Digitālais vakuuma regulators: 15 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šī ir finiera vakuuma prese (vakuumsūknis), kas ir modificēta ar digitālo vakuuma regulatoru, lai darbotos ar izvēlētu vakuuma spiedienu. Šī ierīce aizstāj vakuuma kontrolieri manā DIY finiera vakuuma presē, kas veidota pēc VeneerSupplies.com vai JoeWoodworking.com plāniem. Tie ir lieliski plāni, un sūkņi darbojas ļoti apmierinoši, kā paredzēts. Tomēr es esmu viltotājs, un es vēlējos uzlabot savu sūkni ar iespēju viegli un viegli kontrolēt spiediena iestatījumus (bez skrūvgrieža) plašākā spiediena diapazonā ar digitāli kontrolētu regulatoru.

Nesen radās vajadzība, kas pārsniedza mana vakuuma regulatora (1. tips) zemākās robežas. Šim projektam bija nepieciešams 2. tipa vakuuma regulators spiedienam robežās no 2 līdz 10 in-Hg. Viena tipa vakuuma kontroliera nomaiņa pret 2. tipa modeli bija iespēja, tomēr tas šķita nepraktiski, jo, lai pārslēgtos starp diviem vakuuma diapazoniem, būtu nepieciešamas papildu izmaksas un izmaiņas. Ideāls risinājums ir viens regulators ar plašāku spiediena diapazonu (no 2 līdz 28 in-Hg).

Vakuuma kontrolieris: vakuuma kontrolēts mikro slēdzis, ko izmanto, lai aktivizētu vakuuma sūkni vai releju pie izvēlētā spiediena. Vakuuma regulatoram ir regulēšanas skrūve, kas ļauj iezvanīt vēlamo vakuuma līmeni. Kontakti ir nominēti ar 10 ampēriem pie 120 V maiņstrāvas.

Vakuuma kontroliera veidi: 1. tips = regulējams 10,5 līdz 28 collu Hg (diferenciālis 2 līdz 5 collas Hg) 2. tips = regulējams 2 līdz 10 collu Hg (diferenciālis 2 līdz 4 collas no Hg)

1. darbība: dizaina apsvērumi

Mans dizains aizstāj vakuuma kontrolieri ar digitālo vakuuma regulatoru (DVR). DVR tiks izmantots, lai kontrolētu RELAY-30A LINE-DVR līniju, kā redzams galvenās vadības bloka shēmā. Šim dizainam ir nepieciešama maiņstrāvas/līdzstrāvas 5 V līdzstrāvas barošanas avota pievienošana galvenajam vadības blokam DVR barošanai.

Šī konstrukcija spēj uzturēt plašu vakuuma spiedienu diapazonu, taču tā darbība ir pilnībā atkarīga no sūkņa iespējām. Zemākā spiediena diapazonā liels CFM sūknis saglabās šo spiedienu, bet sūkņa pārvietošanas rezultātā radīsies lielākas spiediena atšķirības. Tas attiecas uz manu 3 CFM sūkni. Tas spēj uzturēt 3 in-Hg, bet spiediena starpības svārstības ir ± 1 in-Hg, un sūkņa ieslēgšanas cikli, lai arī reti, ilgst aptuveni vienu vai divas sekundes. Spiediena starpība starp 141 lbs/ft² līdz 283 lbs/ft² radīs spiediena starpības svārstības ± 1 in-Hg. Man nav pieredzes ar vakuuma presēšanu pie šī zemā spiediena, tāpēc neesmu pārliecināts par šī diferenciālā spiediena svārstību nozīmi. Manuprāt, mazāks CFM vakuuma sūknis, iespējams, būtu piemērotāks, lai uzturētu šos zemākos vakuuma spiedienus un samazinātu spiediena starpības svārstības.

Šī regulatora konstrukcijā ietilpst Raspberry Pi Zero, MD-PS002 spiediena sensors, HX711 Wheatstone tilta pastiprinātāja modulis, LCD displejs, 5 V barošanas avots, rotējošais kodētājs un releja modulis. Visas šīs detaļas ir pieejamas no jūsu iecienītākajiem interneta elektronikas detaļu piegādātājiem.

Es izvēlos Raspberry Pi (RPi), jo python ir mana iecienītākā programmēšanas valoda, un RPi atbalsts ir viegli pieejams. Esmu pārliecināts, ka šo lietojumprogrammu var pārnest uz ESP8266 vai citiem kontrolieriem, kas spēj darbināt python. Viens RPi trūkums ir izslēgšana, pirms tās izslēgšanas ir ļoti ieteicama, lai novērstu SD kartes bojājumus.

