Digital vakuumregulator: 15 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Dette er en finérvakuumpress (vakuumpumpe) som har blitt modifisert med en digital vakuumregulator for å fungere med et valgbart vakuumtrykk. Denne enheten er en erstatning for vakuumkontrolleren i min DIY finer vakuumpress bygget med planer fra VeneerSupplies.com eller JoeWoodworking.com. Dette er flotte planer, og pumpene fungerer veldig tilfredsstillende slik de er designet. Imidlertid er jeg en tinkerer, og jeg ønsket å forbedre pumpen min med muligheten til enkelt og lett å kontrollere trykkinnstillingene (uten en skrutrekker) over et større trykkområde med en digitalt kontrollert regulator.

Nylig oppstod et behov som var utenfor de nedre grensene for min vakuumkontroller (type 1). Dette prosjektet krevde en Type 2-vakuumkontroller for trykk i området 2 til 10 in-Hg. Å bytte ut type 1-vakuumkontrolleren min med en type 2-modell var et alternativ, men dette virket upraktisk siden det ville kreve en ekstra kostnad og modifikasjoner å bytte mellom de to vakuumområdene. Den ideelle løsningen er en enkelt kontroller med et større trykkområde (2 til 28 in-Hg).

Vakuumkontroller: En vakuumstyrt mikrobryter som brukes til å aktivere en vakuumpumpe eller relé ved et valgt trykk. Vakuumkontrolleren har en justeringsskrue som lar deg slå inn ønsket vakuumnivå. Kontaktene er vurdert til 10 ampere ved 120v AC.

Typer vakuumkontroller: Type 1 = justerbar for 10,5 "til 28" Hg (differensial 2 til 5 "av Hg) Type 2 = justerbar for 2" til 10 "av Hg (differensial 2 til 4" av Hg)

Trinn 1: Designhensyn

Designet mitt erstatter vakuumkontrolleren med en digital vakuumregulator (DVR). DVR-en vil bli brukt til å styre LINE-DVR-linjen til RELAY-30A som vist i skjemaet for hovedkontrollboksen. Denne designen krever tillegg av en AC/DC 5-VDC strømforsyning til hovedkontrollboksen for å drive DVR.

Denne konstruksjonen er i stand til å opprettholde et bredt spekter av vakuumtrykk, men ytelsen er helt avhengig av pumpens evne. Ved det lavere trykkområdet vil en stor CFM -pumpe opprettholde disse trykkene, men resultere i større differanser i trykktrykk som følge av forskyvning av pumpen. Dette er tilfelle for min 3 CFM pumpe. Den er i stand til å opprettholde 3 in-Hg, men differensialtrykksvingen er ± 1 in-Hg, og ON-syklusene til pumpen, selv om de er sjeldne, varer omtrent ett eller to sekunder. En differensial trykksving på ± 1 in-Hg vil føre til trykk mellom 141 lbs/ft² til 283 lbs/ft². Jeg har ingen erfaring med vakuumpressing ved disse lavtrykkene, derfor er jeg ikke sikker på betydningen av denne differensialtrykksvingen. Etter min mening ville en mindre CFM -vakuumpumpe trolig være mer hensiktsmessig for å opprettholde disse lavere vakuumtrykkene og redusere differansetrykket.

Konstruksjonen til denne regulatoren inkluderer en Raspberry Pi Zero, MD-PS002 trykksensor, HX711 Wheatstone Bridge forsterkermodul, LCD-skjerm, 5V strømforsyning, roterende encoder og en relemodul. Alle disse delene er tilgjengelige fra din favoritt internettelektronikkdeleleverandører.

Jeg velger en Raspberry Pi (RPi) fordi python er mitt foretrukne programmeringsspråk, og støtten for RPi er lett tilgjengelig. Jeg er sikker på at denne applikasjonen kan overføres til en ESP8266 eller andre kontrollere som kan kjøre python. Den eneste ulempen med RPi er en Shutdown som anbefales på det sterkeste før du slår den av for å forhindre korrupsjon av SD -kortet.

