Digitalηφιακός ρυθμιστής κενού: 15 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Πρόκειται για μια πρέσα κενού με καπλαμά (αντλία κενού) η οποία έχει τροποποιηθεί με έναν Digitalηφιακό ρυθμιστή κενού για να λειτουργεί με μια επιλέξιμη πίεση κενού. Αυτή η συσκευή αντικαθιστά τον ελεγκτή κενού στο DIY Veneer Vacuum Press που έχει σχεδιαστεί με σχέδια από το VeneerSupplies.com ή το JoeWoodworking.com. Αυτά είναι υπέροχα σχέδια και οι αντλίες λειτουργούν πολύ ικανοποιητικά όπως σχεδιάστηκαν. Ωστόσο, είμαι τσιγκούνης και ήθελα να ενισχύσω την αντλία μου με την ικανότητα να ελέγχω εύκολα και εύκολα τις ρυθμίσεις πίεσης (χωρίς κατσαβίδι) σε μεγαλύτερο εύρος πιέσεων με ψηφιακά ελεγχόμενο ρυθμιστή.

Πρόσφατα, προέκυψε μια ανάγκη που ήταν πέρα από τα κατώτατα όρια του Vacuum Controller μου (Τύπος 1). Αυτό το έργο απαιτούσε έναν ελεγκτή κενού τύπου 2 για πιέσεις στην περιοχή 2 έως 10 in-Hg. Η αντικατάσταση του ελεγκτή μου τύπου 1-κενού με μοντέλο τύπου 2 ήταν μια επιλογή, ωστόσο, αυτό φαινόταν ανέφικτο, καθώς θα απαιτούσε επιπλέον κόστος και τροποποιήσεις για την εναλλαγή μεταξύ των δύο περιοχών κενού. Η ιδανική λύση είναι ένας απλός ελεγκτής με μεγαλύτερο εύρος πιέσεων (2 έως 28 in-Hg).

Ελεγκτής κενού: Ένας μικροδιακόπτης ελεγχόμενος με κενό που χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση μιας αντλίας κενού ή ρελέ σε επιλεγμένη πίεση. Ο ελεγκτής κενού διαθέτει μια βίδα ρύθμισης που σας επιτρέπει να καλέσετε στο επιθυμητό επίπεδο κενού. Οι επαφές έχουν βαθμολογία 10 αμπέρ σε 120v AC.

Τύποι ελεγκτή κενού: Τύπος 1 = ρυθμιζόμενο για 10,5 "έως 28" Hg (Διαφορικό 2 έως 5 "Hg) Τύπος 2 = ρυθμιζόμενο για 2" έως 10 "Hg (Διαφορικό 2 έως 4" Hg)

Βήμα 1: Σκέψεις σχεδιασμού

Ο σχεδιασμός μου αντικαθιστά τον ελεγκτή κενού με έναν ψηφιακό ρυθμιστή κενού (DVR). Το DVR θα χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της γραμμής LINE-DVR του RELAY-30A όπως φαίνεται στο σχηματικό Κύριο πλαίσιο ελέγχου. Αυτός ο σχεδιασμός απαιτεί την προσθήκη τροφοδοτικού AC/DC 5-VDC στο Main Control Box για την τροφοδοσία του DVR.

Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να διατηρήσει ένα ευρύ φάσμα πιέσεων κενού, αλλά η απόδοση εξαρτάται πλήρως από την ικανότητα της αντλίας. Στο χαμηλότερο εύρος πίεσης, μια μεγάλη αντλία CFM θα διατηρήσει αυτές τις πιέσεις, αλλά θα οδηγήσει σε μεγαλύτερες διαφορικές διαφορές πίεσης ως αποτέλεσμα της μετατόπισης της αντλίας. Αυτό ισχύει για την αντλία μου 3 CFM. Είναι ικανό να διατηρήσει 3 in-Hg, αλλά η ταλαντευόμενη διαφορική πίεση είναι ± 1 in-Hg και οι κύκλοι ενεργοποίησης της αντλίας, αν και σπάνιοι, διαρκούν περίπου ένα ή δύο δευτερόλεπτα. Μια διαφορετική ταλάντευση πίεσης ± 1 in-Hg θα έχει ως αποτέλεσμα πιέσεις μεταξύ 141 lbs/ft² έως 283 lbs/ft². Δεν έχω εμπειρία πίεσης υπό κενό σε αυτές τις χαμηλές πιέσεις, επομένως δεν είμαι σίγουρος για τη σημασία αυτής της ταλάντευσης διαφορικής πίεσης. Κατά τη γνώμη μου, μια μικρότερη αντλία κενού CFM θα ήταν πιθανότατα πιο κατάλληλη για τη διατήρηση αυτών των χαμηλότερων πιέσεων κενού και τη μείωση των διαφορών διαφορικής πίεσης.

Η κατασκευή αυτού του ρυθμιστή περιλαμβάνει Raspberry Pi Zero, MD-PS002 Pressure Sensor, HX711 Wheatstone Bridge Amplifier Module, LCD Display, 5V Power Supply, Rotary Encoder και Relay Module. Όλα αυτά τα μέρη διατίθενται από τους αγαπημένους σας προμηθευτές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στο Διαδίκτυο.

Επιλέγω ένα Raspberry Pi (RPi) επειδή η python είναι η προτιμώμενη γλώσσα προγραμματισμού μου και η υποστήριξη για RPi είναι άμεσα διαθέσιμη. Είμαι βέβαιος ότι αυτή η εφαρμογή θα μπορούσε να μεταφερθεί σε ένα ESP8266 ή σε άλλα χειριστήρια ικανά να τρέχουν python. Το μόνο μειονέκτημα του RPi είναι ότι το Shutdown συνιστάται ιδιαίτερα πριν το απενεργοποιήσετε για να αποτρέψετε τη διαφθορά της κάρτας SD.

Βήμα 2: Λίστα μερών

Αυτή η συσκευή είναι κατασκευασμένη χωρίς εξαρτήματα από το ράφι, συμπεριλαμβανομένου ενός Raspberry Pi, αισθητήρα πίεσης, ενισχυτή γέφυρας HX711, LCD και άλλων εξαρτημάτων που κοστίζουν περίπου $ 25.

ΜΕΡΟΣ: 1ea Raspberry Pi Zero-Έκδοση 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Αισθητήρας κενού Αισθητήρας απόλυτης πίεσης 1,75 $ 1ea HX711 Αισθητήρας κυψελίδας και πίεσης 24 bit AD module $ 0,75 1ea KY-040 Rotary Encoder Module $ 1 1ea 5V 1.5A Power 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 $ 1 $ AdaFruit Perma-Proto Half-size Breadboard PCB $ 4.50 1ea 2N2222A NPN Transistor $ 0,09 2eaea 10K "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea Brass Pipe Square Head Plug 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 2 Pin Διάμετρος 12mm Αρσενικό & Γυναικείο Καλώδιο Πίνακα Συνδετήρας Κυκλικός τύπος βίδας Ηλεκτρική πρίζα Βύσμα 0,67 $ 1ea Proto Box (ή 3D Printed)

Βήμα 3: Συναρμολόγηση αισθητήρα κενού

Ο αισθητήρας πίεσης MD-PS002 που κατασκευάζεται από την Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) έχει εύρος 150 KPa (απόλυτη πίεση). Το εύρος πίεσης μετρητή (στο επίπεδο της θάλασσας) για αυτόν τον αισθητήρα θα είναι 49 έως -101 KPa ή 14,5 έως -29,6 in -Hg. Αυτοί οι αισθητήρες είναι άμεσα διαθέσιμοι σε eBay, banggood, aliexpress και άλλους διαδικτυακούς ιστότοπους. Ωστόσο, οι προδιαγραφές που παρατίθενται από μερικούς από αυτούς τους προμηθευτές είναι αντικρουόμενες, επομένως, έχω συμπεριλάβει ένα μεταφρασμένο φύλλο "Τεχνικές παραμέτρους" από μια τεχνολογία Mingdong.

