Digitalni vakuumski regulator: 15 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

To je vakuumska stiskalnica za furnir (vakuumska črpalka), ki je bila spremenjena z digitalnim vakuumskim regulatorjem za delovanje z nastavljivim vakuumskim tlakom. Ta naprava je nadomestek za vakuumski krmilnik v moji vakuumski stiskalnici za izdelavo furnirja DIY, narejenem po načrtih VeneerSupplies.com ali JoeWoodworking.com. To so veliki načrti in črpalke delujejo zelo zadovoljivo, kot je bilo načrtovano. Vendar pa sem roparica in želel sem izboljšati svojo črpalko z zmožnostjo enostavnega in hitrega nadzora nastavitev tlaka (brez izvijača) v širšem razponu tlakov z digitalno krmiljenim regulatorjem.

Pred kratkim se je pojavila potreba, ki je presegala spodnje meje mojega vakuumskega krmilnika (tip 1). Ta projekt je zahteval regulator tipa 2-vakuum za tlake v razponu od 2 do 10 in-Hg. Zamenjava vakuumskega krmilnika tipa 1 z modelom tipa 2 je bila možnost, vendar se je to zdelo nepraktično, saj bi za preklapljanje med dvema območjema vakuuma potrebovali dodatne stroške in spremembe. Idealna rešitev je en sam regulator s širšim razponom tlakov (2 do 28 in-Hg).

Vakuumski krmilnik: Vakuumsko krmilno stikalo, ki se uporablja za aktiviranje vakuumske črpalke ali releja pri izbranem tlaku. Regulator vakuuma ima nastavitveni vijak, ki vam omogoča izbiro želene ravni vakuuma. Stiki so ocenjeni na 10 amperov pri 120v AC.

Vrste vakuumskega regulatorja: Tip 1 = nastavljiv za 10,5 "do 28" Hg (diferencial 2 do 5 "Hg) Tip 2 = nastavljiv za 2" do 10 "Hg (Diferencial 2 do 4" Hg)

1. korak: Oblikovanje

Moja zasnova nadomešča vakuumski krmilnik z digitalnim vakuumskim regulatorjem (DVR). DVR bo uporabljen za krmiljenje linije LINE-DVR RELAY-30A, kot je prikazano na shemi glavne krmilne omarice. Ta zasnova zahteva dodajanje AC/DC 5-VDC napajalnika v glavno krmilno omarico za napajanje DVR.

Ta zasnova lahko vzdržuje širok razpon vakuumskih tlakov, vendar je zmogljivost v celoti odvisna od zmogljivosti črpalke. Pri nižjem območju tlaka bo velika črpalka CFM vzdrževala te tlake, vendar bo zaradi premika črpalke povzročila večje nihanje diferenčnega tlaka. To velja za mojo črpalko 3 CFM. Sposoben je vzdrževati 3 in-Hg, vendar je nihanje diferenčnega tlaka ± 1 in-Hg, cikli vklopa črpalke, čeprav redki, trajajo približno eno ali dve sekundi. Diferenčni nihanje tlaka za ± 1 in-Hg bo povzročilo tlake med 141 lbs/ft² do 283 lbs/ft². Nimam izkušenj z vakuumskim stiskanjem pri teh nizkih tlakih, zato nisem prepričan o pomenu tega nihanja diferenčnega tlaka. Po mojem mnenju bi bila manjša vakuumska črpalka CFM verjetno primernejša za vzdrževanje teh nižjih vakuumskih tlakov in zmanjšanje nihanja diferenčnega tlaka.

Konstrukcija tega regulatorja vključuje Raspberry Pi Zero, MD-PS002 tlačni senzor, HX711 Wheatstoneov ojačevalni modul, LCD zaslon, 5V napajanje, rotacijski dajalnik in relejni modul. Vsi ti deli so na voljo pri vaših najljubših dobaviteljih spletnih elektronskih delov.

Izbral sem Raspberry Pi (RPi), ker je python moj najljubši programski jezik, podpora za RPi pa je na voljo. Prepričan sem, da bi to aplikacijo lahko prenesli na ESP8266 ali druge krmilnike, ki lahko izvajajo python. Edina pomanjkljivost RPi je zaustavitev, ki je zelo priporočljiva, preden jo izklopite, da preprečite poškodbe kartice SD.