2. darbība: detaļu saraksts

Šī ierīce ir izgatavota no plauktā esošām detaļām, ieskaitot Raspberry Pi, spiediena sensoru, HX711 tilta pastiprinātāju, LCD un citas detaļas, kas maksā aptuveni 25 USD.

DAĻAS: 1ea Raspberry Pi Zero-versija 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 vakuuma sensora absolūtā spiediena sensors $ 1,75 1ea HX711 slodzes šūnu un spiediena sensors 24 bitu AD modulis $ 0,75 1ea KY-040 rotējošā kodētāja modulis AC-DC pazemināšanas modulis $ 2,56 1ea 2004 20x4 rakstzīmju LCD displeja modulis $ 4,02 "ID x 1/4" FIP $ 3,11 1ea misiņa caurules kvadrātveida galvas kontaktdakša 1/4 "MIP $ 2,96 1ea GX12-2 2 kontaktu diametrs 12 mm vīriešu un sieviešu vadu paneļa savienotājs apļveida skrūves tipa elektriskā savienotāja ligzdas kontaktdakša $ 0.67 1ea Proto Box (vai 3D drukāts)

3. solis: vakuuma sensora montāža

Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) ražotā spiediena sensora MD-PS002 diapazons ir 150 KPa (absolūtais spiediens). Manometra spiediena diapazons (jūras līmenī) šim sensoram būtu no 49 līdz -101 KPa vai no 14,5 līdz -29,6 in -Hg. Šie sensori ir viegli pieejami eBay, banggood, aliexpress un citās tiešsaistes vietnēs. Tomēr dažu šo piegādātāju uzskaitītās specifikācijas ir pretrunīgas, tāpēc esmu iekļāvis tulkotu lapu "Tehniskie parametri" no Mingdong Technology.

Lai pievienotu sensoru HX711 slodzes elementa un spiediena sensora 24 bitu AD modulim, ir nepieciešams: savienot 3. un 4. tapu kopā; Pin 1 (+IN) līdz E+; 3. un 4. tapa (-IN) līdz E-; Piespraudiet HX711 moduļa 2 (+ OUT) uz A+ un 5 (-OUT) līdz A-. Pirms vadu sensora iesaiņošanas misiņa adapterī, pārklājiet sensora vadus un atklātās malas ar termiski saraušanās caurulīti vai elektrisko lenti. Ievietojiet un novietojiet sensoru virs dzeloņstieņa nipeļa atveres un pēc tam izmantojiet caurspīdīgu silikona blīvējumu, lai noslēgtu sensoru adaptera iekšpusē, vienlaikus rūpējoties, lai blīvējums būtu prom no sensora virsmas. Misiņa caurules kvadrātveida galvas aizbāznis, kas ir izurbts ar pietiekami lielu atveri sensora stieples ievietošanai, ir vītņots virs stieples, piepildīts ar silikona blīvējumu un pieskrūvēts dzeloņstieņa adapterim. Noslaukiet lieko blīvējumu no mezgla un pirms pārbaudes pagaidiet 24 stundas, līdz blīvējums izžūst.

4. solis: elektronika

Elektronika sastāv no Raspberry Pi Zero (RPi), kas savienota ar HX711 moduli ar MD-PS002 spiediena sensoru, KY-040 rotējošo kodētāju, releja moduli un LCD displeju. Rotācijas kodētājs ir savienots ar RPi, izmantojot 21. tapu uz kodētāja DT, 16. tapu uz CLK un 20. tapu uz kodētāja SW vai slēdzi. Spiediena sensors ir pievienots HX711 modulim, un šī moduļa DT un SCK tapas ir tieši savienotas ar RPi 5. un 6. tapu. Releja moduli iedarbina 2N2222A tranzistora ķēde, kas ir savienota ar RPi Pin 32 sprūda avotam. Releja moduļa parasti atvērtie kontakti ir savienoti ar LINE-SW un 30A RELAY spoles vienu pusi. Jaudu un zemi digitālajam vakuuma regulatoram piegādā RPi 1., 4., 6. un 9. tapas. 4. tapa ir 5 V strāvas tapa, kas ir tieši savienota ar RPi barošanas ieeju. Sīkāka informācija par savienojumiem ir redzama digitālā vakuuma regulatora shēmā.

