Digital vakuumregulator: 15 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Dette er en finérvakuumpress (vakuumpumpe), som er blevet ændret med en digital vakuumregulator til at fungere med et valgbart vakuumtryk. Denne enhed er en erstatning for vakuumcontrolleren i min DIY Fineer Vacuum Press bygget med planer fra VeneerSupplies.com eller JoeWoodworking.com. Det er gode planer, og pumperne fungerer meget tilfredsstillende som designet. Jeg er imidlertid en tinkerer, og jeg ville forbedre min pumpe med evnen til let og let at kontrollere trykindstillingerne (uden skruetrækker) over et bredere trykområde med en digitalt kontrolleret regulator.

For nylig opstod der et behov, som var uden for de lavere grænser for min vakuumcontroller (type 1). Dette projekt krævede en Type 2-vakuumcontroller til tryk i området 2 til 10 in-Hg. At udskifte min type 1-vakuumcontroller med en type 2-model var en mulighed, men dette virkede upraktisk, da det ville kræve en ekstra omkostning og ændringer at skifte mellem de to vakuumområder. Den ideelle løsning er en enkelt controller med et bredere trykområde (2 til 28 in-Hg).

Vakuumkontroller: En vakuumstyret mikrokontakt, der bruges til at aktivere en vakuumpumpe eller relæ ved et valgt tryk. Vakuumkontrollen har en justeringsskrue, der giver dig mulighed for at indtaste det ønskede vakuumniveau. Kontakterne er vurderet til 10 ampere ved 120v AC.

Typer af vakuumcontroller: Type 1 = justerbar til 10,5 "til 28" Hg (Differential 2 til 5 "of Hg) Type 2 = justerbar til 2" til 10 "Hg (Differential 2 til 4" Hg)

Trin 1: Designovervejelser

Mit design erstatter vakuumcontrolleren med en digital vakuumregulator (DVR). DVR'en bruges til at styre LINE-DVR-linjen på RELAY-30A som vist i hovedkontrolboksen. Dette design kræver tilføjelse af en AC/DC 5-VDC strømforsyning til hovedkontrolboksen til strømforsyning af DVR'en.

Dette design er i stand til at opretholde en lang række vakuumtryk, men ydelsen er helt afhængig af pumpens evne. Ved det lavere trykområde vil en stor CFM -pumpe opretholde disse tryk, men resultere i større differenstryksvingninger som følge af pumpens forskydning. Dette er tilfældet for min 3 CFM pumpe. Den er i stand til at opretholde 3 in-Hg, men differenstryksvingningen er ± 1 in-Hg, og pumpens ON-cykler, selvom de er sjældne, varer cirka et eller to sekunder. Et differenstryksving på ± 1 in-Hg vil resultere i tryk mellem 141 lbs/ft² til 283 lbs/ft². Jeg har ingen erfaring med vakuumpressning ved disse lavtryk, derfor er jeg ikke sikker på betydningen af dette differenstryk. Efter min mening ville en mindre CFM -vakuumpumpe sandsynligvis være mere passende til at opretholde disse lavere vakuumtryk og reducere differenstrykssvingninger.

Konstruktionen af denne regulator inkluderer en Raspberry Pi Zero, MD-PS002 tryksensor, HX711 Wheatstone Bridge forstærkermodul, LCD-display, 5V strømforsyning, roterende encoder og et relæmodul. Alle disse dele kan fås hos dine foretrukne internetelektronikleverandører.

Jeg vælger en Raspberry Pi (RPi), fordi python er mit foretrukne programmeringssprog, og understøttelsen af RPi er let tilgængelig. Jeg er overbevist om, at denne applikation kan overføres til en ESP8266 eller andre controllere, der kan køre python. Den eneste ulempe ved RPi er, at en nedlukning anbefales på det kraftigste, inden den slukkes for at forhindre korruption af SD -kortet.

