Digitální vakuový regulátor: 15 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Jedná se o dýhovací vakuový lis (vakuová pumpa), který byl upraven pomocí digitálního vakuového regulátoru, aby fungoval s volitelným vakuovým tlakem. Toto zařízení je náhradou za Vacuum Controller v mém DIY Veneer Vacuum Press postaveném na plánech od VeneerSupplies.com nebo JoeWoodworking.com. Jsou to skvělé plány a pumpy fungují velmi uspokojivě, jak byly navrženy. Jsem však dráteník a chtěl jsem svou pumpu vylepšit o schopnost snadno a pohotově ovládat nastavení tlaku (bez šroubováku) v širším rozsahu tlaků pomocí digitálně ovládaného regulátoru.

Nedávno vyvstala potřeba, která přesahovala spodní limity mého vakuového ovladače (typ 1). Tento projekt vyžadoval podtlakový regulátor typu 2 pro tlaky v rozmezí 2 až 10 in-Hg. Výměna mého vakuového ovladače typu 1 za model typu 2 byla možná, ale zdálo se to nepraktické, protože by to vyžadovalo dodatečné náklady a úpravy pro přepínání mezi dvěma rozsahy vakua. Ideálním řešením je jeden regulátor s širším rozsahem tlaků (2 až 28 in-Hg).

Vakuový ovladač: Vakuem ovládaný mikrospínač sloužící k aktivaci vakuové pumpy nebo relé při zvoleném tlaku. Regulátor vakua má nastavovací šroub, který vám umožňuje vytočit požadovanou úroveň vakua. Kontakty jsou dimenzovány na 10 A při 120 V AC.

Typy vakuového regulátoru: Typ 1 = nastavitelný na 10,5 "až 28" Hg (rozdíl 2 až 5 "v Hg) Typ 2 = nastavitelný na 2" až 10 "v Hg (rozdíl 2 až 4" v Hg)

Krok 1: Aspekty návrhu

Můj návrh nahrazuje vakuový ovladač digitálním vakuovým regulátorem (DVR). DVR bude použito k ovládání linky LINE-DVR RELÉ-30A, jak je vidět na schématu hlavního ovládacího boxu. Tato konstrukce vyžaduje přidání napájecího zdroje AC/DC 5 V DC do hlavního ovládacího boxu pro napájení DVR.

Tato konstrukce je schopná udržovat široký rozsah vakuových tlaků, ale výkon je zcela závislý na schopnostech čerpadla. V nižším tlakovém rozsahu bude velké čerpadlo CFM udržovat tyto tlaky, ale bude mít za následek větší kolísání diferenčního tlaku v důsledku posunutí čerpadla. To je případ mé 3 CFM pumpy. Je schopen udržovat 3 in-Hg, ale kolísání diferenčního tlaku je ± 1 in-Hg a cykly zapnutí čerpadla, i když jen zřídka, trvají přibližně jednu nebo dvě sekundy. Kolísání diferenčního tlaku o ± 1 in-Hg bude mít za následek tlaky mezi 141 lbs/ft² až 283 lbs/ft². Nemám zkušenosti s vakuovým lisováním při těchto nízkých tlacích, proto si nejsem jistý významem tohoto kolísání diferenčního tlaku. Podle mého názoru by pro udržení těchto nižších vakuových tlaků a snížení kolísání diferenčního tlaku bylo pravděpodobně vhodnější menší vakuové čerpadlo CFM.

Konstrukce tohoto regulátoru obsahuje Raspberry Pi Zero, tlakový senzor MD-PS002, modul zesilovače HX711 Wheatstone Bridge, LCD displej, 5V napájecí zdroj, rotační kodér a reléový modul. Všechny tyto díly jsou k dispozici u vašich oblíbených dodavatelů elektronických součástek pro internet.

Vybírám Raspberry Pi (RPi), protože můj preferovaný programovací jazyk je python a podpora pro RPi je snadno dostupná. Jsem přesvědčen, že tato aplikace by mohla být portována na ESP8266 nebo jiné řadiče schopné spouštět python. Jedinou nevýhodou RPi je vypnutí, které se doporučuje před vypnutím, aby se zabránilo poškození karty SD.

