Digital vakuumregulator: 15 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Detta är en fanervakuumpress (vakuumpump) som har modifierats med en digital vakuumregulator för att fungera med ett valbart vakuumtryck. Denna enhet är en ersättning för vakuumkontrollen i min DIY Faner Vacuum Press byggd med planer från VeneerSupplies.com eller JoeWoodworking.com. Det här är bra planer och pumparna fungerar mycket tillfredsställande enligt utformningen. Jag är dock en tinkerer, och jag ville förbättra min pump med förmågan att enkelt och enkelt styra tryckinställningarna (utan skruvmejsel) över ett större tryckintervall med en digitalt styrd regulator.

Nyligen uppstod ett behov som låg bortom min vakuumkontrollers nedre gränser (typ 1). Detta projekt krävde en typ 2-vakuumkontroller för tryck i intervallet 2 till 10 in-Hg. Att byta ut min typ 1-vakuumkontroller mot en typ 2-modell var ett alternativ, men detta verkade opraktiskt eftersom det skulle kräva en extra kostnad och modifieringar för att växla mellan de två vakuumområdena. Den idealiska lösningen är en enda styrenhet med ett större tryckintervall (2 till 28 tum-Hg).

Vakuumkontroller: En vakuumstyrd mikrobrytare som används för att aktivera en vakuumpump eller relä vid ett valt tryck. Vakuumkontrollen har en justeringsskruv som låter dig slå in önskad vakuumnivå. Kontakterna är klassade till 10 ampere vid 120v AC.

Typer av vakuumkontroller: Typ 1 = justerbar för 10,5 "till 28" Hg (differens 2 till 5 "av Hg) Typ 2 = justerbar för 2" till 10 "av Hg (differens 2 till 4" av Hg)

Steg 1: Designhänsyn

Min design ersätter vakuumkontrollen med en digital vakuumregulator (DVR). DVR: n kommer att användas för att styra LINE-DVR-linjen på RELAY-30A, enligt diagrammet i huvudkontrollboxen. Denna design kräver tillägg av en AC/DC 5-VDC strömförsörjning till huvudkontrollboxen för att driva DVR.

Denna konstruktion kan upprätthålla ett stort antal vakuumtryck, men prestandan är helt beroende av pumpens förmåga. Vid det lägre tryckområdet kommer en stor CFM -pump att bibehålla dessa tryck, men resultera i större differenstryckssvängningar till följd av pumpens förskjutning. Detta är fallet för min 3 CFM -pump. Den kan hålla 3 in-Hg, men differenstrycksvängningen är ± 1 in-Hg, och pumpens ON-cykler, även om de är sällsynta, varar ungefär en eller två sekunder. En differenstrycksvängning på ± 1 in-Hg resulterar i tryck mellan 141 lbs/ft² till 283 lbs/ft². Jag har ingen erfarenhet av vakuumpressning vid dessa lågtryck, därför är jag inte säker på betydelsen av denna differenstrycksvängning. Enligt min mening skulle en mindre CFM -vakuumpump troligen vara mer lämplig för att bibehålla dessa lägre vakuumtryck och minska differenstryckssvängningarna.

Konstruktionen av denna regulator inkluderar en Raspberry Pi Zero, MD-PS002 trycksensor, HX711 Wheatstone Bridge förstärkarmodul, LCD-display, 5V strömförsörjning, roterande kodare och en relämodul. Alla dessa delar är tillgängliga från dina favoritleverantörer av internetelektronikdelar.

Jag väljer en Raspberry Pi (RPi) eftersom python är mitt föredragna programmeringsspråk och stödet för RPi är lätt tillgängligt. Jag är övertygad om att denna applikation kan överföras till en ESP8266 eller andra kontroller som kan köra python. Den enda nackdelen med RPi är att avstängning rekommenderas starkt innan den stängs av för att förhindra korruption av SD -kortet.

Steg 2: Dellista

Denna enhet är konstruerad med delar från hyllan inklusive en Raspberry Pi, trycksensor, HX711 -bryggförstärkare, LCD och andra delar som kostar cirka $ 25.

DELAR: 1ea Raspberry Pi Zero-Version 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Vakuumsensor Absolut trycksensor $ 1.75 1ea HX711 Lastcell- och trycksensor 24 bitars 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 Halvstor brödbräda PCB $ 4.50 1ea 2N2222A NPN Transistor $ 0.09 2ea 10K Resistors 1ea Slangstång Adapter 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea Mässingsrör Fyrkantigt huvud Plug 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 2 Pin Diameter 12mm Man & Female Wire Panel Connector Cirkulär skruv Typ Elektrisk kontakt Socket Plug $ 0.67 1ea Proto Box (eller 3D-tryckt)

Steg 3: Vakuumsensormontering

Trycksensorn MD-PS002 tillverkad av Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) har en räckvidd på 150 KPa (absolut tryck). Mätarens tryckområde (vid havsnivå) för denna sensor skulle vara 49 till -101 KPa eller 14,5 till -29,6 in -Hg. Dessa sensorer är lätt tillgängliga på eBay, Banggood, aliexpress och andra onlinesidor. Specifikationerna som listas av några av dessa leverantörer är emellertid motstridiga, därför har jag inkluderat ett översatt "Tekniska parametrar" -blad från en Mingdong -teknik.

