса за фурнир (вакуумна помпа), която е модифицирана с цифров вакуумен регулатор, за да работи с избираемо вакуумно налягане. Това устройство е заместител на вакуумния контролер в моята DIY фурнирова вакуумна преса, изградена с планове от VeneerSupplies.com или JoeWoodworking.com. Това са страхотни планове и помпите работят много задоволително, както са проектирани. Въпреки това, аз съм калайджия и исках да подобря помпата си с възможността лесно и лесно да контролирам настройките на налягането (без отвертка) в по -широк диапазон от налягания с цифрово управляван регулатор.

Наскоро възникна нужда, която беше извън долните граници на моя вакуумен контролер (тип 1). Този проект изисква тип 2-вакуумен контролер за налягане в диапазона от 2 до 10 in-Hg. Замяната на моя вакуумен контролер тип 1 с модел тип 2 беше опция, но това изглеждаше непрактично, тъй като ще изисква допълнителни разходи и модификации за превключване между двата диапазона на вакуум. Идеалното решение е единичен контролер с по-широк диапазон от налягания (2 до 28 in-Hg).

Вакуумен контролер: Вакуумно контролиран микропревключвател, използван за активиране на вакуумна помпа или реле при избрано налягане. Вакуумният контролер има регулиращ винт, който ви позволява да наберете желаното ниво на вакуум. Контактите са номинални на 10 ампера при 120v AC.

Видове вакуум контролер: Тип 1 = регулируем за 10,5 "до 28" Hg (диференциал 2 до 5 "от Hg) Тип 2 = регулируем за 2" до 10 "Hg (диференциал 2 до 4" от Hg)

Стъпка 1: Съображения за проектиране

Моят дизайн заменя вакуумния контролер с цифров вакуумен регулатор (DVR). DVR ще се използва за управление на LINE-DVR линията на RELAY-30A, както е показано на схемата на главната контролна кутия. Този дизайн изисква добавяне на AC/DC 5-VDC захранване към основната контролна кутия за захранване на DVR.

Тази конструкция е в състояние да поддържа широк диапазон от вакуумни налягания, но производителността зависи изцяло от възможностите на помпата. При по -ниския диапазон на налягане голяма помпа CFM ще поддържа тези налягания, но води до по -големи колебания на диференциалното налягане в резултат на изместването на помпата. Такъв е случаят с моята 3 CFM помпа. Той е в състояние да поддържа 3 in-Hg, но колебанието на диференциалното налягане е ± 1 in-Hg, а циклите на включване на помпата, макар и рядко, продължават приблизително една или две секунди. Разликата в диференциалното налягане от ± 1 in-Hg ще доведе до налягане между 141 lbs/ft² до 283 lbs/ft². Нямам опит с вакуумно пресоване при тези ниски налягания, поради което не съм сигурен за значението на този размах на диференциалното налягане. Според мен по -малка вакуумна помпа CFM вероятно би била по -подходяща за поддържане на тези по -ниски вакуумни налягания и намаляване на диференциалните колебания на налягането.

Конструкцията на този регулатор включва Raspberry Pi Zero, MD-PS002 сензор за налягане, HX711 Wheatstone мост усилвател, LCD дисплей, 5V захранване, въртящ се енкодер и релейни модули. Всички тези части се предлагат от любимите ви доставчици на части за интернет електроника.

Избирам Raspberry Pi (RPi), защото python е предпочитаният от мен език за програмиране, а поддръжката за RPi е лесно достъпна. Сигурен съм, че това приложение може да бъде пренесено към ESP8266 или други контролери, способни да изпълняват python. Единственият недостатък на RPi е изключването е силно препоръчително, преди да го изключите, за да предотвратите повреда на SD картата.

Стъпка 2: Списък на частите

Това устройство е конструирано с части от рафта, включително Raspberry Pi, сензор за налягане, мостов усилвател HX711, LCD и други части, които струват приблизително 25 долара.