Krok 2: Seznam dílů

Toto zařízení je vyrobeno z běžně dostupných dílů včetně Raspberry Pi, tlakového senzoru, můstkového zesilovače HX711, LCD a dalších částí, které stojí přibližně 25 USD.

DÍLY: 1ea Raspberry Pi Zero-verze 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 vakuový snímač snímače absolutního tlaku $ 1,75 1ea HX711 snímač zatížení a tlak 24bitový modul AD 0,75 $ 1ea KY-040 rotační kodér modul $ 1 1ea 5V 1,5A 7,5W spínač napájecí modul 220V Modul AC-DC Step Down 2,56 $ 1ea 2004 20x4 znakový modul LCD displeje 4,02 $ 1ea 5V 1kanálový optočlenový reléový modul 0,99 $ 1ea Adafruit Perma-Proto poloviční deska Breadboard 4,50 $ 1ea 2N2222A NPN tranzistor $ 0,09 2ea 10K rezistory 1ea Adaptér hadice "ID x 1/4" FIP 3,11 USD 1ea Mosazná trubka Zástrčka se čtyřhrannou hlavou 1/4 "MIP 2,96 $ 1ea GX12-2 2kolíkový průměr 12 mm Konektor mužského a ženského drátového panelu Kruhový šroubový typ Elektrický konektor Zásuvka 0,67 $ 1ea Proto Box (nebo 3D tisk)

Krok 3: Sestava vakuového snímače

Snímač tlaku MD-PS002 vyráběný společností Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) má rozsah 150 KPa (absolutní tlak). Rozsah měřicího tlaku (na úrovni hladiny moře) pro tento senzor by byl 49 až -101 KPa nebo 14,5 až -29,6 palců -Hg. Tyto senzory jsou snadno dostupné na eBay, banggood, aliexpress a dalších online webech. Specifikace uvedené některými z těchto dodavatelů jsou však v rozporu, proto jsem vložil přeložený list „Technické parametry“z technologie Mingdong.

Připojení senzoru k 24bitovému modulu AD snímače zatížení a tlaku snímače HX711 vyžaduje následující: spojte kolíky 3 a 4 dohromady; Pin 1 (+IN) na E+; Pin 3 a 4 (-IN) na E-; Pin 2 (+ OUT) na A+ a pin 5 (-OUT) na A- modulu HX711. Před zabalením kabelového senzoru do mosazného adaptéru zakryjte vodiče a odkryté okraje senzoru teplem smrštitelnou bužírkou nebo elektrickou páskou. Vložte a vycentrujte senzor přes ostnatý otvor bradavky a poté čirým silikonovým těsněním utěsněte senzor uvnitř adaptéru, přičemž dbejte na to, abyste těsnicí materiál udrželi mimo jeho plochu. Přes drát se navlékne mosazná trubková zátka se čtvercovou hlavou, která byla vyvrtána s dostatečně velkým otvorem pro uložení vodiče senzoru, naplněna silikonovým těsněním a přišroubována na ostnatý adaptér. Před testováním setřete přebytečné tmelení ze sestavy a počkejte 24 hodin, než tmel zaschne.

Krok 4: Elektronika

Elektronika se skládá z Raspberry Pi Zero (RPi) připojeného k modulu HX711 se snímačem tlaku MD-PS002, rotačním kodérem KY-040, reléovým modulem a LCD displejem. Rotační kodér je propojen s RPi přes Pin 21 na DT kodéru, Pin 16 na CLK a Pin 20 na SW nebo spínač kodéru. Senzor tlaku je připojen k modulu HX711 a piny DT a SCK tohoto modulu jsou připojeny přímo k pinům 5 a 6 RPi. Reléový modul je spouštěn tranzistorovým obvodem 2N2222A, který je připojen ke kolíku 32 RPi pro zdroj spouštění. Normálně otevřené kontakty reléového modulu jsou připojeny k LINE-SW a jedné straně cívky relé 30A. Napájení a uzemnění digitálního vakuového regulátoru jsou dodávány kolíky 1, 4, 6 a 9 RPi. Pin 4 je napájecí kolík 5v, který je připojen přímo k napájecímu vstupu RPi. Podrobnosti o připojeních lze vidět ve schématu digitálního vakuového regulátoru.