Για τη σύνδεση του αισθητήρα σε μονάδα ADX 24 bit του κυψέλου φορτίου και του αισθητήρα πίεσης HX711 απαιτούνται τα ακόλουθα: συνδέστε τους πείρους 3 & 4 μαζί. Καρφίτσα 1 (+IN) σε E+; Καρφίτσωμα 3 & 4 (-IN) σε E-; Καρφίτσα 2 (+ OUT) στο A+ και Pin 5 (-OUT) στο A- της μονάδας HX711. Πριν συσκευάσετε τον ενσύρματο αισθητήρα σε ορειχάλκινο προσαρμογέα, καλύψτε τα καλώδια και τα εκτεθειμένα άκρα του αισθητήρα με σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας ή ηλεκτρική ταινία. Τοποθετήστε και κεντράρετε τον αισθητήρα πάνω από το άνοιγμα της ράβδου της θηλής και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε διαφανή στεγανοποίηση σιλικόνης για να σφραγίσετε τον αισθητήρα στο εσωτερικό του προσαρμογέα, φροντίζοντας να κρατήσετε το καπάκι μακριά από την επιφάνεια του αισθητήρα. Ένα τετράγωνο βύσμα ορείχαλκου σωλήνα, το οποίο έχει τρυπηθεί με μια τρύπα αρκετά μεγάλη για να χωρέσει το σύρμα αισθητήρα, περνάει με σπείρωμα πάνω στο σύρμα, γεμίζει με στεγανοποίηση σιλικόνης και βιδώνεται στο συρματοπλέκτη. Σκουπίστε την περίσσεια στεγανοποίησης από τη διάταξη και περιμένετε 24 ώρες μέχρι να στεγνώσει η στεγανοποίηση πριν από τη δοκιμή.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά

Τα ηλεκτρονικά αποτελούνται από ένα Raspberry Pi Zero (RPi) συνδεδεμένο σε μονάδα HX711 με αισθητήρα πίεσης MD-PS002, περιστροφικό κωδικοποιητή KY-040, μονάδα ρελέ και οθόνη LCD. Ο περιστροφικός κωδικοποιητής συνδέεται με το RPi μέσω του pin 21 στο DT του κωδικοποιητή, το pin 16 στο CLK και το pin 20 στο SW ή το διακόπτη του κωδικοποιητή. Ο αισθητήρας πίεσης είναι συνδεδεμένος στη μονάδα HX711 και οι ακίδες DT και SCK αυτής της μονάδας συνδέονται απευθείας με τις ακίδες 5 και 6 του RPi. Η μονάδα ρελέ ενεργοποιείται από ένα κύκλωμα τρανζίστορ 2N2222A το οποίο είναι συνδεδεμένο στο RPi Pin 32 για μια πηγή σκανδάλης. Οι κανονικά ανοιχτές επαφές της μονάδας ρελέ συνδέονται με το LINE-SW και τη μία πλευρά του πηνίου του 30A RELAY. Το Power and Ground για τον ψηφιακό ρυθμιστή κενού παρέχεται από τους ακροδέκτες 1, 4, 6 και 9 του RPi. Ο ακροδέκτης 4 είναι ο πείρος ισχύος 5v, ο οποίος συνδέεται απευθείας με την είσοδο ισχύος του RPi. Λεπτομέρειες για τις συνδέσεις μπορείτε να δείτε στο διάγραμμα του Digital Vacuum Regulator.