ЧАСТИ: 1ea Raspberry Pi Zero-Версия 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Вакуумен сензор Сензор за абсолютно налягане $ 1,75 1ea HX711 Натоварваща клетка и сензор за налягане 24 битов AD модул $ 0,75 1ea KY-040 Ротационен модул за кодиране $ 1 1ea 5V 1.5A 7.5W Превключващ модул за захранване 220V AC-DC Модул за понижаване $ 2,56 1ea 2004 20x4 символен LCD дисплей Модул $ 4,02 1ea 5V 1-канален релейна оптокамера $ 0,99 $ 1ea Adafruit Perma-Proto половин размер платка за платки $ 4,50 1ea 2N2222A NPN транзистор $ 0,09 2ea 10K резистори 1ea маркуч адаптер "ID x 1/4" FIP $ 3,11 1еа Месингова тръба с квадратна глава 1/4 "MIP $ 2,96 1ea GX12-2 2-пинов диаметър 12 мм мъжки и женски кабелен панел Съединител с кръгъл винт Електрически конектор с гнездо $ 0,67 1ea Proto Box (или 3D печат))

Стъпка 3: Монтаж на вакуумния сензор

Сензорът за налягане MD-PS002, произведен от Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND), има диапазон от 150 KPa (абсолютно налягане). Диапазонът на манометъра на налягането (на морското равнище) за този сензор би бил 49 до -101 KPa или 14,5 до -29,6 in -Hg. Тези сензори са лесно достъпни в eBay, banggood, aliexpress и други онлайн сайтове. Спецификациите, изброени от някои от тези доставчици, обаче са противоречиви, затова включих преведен лист „Технически параметри“от технология Mingdong.

Свързването на сензора към 24 -битов AD модул на натоварваща клетка и сензор за налягане HX711 изисква следното: свържете щифтове 3 и 4 заедно; Pin 1 (+IN) към E+; Pin 3 & 4 (-IN) към E-; Pin 2 (+ OUT) към A+ и Pin 5 (-OUT) към A- на модула HX711. Преди да опаковате кабелния сензор в месингов адаптер, покрийте проводниците и откритите ръбове на сензора с термосвиваема тръба или електрическа лента. Поставете и центрирайте сензора над отвора с бодлива зърна и след това използвайте прозрачно силиконово уплътнение, за да запечатате сензора вътре в адаптера, като внимавате да държите уплътнението далеч от лицето на сензора. Щепсел с квадратна глава от месингова тръба, който е пробит с достатъчно голям отвор, за да побере сензорния проводник, се нанизва върху проводника, напълва се със силиконово уплътнение и се завинтва върху бодловия адаптер. Избършете излишното уплътняване от монтажа и изчакайте 24 часа, докато уплътнението изсъхне преди тестване.

Стъпка 4: Електроника

Електрониката се състои от Raspberry Pi Zero (RPi), свързан към модул HX711 със сензор за налягане MD-PS002, въртящ се енкодер KY-040, релейни модули и LCD дисплей. Ротационният енкодер е свързан към RPi чрез Pin 21 към DT на енкодера, Pin 16 към CLK и Pin 20 към SW или превключвателя на енкодера. Сензорът за налягане е свързан към модула HX711, а DT и SCK щифтовете на този модул са свързани директно към Pin 5 и 6 на RPi. Релейният модул се задейства от транзисторна верига 2N2222A, която е свързана към RPi Pin 32 за източник на задействане. Нормално отворените контакти на релейния модул са свързани към LINE-SW и едната страна на бобината на 30A РЕЛЕ. Захранването и заземяването на цифровия вакуумен регулатор се захранват от пинове 1, 4, 6 и 9 на RPi. Pin 4 е 5v захранващ щифт, който е свързан директно към входа за захранване на RPi. Подробности за връзките могат да се видят в схемата на цифровия вакуумен регулатор.