Anslutning av sensorn till en HX711 Load Cell- och trycksensors 24 bitars AD -modul kräver följande: anslut stiften 3 & 4 tillsammans; Pin 1 (+IN) till E+; Pin 3 & 4 (-IN) till E-; Pin 2 (+ OUT) till A+ och Pin 5 (-OUT) till A- på HX711-modulen. Innan du kopplar in den trådbundna sensorn i en mässingsadapter, täck över ledningarna och sensorns utsatta kanter med värmekrympslang eller eltejp. Sätt i och centrera sensorn över hullingnippelöppningen, och använd sedan genomskinlig silikonförslutning för att täta sensorn inuti adaptern medan du är noga med att hålla tätningen borta från sensorytan. En mässingsrör fyrkantig huvudpropp som har borrats med ett hål som är tillräckligt stort för att ta emot sensortråden, är gängad över tråden, fylld med silikontätning och skruvas på den taggade adaptern. Torka av överflödig tätning från aggregatet och vänta 24 timmar tills tätningen har torkat innan den testas.

Steg 4: Elektronik

Elektroniken består av en Raspberry Pi Zero (RPi) ansluten till en HX711-modul med en trycksensor MD-PS002, KY-040 Rotary Encoder, relämodul och en LCD-display. Rotary Encoder är ansluten till RPi via Pin 21 till DT på encoder, Pin 16 till CLK och Pin 20 till SW eller switch på encoder. Trycksensorn är ansluten till HX711 -modulen, och DT- och SCK -stiften i denna modul är anslutna direkt till stift 5 och 6 på RPi. Relämodulen utlöses av en 2N2222A transistorkrets som är ansluten till RPi Pin 32 för en triggerkälla. Relämodulens normalt öppna kontakter är anslutna till LINE-SW och ena sidan av spolen på 30A RELÄ. Ström och jord för den digitala vakuumregulatorn levereras av stift 1, 4, 6 och 9 i RPi. Pin 4 är 5v power pin, som är ansluten direkt till RPi: s effektingång. Detaljer om anslutningarna kan ses i schematisk digital vakuumregulator.

Steg 5: Uppdatera och konfigurera Raspberry Pi

Uppdatera den befintliga programvaran på din Raspberry Pi (RPi) med följande kommandoradsinstruktioner

sudo apt-get updatesudo apt-get uppgradering

Beroende på hur inaktuell din RPi är vid den tidpunkten kommer att avgöra hur lång tid som krävs för att slutföra dessa kommandon. Därefter måste RPi konfigureras för I2C-kommunikation via Raspi-Config.

sudo raspi-config

Skärmen ovan visas. Välj först Avancerade alternativ och sedan Expandera filsystem och välj Ja. Efter att ha återvänt till huvudmenyn för Raspi-Config väljer du Aktivera start till skrivbord/Scratch och väljer att starta till konsolen. Välj Avancerade alternativ på huvudmenyn och aktivera I2C och SSH från de tillgängliga alternativen. Slutligen väljer du Slutför och startar om RPi.

Installera programvarupaket I2C och numpy för python

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

Steg 6: Programvara

Logga in på RPi och skapa följande kataloger. /Vac_Sensor innehåller programfilerna och /loggar innehåller crontab -loggfilerna.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir loggar cd Vac_Sensor

Kopiera filerna ovan till mappen /Vac_Sensor. Jag använder WinSCP för att ansluta och hantera filerna på RPi. Anslutning till RPi kanske görs via Wifi eller seriell anslutning, men SSH måste aktiveras i raspi-config för att tillåta denna typ av anslutning.

Det primära programmet är vac_sensor.py och kan köras från kommandotolken. För att testa manuset, ange följande:

sudo python vac_sensor.py

Som nämnts tidigare är skriptet vac_sensor.py den primära filen för skalan. Den importerar hx711.py -filen för att läsa vakuumsensorn via HX711 -modulen. Den version av hx711.py som används för mitt projekt kommer från tatobari/hx711py. Jag hittade den här versionen med de funktioner jag ville ha.

LCD -skärmen kräver RPi_I2C_driver.py av Denis Pleic och gafflad av Marty Tremblay, och finns på MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotary Encoder av Peter Flocker finns på

pimenu av Alan Aufderheide finns på

Filen config.json innehåller data som lagras av programmet, och vissa objekt kan ändras med menyalternativ. Den här filen uppdateras och sparas vid avstängning. "Enheterna" kan konfigureras via menyalternativet Enheter antingen som in-Hg (standard), mm-Hg eller psi. "Vakuum_set" är avstängningstrycket och lagras som in-Hg-värde och ändras av menyalternativet Avstängningstryck. Ett "kalibrerings_faktor" -värde ställs in manuellt i filen config.json och bestäms genom att kalibrera vakuumsensorn till en vakuummätare. "Offset" är ett värde som skapas av Tare och kan ställas in via detta menyalternativ. "Cutoff_range" ställs in manuellt i config.json -filen och är differenstrycksområdet för värdet "vacuum_set".