Trinn 2: Deleliste

Denne enheten er konstruert med deler fra hyllen inkludert en Raspberry Pi, trykksensor, HX711 broforsterker, LCD og andre deler som koster omtrent $ 25.

DELE: 1ea Raspberry Pi Zero-Versjon 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Vakuumsensor Absolutt trykksensor $ 1.75 1ea HX711 Lastcelle og trykksensor 24-biters AD-modul $ 0.75 1ea KY-040 Rotary Encoder Module $ 1 1ea 5V 1.5A 7.5W Switch Power Module 220V AC-DC Step Down Module $ 2.56 1ea 2004 20x4 Character LCD Display Module $ 4.02 1ea 5V 1-Channel Optocoupler Relay Module $ 0.99 1ea Adafruit Perma-Proto Half-sized Breadboard PCB $ 4.50 1ea 2N2222A NPN Transistor $ 0.09 2ea 10K motstander 1ea Slange Barb Adapter 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea Messing Pipe Square Head Plug 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 2 Pin Diameter 12mm Mann og hunn Wire Panel Connector Sirkulær skruetype Elektrisk kontakt Stikkontakt $ 0.67 1ea Proto Box (eller 3D-trykt))

Trinn 3: Vakuumsensormontering

MD-PS002 trykksensor produsert av Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) har en rekkevidde på 150 KPa (absolutt trykk). Målerens trykkområde (ved havnivå) for denne sensoren vil være 49 til -101 KPa eller 14,5 til -29,6 in -Hg. Disse sensorene er lett tilgjengelige på eBay, banggood, aliexpress og andre nettsteder. Spesifikasjonene som er oppført av noen få av disse leverandørene er imidlertid i konflikt, derfor har jeg tatt med et oversatt "Tekniske parametere" -ark fra en Mingdong -teknologi.

Koble sensoren til en HX711 Load Cell og Pressure sensor 24 bit AD modul krever følgende: koble Pins 3 & 4 sammen; Pin 1 (+IN) til E+; Pin 3 & 4 (-IN) til E-; Pin 2 (+ OUT) til A+ og Pin 5 (-OUT) til A- på HX711-modulen. Før du pakker den kablede sensoren i en messingadapter, dekker du ledningene og de eksponerte kantene på sensoren med krympeslange eller elektrisk tape. Sett inn og sentrer sensoren over hullene på tappene, og bruk deretter gjennomsiktig silikonforsegling for å forsegle sensoren inne i adapteren mens du passer på å holde tetningen borte fra sensorens ansikt. En Messing Pipe Square Head Plug som har blitt boret med et hull som er stort nok til å ta imot sensortråden, er gjenget over ledningen, fylt med silikonpakning og skrudd på adapteren med hull. Tørk av overflødig tetning fra enheten, og vent 24 timer til tetningen tørker før du tester.

Trinn 4: Elektronikk

Elektronikken består av en Raspberry Pi Zero (RPi) koblet til en HX711-modul med en MD-PS002 trykksensor, KY-040 Rotary Encoder, relemodul og en LCD-skjerm. Rotary Encoder er koblet til RPi via Pin 21 til DT på encoder, Pin 16 til CLK og Pin 20 til SW eller switch på encoder. Trykkføleren er koblet til HX711 -modulen, og DT- og SCK -pinnene på denne modulen er koblet direkte til pin 5 og 6 i RPi. Relemodulen utløses av en 2N2222A transistorkrets som er koblet til RPi Pin 32 for en triggerkilde. De normalt åpne kontaktene på relemodulen er koblet til LINE-SW og den ene siden av spolen til 30A RELEY. Strøm og jord for den digitale vakuumregulatoren leveres av pinnene 1, 4, 6 og 9 i RPi. Pin 4 er 5v power pin, som er koblet direkte til RPi's strøminngang. Detaljer om tilkoblingene kan ses i skjemaet for digital vakuumregulator.