Trin 2: Deleliste

Denne enhed er konstrueret med dele fra hylden inklusive en Raspberry Pi, tryksensor, HX711 broforstærker, LCD og andre dele, der koster cirka $ 25.

DELE: 1ea Raspberry Pi Zero-Version 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Vacuum Sensor Absolute Pressure Sensor $ 1.75 1ea HX711 Load Cell and Pressure sensor 24 bit AD module $ 0.75 1ea KY-040 Rotary Encoder Module $ 1 1ea 5V 1.5A 7.5W Switch Power Module 220V AC-DC Step Down-modul $ 2,56 1ea 2004 20x4 Character LCD Display Module $ 4,02 1ea 5V 1-kanals optokoblerrelæmodul $ 0,99 1ea Adafruit Perma-Proto halvstort brødbræt PCB $ 4,50 1ea 2N2222A NPN Transistor $ 0,09 2ea 10K modstande 1ea slangestik Adapter 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea Messingrør Firkantet hovedstik 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 2 Pin Diameter 12mm Hane & Kvinde Wire Panel Connector Cirkulær skruetype Elektrisk stik Socket Plug $ 0.67 1ea Proto Box (eller 3D-printet)

Trin 3: Vakuumsensormontering

MD-PS002 tryksensoren fremstillet af Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) har en rækkevidde på 150 KPa (absolut tryk). Målerens trykområde (ved havniveau) for denne sensor ville være 49 til -101 KPa eller 14,5 til -29,6 in -Hg. Disse sensorer er let tilgængelige på eBay, banggood, aliexpress og andre online sider. De specifikationer, der er angivet af nogle få af disse leverandører, er imidlertid i modstrid, derfor har jeg inkluderet et oversat "Tekniske parametre" -ark fra en Mingdong -teknologi.

Tilslutning af sensoren til et HX711 Load Cell og Pressure sensor 24 bit AD modul kræver følgende: tilslut 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-modulet. Inden du pakker den kablede sensor i en messingadapter, skal du dække lederne og sensorens eksponerede kanter med varmekrympeslange eller elektrisk tape. Indsæt og centrer sensoren over åbningen med pigtappen, og brug derefter klar silikone tætning til at forsegle sensoren inde i adapteren, mens du sørger for at holde tætningen væk fra sensorens ansigt. Et firkantet hovedstik i messingrør, der er blevet boret med et hul, der er stort nok til at rumme sensortråden, er gevindskåret over tråden, fyldt med silikone tætning og skruet på adapteren med pigtråd. Tør overskydende tætning af forsamlingen, og vent 24 timer på, at tætningen tørrer, før den testes.

Trin 4: Elektronik

Elektronikken består af en Raspberry Pi Zero (RPi) forbundet til et HX711-modul med en MD-PS002 tryksensor, KY-040 Rotary Encoder, relæmodul og et LCD-display. Rotary Encoder er tilsluttet RPi via Pin 21 til encoderens DT, Pin 16 til CLK og Pin 20 til SW eller switch på encoder. Tryksensoren er forbundet til HX711 -modulet, og DT- og SCK -benene på dette modul er forbundet direkte til Pin 5 og 6 i RPi. Relæmodulet udløses af et 2N2222A transistorkredsløb, der er forbundet til RPi Pin 32 for en triggerkilde. De normalt åbne kontakter på relæmodulet er forbundet til LINE-SW og den ene side af spolen på 30A RELÆ. Strøm og jord til den digitale vakuumregulator leveres af ben 1, 4, 6 og 9 i RPi. Pin 4 er 5v power pin, som er forbundet direkte til RPi's strømindgang. Detaljer om forbindelserne kan ses i skemaet til Digital Vacuum Regulator.