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

Observera att din "kalibrerings_faktor" och "förskjutning" kan skilja sig från dem jag har. Exempel config.json -fil:

Steg 7: Kalibrering

Kalibrering är mycket lättare att göra med SSH och kör följande kommandon:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Avsluta python-skriptet kan göras via Ctrl-C, och ändringar kan göras i filen /Vac_Sensor/config.json.

Kalibrering av vakuumsensorn kräver en exakt vakuummätare och justering av "kalibreringsfaktorn" för att matcha utgången som visas på LCD -skärmen. Använd först menyalternativet Tara för att ställa in och spara "offset" -värdet med pumpen vid atmosfärstryck. Slå sedan på pumpen med vakuummenyn och läs LCD -displayen efter att trycket har lagt sig och jämför detta med vakuummätaren. Stäng av pumpen och avsluta skriptet. Justera variabeln "calibration_factor" i filen /Vac_Sensor/config.json. Starta om manuset och upprepa processen med undantag för Tare. Gör nödvändiga justeringar av "kalibreringsfaktorn" tills LCD -displayen matchar mätaravläsningen.

"Kalibrerings_faktorn" och "förskjutningen" påverkar displayen via följande beräkningar:

get_value = read_average - "offset"

tryck = get_value/ "calibration_factor"

Jag använde en gammal Peerless Engine Vacuum Gauge för att kalibrera regulatorn istället för vakuummätaren på min pump eftersom den hade slagits ut kalibrering. Peerless-mätaren är 9,5 cm i diameter och mycket lättare att läsa.

Steg 8: Huvudmeny

• Vakuum - Slår på pumpen
• Avstängningstryck - Ställ in avstängningstrycket
• Tara - Detta bör göras med INGET vakuum på pumpen och vid atmosfärstryck.
• Enheter-Välj de enheter som ska användas (t.ex. in-Hg, mm-Hg och psi)
• Reboot - Starta om Raspberry Pi
• Avstängning - Stäng av Raspberry Pi innan du stänger av strömmen.

Steg 9: Vakuum

Genom att trycka på vakuummenyalternativet startas pumpen och skärmen ovan visas. Denna skärm visar enheternas och [Avstängningstryck] inställningar för regulatorn, samt det aktuella trycket på pumpen. Tryck på knappen för att lämna vakuummenyn.

Steg 10: Avstängningstryck

Menyn Avstängningstryck låter dig välja önskat tryck för avstängning. Om du vrider på ratten ändras trycket som visas när önskat tryck har uppnåtts genom att trycka på ratten för att spara och lämna menyn.

Steg 11: Tara

Tara -menyn ska göras med INGET vakuum på pumpen och mätaren avläser atmosfäriskt eller nolltryck.

Steg 12: Enheter

Menyn Enheter tillåter val av driftsenheter och visning. Standardenheten är i-Hg, men mm-Hg och psi kan också väljas. Den aktuella enheten kommer att markeras med en asterisk. För att välja en enhet, flytta markören till önskad enhet och tryck på ratten. Slutligen, flytta markören till Tillbaka och tryck på ratten för att avsluta och spara.

Steg 13: Starta om eller stäng av

Som namnet antyder resulterar det i en omstart eller avstängning om du väljer något av dessa menyalternativ. Det rekommenderas starkt att Raspberry Pi stängs av innan strömmen stängs av. Detta sparar alla parametrar som ändrats under drift och minskar risken för att skada SD -kortet.

Steg 14: Kör vid start

Det finns ett utmärkt Instructable Raspberry Pi: Starta Python -skript vid start för att köra ett skript vid start.

Logga in på RPi och byt till katalogen /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Inkludera följande text i launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # navigera till hemkatalogen, sedan till den här katalogen, kör sedan python -skript, sedan tillbaka homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Avsluta och spara launcher.sh

Vi måste göra manuset körbart.

chmod 755 launcher.sh

Testa manuset.

sh launcher.sh

Därefter måste vi redigera crontab (linux task manager) för att starta skriptet vid start. Obs! Vi har redan skapat katalogen /logs tidigare.

sudo crontab -e

Detta kommer att ge crontab -fönstret enligt ovan. Navigera till slutet av filen och ange följande rad.

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

Avsluta och spara filen och starta om RPi. Skriptet bör starta vac_sensor.py -skriptet efter att RPi startar om. Skriptets status kan kontrolleras i loggfilerna i mappen /logs.

Steg 15: 3D -tryckta delar

Det här är delarna som jag designat i Fusion 360 och skrivit ut för fodralet, ratten, kondensatorhöljet och skruvfästet.

Jag använde en modell för en 1/4 NPT -mutter från Thingiverse för att ansluta vakuumsensorn till höljet. Filerna som skapats av ostariya finns på NPT 1/4 tråd.