Trinn 5: Oppdater og konfigurer Raspberry Pi

Oppdater den eksisterende programvaren på Raspberry Pi (RPi) med følgende kommandolinjeinstruksjoner

sudo apt-get oppdateringer sudo apt-get oppgradering

Avhengig av hvor utdatert RPi-en din er på det tidspunktet, vil bestemme hvor lang tid det tar å fullføre disse kommandoene. Deretter må RPi konfigureres for I2C-kommunikasjon via Raspi-Config.

sudo raspi-config

Skjermen sett ovenfor vil vises. Velg først Avanserte alternativer og deretter Utvid filsystem og velg Ja. Etter å ha kommet tilbake til hovedmenyen i Raspi-Config, velg Aktiver oppstart til skrivebord/Skrap og velg å starte til konsoll. Velg Avanserte alternativer fra hovedmenyen, og aktiver I2C og SSH fra de tilgjengelige alternativene. Til slutt velger du Fullfør og starter RPi på nytt.

Installer I2C og numpy programvarepakker for python

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

Trinn 6: Programvare

Logg deg på RPi og opprett følgende kataloger. /Vac_Sensor inneholder programfilene og /logger vil inneholde crontab -loggfilene.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logger cd Vac_Sensor

Kopier filene ovenfor til /Vac_Sensor -mappen. Jeg bruker WinSCP til å koble til og administrere filene på RPi. Tilkobling til RPi kan kanskje gjøres via Wifi eller seriell tilkobling, men SSH må være aktivert i raspi-config for å tillate denne typen tilkobling.

Det primære programmet er vac_sensor.py og kan kjøres fra ledeteksten. For å teste skriptet, skriv inn følgende:

sudo python vac_sensor.py

Som nevnt tidligere er vac_sensor.py -skriptet den primære filen for skalaen. Den importerer hx711.py -filen for å lese vakuumsensoren via HX711 -modulen. Versjonen av hx711.py som ble brukt til prosjektet mitt kommer fra tatobari/hx711py. Jeg fant denne versjonen gitt funksjonene jeg ønsket.

LCD -skjermen krever RPi_I2C_driver.py av Denis Pleic og forked av Marty Tremblay, og finnes på MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotary Encoder av Peter Flocker finner du på

pimenu av Alan Aufderheide finner du på

Config.json -filen inneholder dataene som er lagret av programmet, og noen elementer kan endres med menyalternativer. Denne filen oppdateres og lagres ved nedleggelse. "Enhetene" kan konfigureres via menyalternativet Enheter enten som in-Hg (standard), mm-Hg eller psi. "Vakuum_sett" er cutoff-trykket, og lagres som in-Hg-verdi, og endres av menyalternativet Cutoff Pressure. En "kalibrerings_faktor" -verdi settes manuelt i config.json -filen, og bestemmes ved å kalibrere vakuumsensoren til en vakuummåler. "Offset" er verdien som er opprettet av Tare, og kan settes via dette menyalternativet. "Cutoff_range" settes manuelt i config.json -filen, og er differensialtrykkområdet til "vacuum_set" -verdien.

Cutoff Value = "vacuum_set" ± (("cutoff_range" /100) x "vacuum_set")

Vær oppmerksom på at "kalibrerings_faktor" og "forskyvning" kan avvike fra dem jeg har. Eksempel config.json -fil:

Trinn 7: Kalibrering

Kalibrering er mye enklere å bruke SSH og kjøre følgende kommandoer:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Avslutte python-skriptet kan gjøres via Ctrl-C, og endringer kan gjøres i /Vac_Sensor/config.json-filen.

Kalibrering av vakuumsensoren krever en nøyaktig vakuummåler og justering av "calibration_factor" for å matche utgangen som vises på LCD -skjermen. Bruk først menyen Tare til å angi og lagre "offset" -verdien med pumpen ved atmosfærisk trykk. Slå deretter på pumpen med vakuummenyen, og etter at trykket har lagt seg, les LCD -displayet og sammenlign dette med vakuummåleren. Slå av pumpen og avslutt skriptet. Juster variabelen "calibration_factor" i filen /Vac_Sensor/config.json. Start skriptet på nytt og gjenta prosessen med unntak av Tare. Gjør de nødvendige justeringene av "kalibrerings_faktoren" til LCD -displayet samsvarer med måleravlesningen.