Trin 5: Opdater og konfigurer Raspberry Pi

Opdater den eksisterende software på din Raspberry Pi (RPi) med følgende kommandolinjeanvisninger

sudo apt-get opdateringer sudo apt-get upgrade

Afhængigt af hvor forældet din RPi er på det tidspunkt, bestemmer den tid, der skal til for at fuldføre disse kommandoer. Dernæst skal RPi'en konfigureres til I2C-kommunikation via Raspi-Config.

sudo raspi-config

Skærmen set ovenfor vises. Vælg først Avancerede indstillinger og derefter Udvid filsystem, og vælg Ja. Når du er vendt tilbage til hovedmenuen i Raspi-Config, skal du vælge Aktiver boot til skrivebord/Scratch og vælge at starte til konsol. Vælg Avancerede indstillinger i hovedmenuen, og aktiver I2C og SSH fra de tilgængelige indstillinger. Til sidst skal du vælge Afslut og genstarte RPi'en.

Installer I2C og numpy softwarepakker til python

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

Trin 6: Software

Log ind på RPi'en, og opret følgende mapper. /Vac_Sensor indeholder programfilerne, og /logfiler indeholder crontab -logfilerne.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

Kopier ovenstående filer til mappen /Vac_Sensor. Jeg bruger WinSCP til at forbinde og administrere filerne på RPi. Forbindelse til RPi kan muligvis udføres via Wifi eller seriel forbindelse, men SSH skal aktiveres i raspi-config for at tillade denne type forbindelse.

Det primære program er vac_sensor.py og kan køres fra kommandoprompten. For at teste scriptet skal du indtaste følgende:

sudo python vac_sensor.py

Som tidligere nævnt er vac_sensor.py -scriptet den primære fil for skalaen. Det importerer hx711.py -filen for at læse vakuumsensoren via HX711 -modulet. Den version af hx711.py, der blev brugt til mit projekt, stammer fra tatobari/hx711py. Jeg fandt denne version forudsat de funktioner, jeg ønskede.

LCD'et kræver RPi_I2C_driver.py af Denis Pleic og forked af Marty Tremblay, og kan findes på MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotary Encoder af Peter Flocker findes på

pimenu af Alan Aufderheide findes på

Filen config.json indeholder de data, der er gemt af programmet, og nogle elementer kan ændres ved hjælp af menuindstillinger. Denne fil opdateres og gemmes ved nedlukning. "Enhederne" kan konfigureres via menuen Enheder enten som in-Hg (standard), mm-Hg eller psi. "Vacuum_set" er afskærmningstrykket og gemmes som in-Hg-værdi, og ændres ved menuindstillingen Cutoff Pressure. En "kalibrerings_faktor" -værdi indstilles manuelt i filen config.json og bestemmes ved at kalibrere vakuumsensoren til en vakuummåler. "Offset" er værdi skabt af Tare, og kan indstilles via denne menuindstilling. "Cutoff_range" indstilles manuelt i filen config.json og er differenstrykområdet for værdien "vacuum_set".

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

Bemærk, at din "kalibrerings_faktor" og "forskydning" kan afvige fra dem, jeg har. Eksempel config.json -fil:

Trin 7: Kalibrering

Kalibrering er meget lettere at udføre ved hjælp af SSH og køre følgende kommandoer:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Afslutning af python-scriptet kan foretages via Ctrl-C, og der kan foretages ændringer i /Vac_Sensor/config.json-filen.

Kalibrering af vakuumsensoren kræver en nøjagtig vakuummåler og justering af "kalibreringsfaktoren", så den matcher output på LCD -displayet. Brug først menuen Tare til at indstille og gemme "offset" -værdien med pumpen ved atmosfærisk tryk. Tænd derefter for pumpen med vakuummenuen, og efter at trykket har lagt sig, læs LCD -displayet og sammenlign dette med vakuummåleren. Sluk for pumpen, og afslut scriptet. Juster variablen "calibration_factor" i filen /Vac_Sensor/config.json. Genstart scriptet, og gentag processen med undtagelse af Tare. Foretag de nødvendige justeringer af "kalibreringsfaktoren", indtil LCD -displayet svarer til målerens aflæsning.