5. darbība: atjauniniet un konfigurējiet Raspberry Pi

Atjauniniet Raspberry Pi (RPi) esošo programmatūru, izmantojot šādas komandrindas instrukcijas

sudo apt-get atjauninājumi sud apt-get jauninājums

Atkarībā no tā, cik novecojis jūsu RPi tajā laikā būs, nosaka šo komandu izpildei nepieciešamo laiku. Tālāk RPi ir jākonfigurē I2C sakariem, izmantojot Raspi-Config.

sudo raspi-config

Parādīsies iepriekš redzamais ekrāns. Vispirms atlasiet Papildu opcijas, pēc tam izvērsiet failu sistēmu un izvēlieties Jā. Pēc atgriešanās Raspi-Config galvenajā izvēlnē atlasiet Iespējot sāknēšanu darbvirsmā/skrāpējumus un izvēlieties Boot to Console. Galvenajā izvēlnē atlasiet Papildu opcijas un iespējojiet I2C un SSH no pieejamajām opcijām. Visbeidzot, izvēlieties Pabeigt un pārstartējiet RPi.

Instalējiet I2C un numpy programmatūras pakotnes python

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

6. darbība: programmatūra

Piesakieties RPi un izveidojiet šādus direktorijus. /Vac_Sensor satur programmas failus, un /žurnālos būs crontab žurnāla faili.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir žurnāli cd Vac_Sensor

Kopējiet iepriekš minētos failus mapē /Vac_Sensor. Es izmantoju WinSCP, lai izveidotu savienojumu un pārvaldītu RPi esošos failus. Savienojums ar RPi, iespējams, tiek veikts, izmantojot Wifi vai seriālo savienojumu, bet SSH ir jāiespējo raspi-config, lai atļautu šāda veida savienojumu.

Galvenā programma ir vac_sensor.py, un to var palaist, izmantojot komandu uzvedni. Lai pārbaudītu skriptu, ievadiet šādu informāciju:

sudo python vac_sensor.py

Kā minēts iepriekš, skripts vac_sensor.py ir skalas galvenais fails. Tas importē failu hx711.py, lai nolasītu vakuuma sensoru, izmantojot HX711 moduli. Manam projektam izmantotā hx711.py versija nāk no tatobari/hx711py. Es atklāju šo versiju, nodrošinot vajadzīgās funkcijas.

LCD ekrānam ir nepieciešams Denis Pleic RPi_I2C_driver.py un Marty Tremblay dakša, un to var atrast vietnē MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Peter Flocker rotācijas kodētāju var atrast vietnē

Alan Aufderheide pimenu var atrast vietnē

Fails config.json satur programmas saglabātos datus, un dažus vienumus var mainīt, izmantojot izvēlnes opcijas. Šis fails tiek atjaunināts un saglabāts izslēgšanas brīdī. "Vienības" var iestatīt, izmantojot vienību izvēlnes opciju vai nu kā Hg (noklusējums), mm-Hg vai psi. "Vakuuma_komplekts" ir izslēgšanas spiediens, un tas tiek saglabāts kā Hg vērtība, un to maina izvēlnes opcija Izslēgšanas spiediens. Failā config.json manuāli tiek iestatīta vērtība "calibration_factor", un to nosaka, kalibrējot vakuuma sensoru uz vakuuma mērierīci. "Nobīde" ir Tare radīta vērtība, un to var iestatīt, izmantojot šo izvēlnes opciju. "Izslēgšanas_diapazons" ir manuāli iestatīts failā config.json, un tas ir vērtības "vakuums_sets" spiediena starpības diapazons.

Izgriešanas vērtība = "vakuuma_komplekts" ± (("nogriešanas diapazons" /100) x "vakuuma_komplekts")

Lūdzu, ņemiet vērā, ka jūsu "kalibrēšanas_faktors" un "nobīde" var atšķirties no tiem, kas man ir. Config.json faila piemērs:

7. solis: kalibrēšana

Kalibrēšanu ir daudz vieglāk veikt, izmantojot SSH un palaižot šādas komandas:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Python skriptu var iziet, izmantojot Ctrl-C, un /Vac_Sensor/config.json failā var tikt veiktas izmaiņas.

Vakuuma sensora kalibrēšanai nepieciešams precīzs vakuuma mērītājs un "calibration_factor" noregulēšana, lai tā atbilstu LCD ekrānā redzamajai izvadei. Vispirms izmantojiet Tara izvēlnes opciju, lai iestatītu un saglabātu "nobīdes" vērtību ar sūkni pie atmosfēras spiediena. Pēc tam ieslēdziet sūkni, izmantojot izvēlni Vakuums, un pēc spiediena noregulēšanas izlasiet LCD displeju un salīdziniet to ar vakuuma mērītāju. Izslēdziet sūkni un izejiet no skripta. Pielāgojiet mainīgo "calibration_factor", kas atrodas failā /Vac_Sensor/config.json. Restartējiet skriptu un atkārtojiet procesu, izņemot Tare. Veiciet nepieciešamos "kalibrēšanas koeficienta" pielāgojumus, līdz LCD displejs atbilst mērinstrumenta rādījumam.