2. korak: Seznam delov

Ta naprava je izdelana iz sestavnih delov, vključno z Raspberry Pi, tlačnim senzorjem, mostovnim ojačevalnikom HX711, LCD -jem in drugimi deli, ki stanejo približno 25 USD.

DELI: 1ea Raspberry Pi Zero-Različica 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Vakuumski senzor Absolutni tlak senzorja 1,75 $ 1ea HX711 Obremenitvena celica in tlačni senzor 24 bitni modul AD 0,75 $ 1ea KY-040 Modul rotacijskega dajalnika 1 $ 1ea 5V 1,5A 7,5 W Stikalni modul 220V Modul AC-DC Step Down Modul 2,56 USD 1ea 2004 20x4 znakovni LCD-prikazovalni modul 4,02 USD 1ea 5V 1-kanalni optični sklopni relejski modul 0,99 USD 1ea Adafruit Perma-Proto polovična tiskalna vezja polovice velikosti 4,50 USD 1ea 2N2222A NPN tranzistor 0,09 USD 2ea 10K upori 1ea cev Barb Adapter "ID x 1/4" FIP 3,11 USD 1ea Medeninasta cev s kvadratno glavo 1/4 "MIP 2,96 USD 1ea GX12-2 2-polni premer 12 mm Moški in ženski konektor za žično ploščo Krožni vijak Tip električnega priključka Vtičnica 0,67 USD 1ea Proto Box (ali 3D natisnjeno)

3. korak: Sestava vakuumskega senzorja

Senzor tlaka MD-PS002 proizvajalca Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) ima razpon 150 KPa (absolutni tlak). Območje merilnega tlaka (na morski gladini) za ta senzor bi bilo 49 do -101 KPa ali 14,5 do -29,6 in -Hg. Ti senzorji so na voljo na spletnih mestih eBay, banggood, aliexpress in drugih. Vendar so specifikacije nekaterih teh dobaviteljev v nasprotju, zato sem vključil preveden list "Tehnični parametri" iz tehnologije Mingdong.

Za priključitev senzorja na 24 -bitni modul AD HX711 merilne celice in senzorja tlaka HX711 je potrebno naslednje: povežite nožice 3 in 4 skupaj; Pin 1 (+IN) na E+; Pin 3 & 4 (-IN) na E-; Pin 2 (+ OUT) na A+ in Pin 5 (-OUT) na A- modula HX711. Pred zapakiranjem žičnega senzorja v medeninasti adapter položite kable in izpostavljene robove senzorja s toplotno skrčljivo cevjo ali električnim trakom. Senzor vstavite in centrirajte nad odprtino bodeče bradavice, nato pa uporabite prozorno silikonsko tesnilo, da zatesnite senzor v adapterju, pri tem pazite, da tesnilo ne bo na površini senzorja. Čep iz kvadratne glave iz medeninaste cevi, ki je bil izvrtan z dovolj veliko luknjo, da sprejme žico senzorja, je navit čez žico, napolnjen s silikonskim tesnilom in privit na bodeči adapter. Odstranite odvečno tesnilo iz sklopa in počakajte 24 ur, da se posuši, preden se posuši.

4. korak: Elektronika

Elektronika je sestavljena iz Raspberry Pi Zero (RPi), priključenega na modul HX711 s senzorjem tlaka MD-PS002, rotacijskim dajalnikom KY-040, relejnim modulom in LCD zaslonom. Rotacijski dajalnik je povezan z RPi preko Pin 21 do DT dajalnika, Pin 16 do CLK in Pin 20 do SW ali stikala dajalnika. Senzor tlaka je priključen na modul HX711, nožici DT in SCK tega modula pa neposredno na pin 5 in 6 RPi. Relejni modul sproži tranzistorsko vezje 2N2222A, ki je priključeno na RPi Pin 32 za vir sprožilca. Normalno odprti kontakti relejnega modula so povezani z LINE-SW in eno stranjo tuljave 30A RELEJA. Napajanje in ozemljitev digitalnega vakuumskega regulatorja se dobavljata z zatiči 1, 4, 6 in 9 RPi. Pin 4 je napajalni pin 5v, ki je priključen neposredno na vhod za napajanje RPi. Podrobnosti o povezavah so prikazane v shemi digitalnega vakuumskega regulatorja.