Βήμα 5: Ενημερώστε και διαμορφώστε το Raspberry Pi

Ενημερώστε το υπάρχον λογισμικό στο Raspberry Pi (RPi) με τις ακόλουθες οδηγίες γραμμών εντολών

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

Ανάλογα με το πόσο παλιό είναι το RPi σας εκείνη τη στιγμή, θα καθορίσει το χρονικό διάστημα που απαιτείται για την ολοκλήρωση αυτών των εντολών. Στη συνέχεια, το RPi πρέπει να διαμορφωθεί για επικοινωνίες I2C μέσω Raspi-Config.

sudo raspi-config

Θα εμφανιστεί η οθόνη που φαίνεται παραπάνω. Αρχικά επιλέξτε Advanced Options και, στη συνέχεια, Expand Filesystem και επιλέξτε Yes. Αφού επιστρέψετε στο κύριο μενού του Raspi-Config επιλέξτε Enable Boot to Desktop/Scratch και επιλέξτε Boot to Console. Από το Κύριο μενού, επιλέξτε Προηγμένες επιλογές και ενεργοποιήστε το I2C και το SSH από τις διαθέσιμες επιλογές. Τέλος, επιλέξτε Τέλος και επανεκκινήστε το RPi.

Εγκαταστήστε τα πακέτα λογισμικού I2C και numpy για python

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

Βήμα 6: Λογισμικό

Συνδεθείτε στο RPi και δημιουργήστε τους ακόλουθους καταλόγους. Ο /Vac_Sensor περιέχει τα αρχεία του προγράμματος και /τα αρχεία καταγραφής θα περιέχουν τα αρχεία καταγραφής crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

Αντιγράψτε τα παραπάνω αρχεία στο φάκελο /Vac_Sensor. Χρησιμοποιώ το WinSCP για σύνδεση και διαχείριση των αρχείων στο RPi. Η σύνδεση στο RPi μπορεί να γίνει μέσω Wifi ή σειριακής σύνδεσης, αλλά το SSH πρέπει να είναι ενεργοποιημένο στο raspi-config για να επιτρέψει αυτόν τον τύπο σύνδεσης.

Το κύριο πρόγραμμα είναι vac_sensor.py και μπορεί να εκτελεστεί από τη γραμμή εντολών. Για να δοκιμάσετε το σενάριο, εισαγάγετε τα ακόλουθα:

sudo python vac_sensor.py

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το σενάριο vac_sensor.py είναι το κύριο αρχείο για την κλίμακα. Εισάγει το αρχείο hx711.py για ανάγνωση του αισθητήρα κενού μέσω μονάδας HX711. Η έκδοση του hx711.py που χρησιμοποιείται για το έργο μου προέρχεται από το tatobari/hx711py. Βρήκα αυτήν την έκδοση με τις δυνατότητες που ήθελα.

Η οθόνη LCD απαιτεί το RPi_I2C_driver.py από τον Denis Pleic και διχαλωτό από τον Marty Tremblay και μπορείτε να το βρείτε στη διεύθυνση MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Το Rotary Encoder του Peter Flocker βρίσκεται στη διεύθυνση

pimenu του Alan Aufderheide μπορείτε να βρείτε στη διεύθυνση

Το αρχείο config.json περιέχει τα δεδομένα που αποθηκεύονται από το πρόγραμμα και ορισμένα στοιχεία μπορούν να τροποποιηθούν από τις επιλογές μενού. Αυτό το αρχείο ενημερώνεται και αποθηκεύεται στο Shutdown. Οι "μονάδες" μπορούν να ρυθμιστούν μέσω της επιλογής μενού "Μονάδες" είτε σε-Hg (προεπιλογή), mm-Hg ή psi. Η "ρύθμιση κενού" είναι η πίεση αποκοπής και αποθηκεύεται ως τιμή σε Hg και τροποποιείται από την επιλογή μενού "Πίεση αποκοπής". Μια τιμή "calibration_factor" ορίζεται χειροκίνητα στο αρχείο config.json και καθορίζεται με βαθμονόμηση του αισθητήρα κενού σε ένα μετρητή κενού. Το "offset" είναι τιμή που δημιουργήθηκε από το Tare και μπορεί να οριστεί μέσω αυτής της επιλογής μενού. Το "cutoff_range" ορίζεται χειροκίνητα στο αρχείο config.json και είναι το εύρος διαφορικής πίεσης της τιμής "vacuum_set".