Krok 5: Aktualizujte a nakonfigurujte Raspberry Pi

Aktualizujte stávající software na svém Raspberry Pi (RPi) pomocí následujících pokynů na příkazovém řádku

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

V závislosti na tom, jak zastaralé jsou vaše RPi v dané době, určí dobu potřebnou k dokončení těchto příkazů. Dále je třeba RPi nakonfigurovat pro komunikaci I2C prostřednictvím Raspi-Config.

sudo raspi-config

Zobrazí se výše uvedená obrazovka. Nejprve vyberte Pokročilé možnosti a poté Rozbalte Systém souborů a vyberte Ano. Po návratu do hlavní nabídky Raspi-Config vyberte Povolit spouštění z plochy/Scratch a zvolte Zavést do konzoly. V hlavní nabídce vyberte Pokročilé možnosti a z dostupných možností povolte I2C a SSH. Nakonec vyberte Dokončit a restartujte RPi.

Nainstalujte softwarové balíky I2C a numpy pro python

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

Krok 6: Software

Přihlaste se k RPi a vytvořte následující adresáře. /Vac_Sensor obsahuje soubory programu a /logs bude obsahovat soubory protokolu crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

Zkopírujte výše uvedené soubory do složky /Vac_Sensor. Pro připojení a správu souborů na RPi používám WinSCP. Připojení k RPi lze provést přes Wifi nebo sériové připojení, ale pro povolení tohoto typu připojení je třeba povolit SSH v raspi-config.

Primární program je vac_sensor.py a lze jej spustit z příkazového řádku. Chcete -li skript otestovat, zadejte následující:

sudo python vac_sensor.py

Jak již bylo zmíněno dříve, skript vac_sensor.py je primárním souborem pro měřítko. Importuje soubor hx711.py pro čtení vakuového senzoru prostřednictvím modulu HX711. Verze hx711.py použitá pro můj projekt pochází z tatobari/hx711py. Našel jsem tuto verzi za předpokladu, že funkce, které jsem chtěl.

Displej LCD vyžaduje RPi_I2C_driver.py od Denise Pleica a vidlicový od Marty Tremblaye a lze jej nalézt na MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotary Encoder od Petera Flockera najdete na

pimenu od Alana Aufderheide najdete na

Soubor config.json obsahuje data uložená programem a některé položky lze upravit pomocí voleb nabídky. Tento soubor je aktualizován a uložen při vypnutí. "Jednotky" lze nastavit pomocí položky nabídky Jednotky buď v-Hg (výchozí), mm-Hg nebo psi. "Vakuum_set" je mezní tlak a je uložen jako hodnota v Hg a je upraven pomocí možnosti nabídky Mezní tlak. Hodnota "calibration_factor" je ručně nastavena v souboru config.json a je určena kalibrací vakuového senzoru na vakuometr. "Offset" je hodnota vytvořená Tare a lze ji nastavit pomocí této možnosti nabídky. "Cutoff_range" je ručně nastaven v souboru config.json a je rozsahem diferenčního tlaku hodnoty "vakuum_set".

Mezní hodnota = "vakuová_sada" ± (("mezní_rozsah" /100) x "vakuová_sada")

Vezměte prosím na vědomí, že vaše „calibration_factor“a „offset“se mohou lišit od těch, které mám. Příklad souboru config.json:

Krok 7: Kalibrace

Kalibraci je mnohem jednodušší provést pomocí SSH a spuštěním následujících příkazů:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Ukončení skriptu pythonu lze provést pomocí Ctrl-C a úpravy lze provést v souboru /Vac_Sensor/config.json.

Kalibrace vakuového senzoru vyžaduje přesný vakuometr a nastavení „calibration_factor“tak, aby odpovídalo výstupu zobrazenému na LCD. Nejprve pomocí možnosti nabídky Tára nastavte a uložte hodnotu „offsetu“s pumpou při atmosférickém tlaku. Dále zapněte čerpadlo pomocí nabídky vakuum a po ustálení tlaku přečtěte LCD displej a porovnejte jej s vakuometrem. Vypněte pumpu a ukončete skript. Upravte proměnnou "calibration_factor" umístěnou v souboru /Vac_Sensor/config.json. Restartujte skript a postup opakujte s výjimkou Tare. Proveďte nezbytná nastavení na „calibration_factor“, dokud se LCD displej neshoduje s údajem měřidla.