"Kalibrēšanas_faktors" un "nobīde" ietekmē displeju, izmantojot šādus aprēķinus:

get_value = read_average - "nobīde"

spiediens = get_value/ "calibration_factor"

Regulatora kalibrēšanai, nevis sūkņa vakuuma mērītājam, es izmantoju veco bezpeļņas dzinēja vakuuma mērītāju, jo tas bija izsists no kalibrēšanas. Peerless mērinstruments ir 3-3/4 (9,5 cm) diametrā un daudz vieglāk lasāms.

8. darbība: galvenā izvēlne

• Vakuums - ieslēdz sūkni
• Izslēgšanas spiediens - iestatiet izslēgšanas spiedienu
• Tara - tas jādara bez sūkņa sūkņa un pie atmosfēras spiediena.
• Vienības-atlasiet izmantojamās vienības (piemēram, in-Hg, mm-Hg un psi)
• Pārstartēt - pārstartējiet Raspberry Pi
• Izslēgšana - pirms galvenās barošanas izslēgšanas izslēdziet Raspberry Pi.

9. solis: vakuums

Nospiežot vakuuma izvēlnes opciju, sūknis tiks ieslēgts un parādīsies iepriekš redzamais ekrāns. Šajā ekrānā tiek parādītas regulatora vienības un [izslēgšanas spiediena] iestatījumi, kā arī sūkņa pašreizējais spiediens. Nospiediet pogu, lai izietu no vakuuma izvēlnes.

10. solis: izslēgšanas spiediens

Izvēles spiediena izvēlne ļauj izvēlēties vēlamo spiedienu izslēgšanai. Griežot pogu, redzamais spiediens tiks mainīts, kad ir sasniegts vēlamais spiediens, nospiediet pogu, lai saglabātu un izietu no izvēlnes.

11. solis: Tara

Tara izvēlne jāizdara, sūknim NAV vakuuma un manometram jānosaka atmosfēras vai nulles spiediens.

12. solis: vienības

Izvēlne Vienības ļaus izvēlēties darbības un displeja vienības. Noklusējuma vienība ir Hg, bet var izvēlēties arī mm-Hg un psi. Pašreizējā vienība tiks norādīta ar zvaigznīti. Lai izvēlētos vienību, pārvietojiet kursoru uz vēlamo vienību un nospiediet pogu. Visbeidzot pārvietojiet kursoru uz Atpakaļ un nospiediet pogu, lai izietu un saglabātu.

13. darbība. Pārstartējiet vai izslēdziet

Kā norāda nosaukums, izvēloties kādu no šiem izvēlnes vienumiem, tiks atsāknēšana vai izslēgšana. Pirms barošanas izslēgšanas ir ļoti ieteicams izslēgt Raspberry Pi. Tas saglabās visus darbības laikā mainītos parametrus un samazinās SD kartes bojāšanas iespēju.

14. darbība: palaidiet startēšanas laikā

Ir lielisks Instructable Raspberry Pi: startēšanas laikā palaidiet Python skriptu skriptu palaišanai startēšanas laikā.

Piesakieties RPi un pārejiet uz direktoriju /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Iekļaujiet launcher.sh šādu tekstu

#!/bin/sh # launcher.sh # dodieties uz mājas direktoriju, tad uz šo direktoriju, pēc tam izpildiet python skriptu, tad atpakaļ homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Izejiet un saglabājiet launcher.sh

Mums ir jāpadara skripts izpildāms.

chmod 755 launcher.sh

Pārbaudiet skriptu.

sh palaidējs.sh

Tālāk mums ir jārediģē crontab (Linux uzdevumu pārvaldnieks), lai startēšanas laikā palaistu skriptu. Piezīme: mēs jau esam izveidojuši direktoriju /logs.

sudo crontab -e

Tas parādīs crontab logu, kā redzams iepriekš. Dodieties uz faila beigām un ievadiet šādu rindu.

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

Izejiet un saglabājiet failu un pārstartējiet RPi. Skriptam vajadzētu sākt skriptu vac_sensor.py pēc RPi pārstartēšanas. Skripta statusu var pārbaudīt žurnāla failos, kas atrodas mapē /logs.

15. solis: 3D drukātās detaļas

Šīs ir detaļas, kuras es izstrādāju programmā Fusion 360 un iespiedu korpusam, pogai, kondensatora vākam un skrūves kronšteinim.

Es izmantoju vienu modeli 1/4 collu NPT uzgriežņam no Thingiverse, lai savienotu vakuuma sensora bloku ar korpusu. Ostariya izveidotie faili ir atrodami vietnē NPT 1/4 Thread.