Τιμή αποκοπής = "σετ κενού" ± (("διακοπή_περιοχής" /100) x "ρύθμιση κενού")

Λάβετε υπόψη ότι το "calibration_factor" και το "offset" ενδέχεται να διαφέρουν από αυτά που έχω. Παράδειγμα αρχείου config.json:

Βήμα 7: Βαθμονόμηση

Η βαθμονόμηση είναι πολύ πιο εύκολη με τη χρήση SSH και την εκτέλεση των ακόλουθων εντολών:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Η έξοδος από το σενάριο python μπορεί να γίνει μέσω Ctrl-C και μπορούν να γίνουν τροποποιήσεις στο αρχείο /Vac_Sensor/config.json.

Η βαθμονόμηση του αισθητήρα κενού απαιτεί έναν ακριβή μετρητή κενού και ρύθμιση του "παράγοντα βαθμονόμησης" ώστε να ταιριάζει με την έξοδο που εμφανίζεται στην οθόνη LCD. Αρχικά, χρησιμοποιήστε την επιλογή μενού Tare για να ορίσετε και να αποθηκεύσετε την τιμή "offset" με την αντλία σε ατμοσφαιρική πίεση. Στη συνέχεια, ενεργοποιήστε την αντλία με το μενού Vacuum και αφού η πίεση μειωθεί διαβάστε την οθόνη LCD και συγκρίνετε την με το μετρητή κενού. Απενεργοποιήστε την αντλία και βγείτε από το σενάριο. Προσαρμόστε τη μεταβλητή "calibration_factor" που βρίσκεται στο αρχείο /Vac_Sensor/config.json. Επανεκκινήστε το σενάριο και επαναλάβετε τη διαδικασία με εξαίρεση το Tare. Κάντε τις απαραίτητες προσαρμογές στον "παράγοντα βαθμονόμησης" έως ότου η οθόνη LCD ταιριάζει με την ένδειξη του μετρητή.

Τα "calibration_factor" και "offset" επηρεάζουν την οθόνη μέσω των ακόλουθων υπολογισμών:

get_value = read_average - "offset"

πίεση = get_value/ "calibration_factor"

Χρησιμοποίησα έναν παλιό μετρητή κενού Peerless Engine για τη βαθμονόμηση του ρυθμιστή αντί του μετρητή κενού στην αντλία μου, επειδή είχε βαθμονομηθεί εκτός λειτουργίας. Ο μετρητής Peerless έχει διάμετρο 3-3/4 (9,5 cm) και είναι πολύ πιο ευανάγνωστο.

Βήμα 8: Κύριο μενού

• Κενό - Ενεργοποιεί την αντλία
• Πίεση αποκοπής - Ρυθμίστε την πίεση διακοπής
• Tare - Αυτό πρέπει να γίνει χωρίς κενό NO στην αντλία και σε ατμοσφαιρική πίεση.
• Μονάδες-Επιλέξτε τις μονάδες που θα χρησιμοποιηθούν (π.χ. in-Hg, mm-Hg και psi)
• Επανεκκίνηση - Επανεκκινήστε το Raspberry Pi
• Τερματισμός λειτουργίας - Τερματισμός λειτουργίας του Raspberry Pi πριν απενεργοποιήσετε την κύρια ισχύ.

Βήμα 9: Κενό

Πατώντας την επιλογή μενού Κενό θα ενεργοποιήσετε την αντλία και θα εμφανιστεί η παραπάνω οθόνη. Αυτή η οθόνη εμφανίζει τις μονάδες και τις ρυθμίσεις [Πίεση αποκοπής] του ρυθμιστή, καθώς και την τρέχουσα πίεση της αντλίας. Πατήστε το κουμπί για έξοδο από το μενού Κενό.

Βήμα 10: Πίεση αποκοπής

Το μενού πίεσης αποκοπής σας επιτρέπει να επιλέξετε την επιθυμητή πίεση για διακοπή. Γυρίζοντας το κουμπί θα αλλάξετε την εμφανιζόμενη πίεση όταν επιτευχθεί η επιθυμητή πίεση, πατήστε το κουμπί για αποθήκευση και έξοδο από το μενού.