„Calibration_factor“a „offset“ovlivňují zobrazení pomocí následujících výpočtů:

get_value = read_average - "offset"

pressure = get_value/ "calibration_factor"

Ke kalibraci regulátoru jsem místo vakuometru na své pumpě použil starý vakuový měřič motoru Peerless, protože byl vyřazen z kalibrace. Měřítko Peerless má průměr 3-3/4 (9,5 cm) a je mnohem lépe čitelné.

Krok 8: Hlavní nabídka

• Vakuum - zapne čerpadlo
• Mezní tlak - Nastavte mezní tlak
• Tára - To by mělo být provedeno bez ŽÁDNÉHO vakua na pumpě a za atmosférického tlaku.
• Units-Vyberte jednotky, které chcete použít (např. V-Hg, mm-Hg a psi)
• Restartovat - restartujte Raspberry Pi
• Vypnout - Před vypnutím hlavního napájení vypněte Raspberry Pi.

Krok 9: Vakuum

Stisknutím možnosti nabídky Vakuum zapnete pumpu a zobrazí se výše uvedená obrazovka. Tato obrazovka zobrazuje nastavení jednotek a [Cutoff Pressure] regulátoru, jakož i aktuální tlak čerpadla. Stisknutím knoflíku opustíte nabídku vakua.

Krok 10: Mezní tlak

Nabídka Cutoff Pressure vám umožňuje vybrat požadovaný tlak pro cutoff. Otáčením knoflíku změníte zobrazený tlak, když je dosaženo požadovaného tlaku, stisknutím ovladače uložíte a opustíte nabídku.

Krok 11: Tára

Nabídka Tare by měla být provedena bez ŽÁDNÉHO podtlaku na pumpě a měřením na atmosférickém nebo nulovém tlaku.

Krok 12: Jednotky

Nabídka Jednotky umožní výběr jednotek provozu a zobrazení. Výchozí jednotka je v-Hg, ale mohou být také vybrány mm-Hg a psi. Aktuální jednotka bude označena hvězdičkou. Chcete -li vybrat jednotku, přesuňte kurzor na požadovanou jednotku a stiskněte knoflík. Nakonec přesuňte kurzor na Zpět a stiskněte knoflík, abyste mohli Konec a Uložit.

Krok 13: Restartujte nebo vypněte

Jak naznačuje název, výběr jedné z těchto položek nabídky bude mít za následek restart nebo vypnutí. Důrazně doporučujeme vypnout Raspberry Pi před vypnutím napájení. Tím se uloží všechny parametry změněné během provozu a sníží se možnost poškození karty SD.

Krok 14: Spusťte při spuštění

Existuje vynikající Instructable Raspberry Pi: Spusťte skript Pythonu při spuštění pro spuštění skriptů při spuštění.

Přihlaste se k RPi a přejděte do adresáře /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Zahrňte následující text do launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # přejděte do domovského adresáře, poté do tohoto adresáře, poté spusťte skript pythonu, poté zpět homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Ukončete a uložte launcher.sh

Musíme udělat ze skriptu spustitelný soubor.

chmod 755 launcher.sh

Otestujte skript.

sh launcher.sh

Dále musíme upravit crontab (správce úloh linuxu), aby se skript spustil při spuštění. Poznámka: adresář /logs jsme již vytvořili dříve.

sudo crontab -e

To přinese okno crontab, jak je vidět výše. Přejděte na konec souboru a zadejte následující řádek.

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

Ukončete a uložte soubor a restartujte RPi. Skript by měl spustit skript vac_sensor.py po restartu RPi. Stav skriptu lze zkontrolovat v souborech protokolů umístěných ve složce /logs.

Krok 15: 3D tištěné díly

Toto jsou díly, které jsem navrhl ve Fusion 360 a vytiskl pro pouzdro, knoflík, kryt kondenzátoru a šroubovací držák.

K připojení sestavy vakuového senzoru k pouzdru jsem použil jeden model pro 1/4 NPT matici od společnosti Thingiverse. Soubory vytvořené ostariya lze nalézt na závitu NPT 1/4.