"Kalibrerings_faktoren" og "forskyvningen" påvirker displayet via følgende beregninger:

get_value = read_average - "offset"

trykk = get_value/ "calibration_factor"

Jeg brukte en gammel Peerless Engine Vacuum Gauge for å kalibrere regulatoren i stedet for vakuummåleren på pumpen min fordi den hadde blitt slått ut kalibrering. Peerless-måleren er 9,5 cm i diameter og mye lettere å lese.

Trinn 8: Hovedmeny

• Vakuum - Slår på pumpen
• Cutoff Pressure - Still inn cutoff -trykket
• Tare - Dette bør gjøres uten noe vakuum på pumpen og ved atmosfærisk trykk.
• Enheter-Velg enhetene som skal brukes (f.eks. In-Hg, mm-Hg og psi)
• Reboot - Start Raspberry Pi på nytt
• Slå av - Slå av Raspberry Pi før du slår av strømmen.

Trinn 9: Støvsug

Hvis du trykker på vakuummenyalternativet, slås pumpen PÅ og skjermen ovenfor vises. Dette skjermbildet viser enhetene og [Cutoff Pressure] -innstillingene til regulatoren, samt pumpens nåværende trykk. Trykk på knappen for å gå ut av vakuummenyen.

Trinn 10: Cutoff Pressure

Med Cutoff Pressure -menyen kan du velge ønsket trykk for cutoff. Når du dreier på knappen, endres trykket som vises når ønsket trykk er nådd. Trykk på knappen for å lagre og gå ut av menyen.

Trinn 11: Tare

Tara -menyen bør gjøres med INGEN vakuum på pumpen og måleren måler atmosfærisk eller null trykk.

Trinn 12: Enheter

Menyen Enheter gir mulighet for valg av driftsenheter og visninger. Standardenheten er in-Hg, men mm-Hg og psi kan også velges. Den nåværende enheten vil bli angitt med en stjerne. For å velge en enhet, flytt markøren til ønsket enhet og trykk på knappen. Til slutt flytter du markøren til Tilbake og trykker på knappen for å avslutte og lagre.

Trinn 13: Start på nytt eller slå av

Som navnet tilsier, vil valg av ett av disse menyelementene resultere i en omstart eller nedleggelse. Det anbefales på det sterkeste at Raspberry Pi slås av før strømmen slås AV. Dette vil lagre eventuelle parametere som er endret under drift, og redusere muligheten for å ødelegge SD -kortet.

Trinn 14: Kjør ved oppstart

Det er en utmerket Instructable Raspberry Pi: Start Python -skript ved oppstart for å kjøre et skript ved oppstart.

Logg deg på RPi og bytt til /Vac_Sensor -katalogen.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Inkluder følgende tekst i launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # naviger til hjemmekatalogen, deretter til denne katalogen, kjør deretter python -skript, deretter tilbake homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Avslutt og lagre launcher.sh

Vi må gjøre skriptet kjørbart.

chmod 755 launcher.sh

Test skriptet.

sh launcher.sh

Deretter må vi redigere crontab (linux task manager) for å starte skriptet ved oppstart. Merk: Vi har allerede opprettet katalogen /logger tidligere.

sudo crontab -e

Dette vil bringe crontab -vinduet som vist ovenfor. Naviger til slutten av filen og skriv inn følgende linje.

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

Avslutt og lagre filen, og start RPi på nytt. Skriptet skal starte vac_sensor.py -skriptet etter at RPi starter på nytt. Statusen til skriptet kan kontrolleres i loggfilene i mappen /logger.

Trinn 15: 3D -trykte deler

Dette er delene jeg designet i Fusion 360 og trykte for etui, knott, kondensatordeksel og skruebrakett.

Jeg brukte en modell for en 1/4 NPT -mutter fra Thingiverse for å koble vakuumsensorenheten til saken. Filene som ble opprettet av ostariya, finnes på NPT 1/4 Thread.