Βήμα 11: Απόβαρο

Το μενού Tare θα πρέπει να γίνεται χωρίς κενό NO στην αντλία και την ένδειξη του μετρητή ατμοσφαιρική ή μηδενική πίεση.

Βήμα 12: Μονάδες

Το μενού Μονάδες θα επιτρέψει την επιλογή των μονάδων λειτουργίας και οθόνης. Η προεπιλεγμένη μονάδα είναι σε-Hg, αλλά μπορεί επίσης να επιλεγούν mm-Hg και psi. Η τρέχουσα μονάδα θα υποδεικνύεται με αστερίσκο. Για να επιλέξετε μια μονάδα, μετακινήστε τον κέρσορα στην επιθυμητή μονάδα και πιέστε το κουμπί. Τέλος, μετακινήστε τον κέρσορα στο Πίσω και πατήστε το κουμπί για έξοδο και αποθήκευση.

Βήμα 13: Επανεκκίνηση ή τερματισμός λειτουργίας

Όπως υποδηλώνει το όνομα, η επιλογή ενός από αυτά τα στοιχεία μενού θα οδηγήσει σε επανεκκίνηση ή τερματισμό λειτουργίας. Συνιστάται ιδιαίτερα το Raspberry Pi να τερματιστεί πριν απενεργοποιηθεί το ρεύμα. Αυτό θα αποθηκεύσει τυχόν παραμέτρους που έχουν αλλάξει κατά τη λειτουργία και θα μειώσει την πιθανότητα καταστροφής της κάρτας SD.

Βήμα 14: Εκτέλεση κατά την εκκίνηση

Υπάρχει ένα εξαιρετικό Instructable Raspberry Pi: Εκκινήστε σενάριο Python κατά την εκκίνηση για εκτέλεση σεναρίων κατά την εκκίνηση.

Συνδεθείτε στο RPi και μεταβείτε στον κατάλογο /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Συμπεριλάβετε το ακόλουθο κείμενο στο launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # πλοήγηση στον αρχικό κατάλογο, μετά σε αυτόν τον κατάλογο, στη συνέχεια εκτέλεση σεναρίου python, μετά επιστροφή homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Βγείτε και αποθηκεύστε το launcher.sh

Πρέπει να κάνουμε το σενάριο εκτελέσιμο.

chmod 755 launcher.sh

Δοκιμάστε το σενάριο.

sh launcher.sh

Στη συνέχεια, πρέπει να επεξεργαστούμε το crontab (ο διαχειριστής εργασιών linux) για να ξεκινήσει το σενάριο κατά την εκκίνηση. Σημείωση: έχουμε ήδη δημιουργήσει τον κατάλογο /logs στο παρελθόν.

sudo crontab -e

Αυτό θα φέρει το παράθυρο crontab όπως φαίνεται παραπάνω. Μεταβείτε στο τέλος του αρχείου και εισαγάγετε την ακόλουθη γραμμή.

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

Βγείτε και αποθηκεύστε το αρχείο και επανεκκινήστε το RPi. Το σενάριο θα πρέπει να ξεκινά το σενάριο vac_sensor.py μετά την επανεκκίνηση του RPi. Η κατάσταση του σεναρίου μπορεί να ελεγχθεί στα αρχεία καταγραφής που βρίσκονται στο φάκελο /logs.

Βήμα 15: Τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη

Αυτά είναι τα μέρη που σχεδίασα στο Fusion 360 και εκτύπωσα για την θήκη, το πόμολο, το κάλυμμα του πυκνωτή και το βραχίονα βίδας.

Χρησιμοποίησα ένα μοντέλο για ένα καρύδι NPT 1/4 από το Thingiverse για να συνδέσω τη διάταξη αισθητήρα κενού στην θήκη. Τα αρχεία που δημιουργήθηκαν από τον ostariya μπορούν να βρεθούν στο NPT 1/4 Thread.