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

get_value = read_average - "offset"

tryk = get_value/ "calibration_factor"

Jeg brugte en gammel Peerless Engine Vacuum Gauge til at kalibrere regulatoren i stedet for vakuummåleren på min pumpe, fordi den var blevet slået ud af kalibrering. Den Peerless-måler er 3-3/4 (9,5 cm) i diameter og meget lettere at læse.

Trin 8: Hovedmenu

• Vakuum - Tænder pumpen
• Cutoff Pressure - Indstil cutoff -trykket
• Tare - Dette skal udføres uden vakuum på pumpen og ved atmosfærisk tryk.
• Enheder-Vælg de enheder, der skal bruges (f.eks. In-Hg, mm-Hg og psi)
• Genstart - Genstart Raspberry Pi
• Shutdown - Luk Raspberry Pi ned, inden du slukker for strømmen.

Trin 9: Støvsug

Hvis du trykker på vakuummenuen, tændes pumpen og skærmen ovenfor vises. Dette skærmbillede viser regulatorens indstillinger og [Cutoff Pressure] -indstillinger samt pumpens aktuelle tryk. Tryk på knappen for at forlade vakuummenuen.

Trin 10: Afskærmningstryk

Menuen Cutoff Pressure giver dig mulighed for at vælge det ønskede tryk til cutoff. Drejning af knappen ændrer det viste tryk, når det ønskede tryk er nået, tryk på knappen for at gemme og forlade menuen.

Trin 11: Tara

Tara -menuen skal foretages uden noget vakuum på pumpen, og måleren måler atmosfærisk eller nul tryk.

Trin 12: Enheder

Menuen Enheder giver mulighed for valg af betjeningsenheder og visning. Standardenheden er in-Hg, men mm-Hg og psi kan også vælges. Den aktuelle enhed vil blive angivet med en stjerne. For at vælge en enhed skal du flytte markøren til den ønskede enhed og trykke på knappen. Til sidst skal du flytte markøren til Tilbage og trykke på knappen for at afslutte og gemme.

Trin 13: Genstart eller luk

Som navnet antyder, vil valg af et af disse menupunkter resultere i en genstart eller nedlukning. Det anbefales stærkt, at Raspberry Pi slukkes, før strømmen slukkes. Dette gemmer alle parametre, der er ændret under drift, og reducerer muligheden for at ødelægge SD -kortet.

Trin 14: Kør ved opstart

Der er en fremragende instruerbar Raspberry Pi: Start Python -script ved opstart til at køre et script ved opstart.

Log ind på RPi'en, og skift til /Vac_Sensor -biblioteket.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Medtag følgende tekst i launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # naviger til hjemmemappen, derefter til denne mappe, derefter udfør python -script, derefter tilbage homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Afslut og gem launcher.sh

Vi skal gøre scriptet eksekverbart.

chmod 755 launcher.sh

Test scriptet.

sh launcher.sh

Dernæst skal vi redigere crontab (linux task manager) for at starte scriptet ved opstart. Bemærk: vi har allerede oprettet biblioteket /logs tidligere.

sudo crontab -e

Dette vil bringe crontab -vinduet som vist ovenfor. Naviger til slutningen af filen, og indtast følgende linje.

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

Afslut og gem filen, og genstart RPi. Scriptet skal starte scriptet vac_sensor.py efter RPi genstarter. Scriptets status kan kontrolleres i logfilerne i mappen /logs.

Trin 15: 3D -printede dele

Dette er de dele, jeg har designet i Fusion 360 og printet til kabinettet, drejeknappen, kondensatordækslet og skruebeslaget.

Jeg brugte en model til en 1/4 NPT møtrik fra Thingiverse til at forbinde vakuumsensoren til kabinettet. Filerne oprettet af ostariya kan findes på NPT 1/4 tråd.