Стъпка 5: Актуализирайте и конфигурирайте Raspberry Pi

Актуализирайте съществуващия софтуер на вашия Raspberry Pi (RPi) със следните инструкции от командния ред

sudo apt-get updates sudo apt-get надстройка

В зависимост от това колко остарял е вашият RPi в момента, ще определи времето, необходимо за изпълнение на тези команди. След това RPi трябва да бъде конфигурирано за I2C комуникации чрез Raspi-Config.

sudo raspi-config

Ще се появи екранът, видян по -горе. Първо изберете Разширени опции и след това Разгъване на файловата система и изберете Да. След като се върнете в главното меню на Raspi-Config, изберете Enable Boot to Desktop/Scratch и изберете Boot to Console. От главното меню изберете Разширени опции и активирайте I2C и SSH от наличните опции. Накрая изберете Finish и рестартирайте RPi.

Инсталирайте софтуерните пакети I2C и numpy за python

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

Стъпка 6: Софтуер

Влезте в RPi и създайте следните директории. /Vac_Sensor съдържа програмните файлове и /регистрационните файлове ще съдържат log файловете crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir регистрира cd Vac_Sensor

Копирайте горните файлове в папката /Vac_Sensor. Използвам WinSCP за свързване и управление на файловете на RPi. Връзката с RPi може да се осъществи чрез Wifi или серийна връзка, но SSH трябва да бъде активиран в raspi-config, за да позволи този тип връзка.

Основната програма е vac_sensor.py и може да се изпълнява от командния ред. За да тествате скрипта, въведете следното:

sudo python vac_sensor.py

Както бе споменато по -рано, скриптът vac_sensor.py е основният файл за скалата. Той импортира файла hx711.py за четене на вакуумния сензор чрез модул HX711. Версията на hx711.py, използвана за моя проект, идва от tatobari/hx711py. Открих, че тази версия предоставя необходимите функции.

LCD дисплеят изисква RPi_I2C_driver.py от Денис Плейч и раздвоен от Marty Tremblay и може да бъде намерен на MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Ротационен енкодер от Питър Флокър можете да намерите на

pimenu от Alan Aufderheide може да се намери на

Файлът config.json съдържа данните, съхранявани от програмата, а някои елементи могат да бъдат променяни чрез опциите на менюто. Този файл се актуализира и записва при Shutdown. "Единиците" могат да бъдат настроени чрез опцията в менюто Units или като in-Hg (по подразбиране), mm-Hg или psi. "Вакуумният_набор" е граничното налягане и се съхранява като стойност в-Hg и се променя чрез опцията от менюто Нарязващо налягане. Стойността „calibration_factor“се задава ръчно във файла config.json и се определя чрез калибриране на вакуумния сензор до манометър. "Отместването" е стойност, създадена от Tare, и може да бъде зададена чрез тази опция от менюто. "Cutoff_range" се задава ръчно във файла config.json и е диапазонът на диференциалното налягане на стойността "vacu_set".

Стойност на границата = "вакуум_набор" ± (("граничен диапазон" /100) x "вакуумен_набор")

Моля, обърнете внимание, че "calibration_factor" и "offset" може да се различават от тези, които имам. Пример за файл config.json:

Стъпка 7: Калибриране

Калибрирането е много по -лесно с помощта на SSH и изпълнението на следните команди:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Излизането от скрипта на python може да се извърши чрез Ctrl-C и могат да се направят промени във файла /Vac_Sensor/config.json.

Калибрирането на вакуумния сензор изисква точен манометър и настройка на „calibration_factor“, за да съответства на изхода, показан на LCD дисплея. Първо, използвайте опцията от менюто Tare, за да зададете и запазите стойността на „отместване“с помпата при атмосферно налягане. След това включете помпата с менюто Вакуум и след като налягането се установи, прочетете LCD дисплея и го сравнете с вакуумметъра. Изключете помпата и излезте от скрипта. Регулирайте променливата "calibration_factor", намираща се във файла /Vac_Sensor/config.json. Рестартирайте скрипта и повторете процеса с изключение на Tare. Направете необходимите корекции на „calibration_factor“, докато LCD дисплеят съвпадне с показанията на манометъра.