5. korak: Posodobite in konfigurirajte Raspberry Pi

Posodobite obstoječo programsko opremo na vašem Raspberry Pi (RPi) z naslednjimi navodili za ukazne vrstice

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

Odvisno od tega, kako zastarel je vaš RPi, bo določen čas, potreben za dokončanje teh ukazov. Nato je treba RPi konfigurirati za komunikacijo I2C prek Raspi-Config.

sudo raspi-config

Prikazal se bo zgornji zaslon. Najprej izberite Napredne možnosti, nato Razširi datotečni sistem in izberite Da. Po vrnitvi v glavni meni programa Raspi-Config izberite Omogoči zagon na namizje/praskanje in izberite Zagon v konzolo. V glavnem meniju izberite Napredne možnosti in med razpoložljivimi možnostmi omogočite I2C in SSH. Na koncu izberite Dokončaj in znova zaženite RPi.

Namestite programske pakete I2C in numpy za python

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

6. korak: Programska oprema

Prijavite se v RPi in ustvarite naslednje imenike. /Vac_Sensor vsebuje programske datoteke in /dnevniki bodo vsebovali datoteke dnevnika crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir beleži cd Vac_Sensor

Kopirajte zgornje datoteke v mapo /Vac_Sensor. Za povezovanje in upravljanje datotek na RPi uporabljam WinSCP. Povezava z RPi se lahko izvede prek Wi-Fi ali serijske povezave, vendar je treba v raspi-config omogočiti SSH, da omogočite to vrsto povezave.

Primarni program je vac_sensor.py in se lahko zažene iz ukaznega poziva. Če želite preizkusiti skript, vnesite naslednje:

sudo python vac_sensor.py

Kot smo že omenili, je skript vac_sensor.py primarna datoteka za lestvico. Uvozi datoteko hx711.py za branje vakuumskega senzorja prek modula HX711. Različica hx711.py, uporabljena za moj projekt, izvira iz tatobari/hx711py. Našel sem to različico z želenimi funkcijami.

Za LCD -zaslon je potreben RPi_I2C_driver.py Denisa Pleica in razcepljen Marty Tremblay, najdete pa ga na naslovu MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotacijski kodir Peter Flocker najdete na

pimenu Alana Aufderheidea najdete na

Datoteka config.json vsebuje podatke, ki jih shrani program, nekatere elemente pa lahko spremenite z možnostmi menija. Ta datoteka se ob zaustavitvi posodobi in shrani. "Enote" lahko nastavite prek možnosti menija Enote bodisi kot -Hg (privzeto), mm-Hg ali psi. "Vakuum_nastavka" je mejni tlak in se shrani kot vrednost v-Hg in se spremeni z možnostjo mejnega mejnega tlaka. Vrednost "calibration_factor" je ročno nastavljena v datoteki config.json in se določi s kalibriranjem vakuumskega senzorja na vakuumski merilnik. "Odmik" je vrednost, ki jo ustvari Tare, in jo lahko nastavite s to možnostjo menija. "Cutoff_range" je ročno nastavljen v datoteki config.json in je območje diferenčnega tlaka vrednosti "vacu_set".

Mejna vrednost = "vakuumski_nabor" ± (("mejni_razpon" /100) x "vakuumski_nabor")

Upoštevajte, da se lahko vaš "calibration_factor" in "offset" razlikujeta od tistih, ki jih imam. Primer datoteke config.json:

7. korak: Umerjanje

Kalibracijo je veliko lažje narediti s pomočjo SSH in izvajanjem naslednjih ukazov:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Izhod iz skripta python lahko izvedete prek Ctrl-C, datoteko /Vac_Sensor/config.json pa lahko spremenite.

Za umerjanje vakuumskega senzorja je potreben natančen merilnik vakuuma in nastavitev "calibration_factor" tako, da ustreza izhodu, prikazanemu na LCD -prikazovalniku. Najprej uporabite možnost menija Tare, da nastavite in shranite vrednost "offset" s črpalko pri atmosferskem tlaku. Nato vklopite črpalko z menijem Vakuum in potem, ko se tlak ustali, preberite LCD zaslon in to primerjajte z vakuumskim merilnikom. IZKLOPITE črpalko in zapustite skript. Prilagodite spremenljivko "calibration_factor", ki se nahaja v datoteki /Vac_Sensor/config.json. Znova zaženite skript in ponovite postopek, razen Tare. Naredite potrebne nastavitve "calibration_factor", dokler se LCD zaslon ne ujema z odčitkom merilnika.

"Calibration_factor" in "offset" vplivata na prikaz z naslednjimi izračuni:

get_value = read_average - "offset"

tlak = get_value/ "calibration_factor"

Za umerjanje regulatorja sem namesto vakuumskega merilnika na črpalki uporabil stari vakuumski merilnik brez motorja, ker je bil umerjen. Merilnik Peerless ima premer 9,5 cm (3-3/4 ) in je veliko lažje berljiv.

8. korak: Glavni meni

• Vakuum - VKLOPI črpalko
• Mejni tlak - Nastavite mejni tlak
• Tara - To je treba storiti brez vakuuma na črpalki in pri atmosferskem tlaku.
• Enote-izberite enote, ki jih želite uporabiti (npr. V-Hg, mm-Hg in psi)
• Znova zaženite - znova zaženite Raspberry Pi
• Zaustavitev - Izklopite Raspberry Pi, preden izklopite glavno napajanje.

9. korak: Vakuum

S pritiskom na menijsko možnost Vacuum (Črpalka) se vklopi in prikaže zgornji zaslon. Na tem zaslonu so prikazane nastavitve enot in [Cutoff Pressure] regulatorja ter trenutni tlak črpalke. Pritisnite gumb za izhod iz menija Vacuum.

10. korak: Mejni tlak

Meni Cutoff Pressure (Tlak meje) vam omogoča, da izberete želeni tlak za mejo. Z vrtenjem gumba se spremeni prikazani tlak, ko dosežete želeni tlak, pritisnite gumb za shranjevanje in izhod iz menija.

11. korak: Tara

Meni Tare je treba izvesti brez vakuuma na črpalki in na merilniku, ki odčitava atmosferski ali ničelni tlak.

12. korak: Enote

V meniju Enote boste lahko izbrali enote delovanja in prikaz. Privzeta enota je v-Hg, lahko pa izberete tudi mm-Hg in psi. Trenutna enota bo označena z zvezdico. Če želite izbrati enoto, premaknite kazalec na želeno enoto in pritisnite gumb. Na koncu premaknite kazalec na Nazaj in pritisnite gumb za izhod in shranjevanje.

Korak: Ponovni zagon ali zaustavitev

Kot pove že ime, bo izbira ene od teh postavk menija povzročila ponovni zagon ali zaustavitev. Pred izklopom napajanja je zelo priporočljivo, da se Raspberry Pi izklopi. Tako boste shranili vse parametre, ki so bili spremenjeni med delovanjem, in zmanjšali možnost poškodb kartice SD.

14. korak: Zaženi ob zagonu

Za zagon skriptov ob zagonu je na voljo odličen Instructable Raspberry Pi: Zaženite skript Python ob zagonu.

Prijavite se v RPi in pojdite v imenik /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

V program launcher.sh vključite naslednje besedilo

#!/bin/sh # launcher.sh # pojdite v domači imenik, nato v ta imenik, nato izvedite skript python, nato nazaj homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Zaprite in shranite launcher.sh

Skript moramo narediti izvedljivo.

chmod 755 launcher.sh

Preizkusite skript.

sh launcher.sh

Nato moramo urediti crontab (upravitelj opravil linux), da zažene skript ob zagonu. Opomba: imenik /logs smo že ustvarili.

sudo crontab -e

Tako se prikaže okno crontab, kot je prikazano zgoraj. Pomaknite se na konec datoteke in vnesite naslednjo vrstico.

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

Zaprite in shranite datoteko ter znova zaženite RPi. Skript bi moral po ponovnem zagonu RPi zagnati skript vac_sensor.py. Stanje skripta lahko preverite v dnevniških datotekah v mapi /logs.

Korak 15: 3D natisnjeni deli

To so deli, ki sem jih oblikoval v Fusion 360 in natisnil za ohišje, gumb, pokrov kondenzatorja in nosilec.

Za povezavo 1/4 NPT matice iz Thingiverse sem uporabil en sklop vakuumskega senzorja na ohišje. Datoteke, ki jih je ustvarila ostariya, najdete na NPT 1/4 Thread.