"Калибриращият_фактор" и "изместването" влияят на дисплея чрез следните изчисления:

get_value = read_average - "offset"

налягане = get_value/ "calibration_factor"

Използвах стар вакуумен манометър на Peerless Engine, за да калибрирам регулатора, вместо вакуумметъра на моята помпа, тъй като той беше счупен калибриране. Габаритът Peerless е с диаметър 3-3/4 (9,5 см) и много по-лесен за четене.

Стъпка 8: Главно меню

• Вакуум - Включва помпата
• Cutoff Pressure - Настройте граничното налягане
• Тара - Това трябва да се направи без БЕЗ вакуум на помпата и при атмосферно налягане.
• Единици-Изберете мерните единици, които да се използват (напр. In-Hg, mm-Hg и psi)
• Рестартиране - Рестартирайте Raspberry Pi
• Изключване - Изключете Raspberry Pi преди да изключите основното захранване.

Стъпка 9: Вакуумирайте

Натискането на опцията от менюто Вакуум ще включи помпата и ще покаже горния екран. Този екран показва единиците и [Cutoff Pressure] на регулатора, както и текущото налягане на помпата. Натиснете копчето, за да излезете от менюто Вакуум.

Стъпка 10: Пределно налягане

Менюто Cutoff Pressure ви позволява да изберете желаното налягане за прекъсване. Завъртането на копчето ще промени показаното налягане, когато се достигне желаното налягане, натиснете бутона, за да запазите и излезете от менюто.

Стъпка 11: Тара

Менюто Tara трябва да се прави без БЕЗ вакуум на помпата и манометърът да отчита атмосферно или нулево налягане.

Стъпка 12: Единици

Менюто Units ще даде възможност за избор на работни единици и дисплей. Единицата по подразбиране е in-Hg, но също могат да бъдат избрани mm-Hg и psi. Текущата единица ще бъде обозначена със звездичка. За да изберете единица, преместете курсора до желаната единица и натиснете копчето. Накрая преместете курсора към Назад и натиснете копчето, за да излезете и запазите.

Стъпка 13: Рестартиране или изключване

Както подсказва името, избирането на един от тези елементи от менюто ще доведе до рестартиране или изключване. Силно се препоръчва Raspberry Pi да бъде изключен преди изключването на захранването. Това ще запази всички параметри, променени по време на работа, и ще намали възможността за повреда на SD картата.

Стъпка 14: Стартирайте при стартиране

Има отличен инструктируем Raspberry Pi: Стартирайте скрипта на Python при стартиране за стартиране на скриптове при стартиране.

Влезте в RPi и преминете към директорията /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Включете следния текст в launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # отидете в началната директория, след това в тази директория, след това изпълнете скрипта на python, след това обратно homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Излезте и запишете launcher.sh

Трябва да направим скрипта изпълним.

chmod 755 launcher.sh

Тествайте скрипта.

sh launcher.sh

След това трябва да редактираме crontab (диспечера на задачите на Linux), за да стартираме скрипта при стартиране. Забележка: вече сме създали директорията /logs.

sudo crontab -e

Това ще доведе до прозореца crontab, както се вижда по -горе. Придвижете се до края на файла и въведете следния ред.

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

Излезте и запишете файла и рестартирайте RPi. Скриптът трябва да стартира скрипта vac_sensor.py след рестартиране на RPi. Състоянието на скрипта може да се провери в лог файловете, намиращи се в /logs папката.

Стъпка 15: 3D отпечатани части

Това са частите, които проектирах във Fusion 360 и отпечатах за кутията, копчето, капака на кондензатора и винтовата скоба.

Използвах един модел за 1/4 NPT гайка от Thingiverse, за да свържа комплекта на вакуумния сензор към кутията. Файловете, създадени от ostariya, могат да бъдат намерени на NPT 1/4 Thread.