Digitaalinen alipainesäädin: 15 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä on viilupölypuristin (tyhjiöpumppu), jota on muunnettu digitaalisella alipaineensäätimellä toimimaan valitulla alipaineella. Tämä laite korvaa DIY Veneer Vacuum Press -imurini alipaineohjaimen, joka on rakennettu VeneerSupplies.com- tai JoeWoodworking.com -sivuston suunnitelmien mukaan. Nämä ovat hienoja suunnitelmia ja pumput toimivat erittäin tyydyttävästi suunnitellulla tavalla. Olen kuitenkin näppärä ja halusin parantaa pumppua kyvyllä hallita paineasetuksia helposti ja helposti (ilman ruuvimeisseliä) laajemmalla painealueella digitaalisesti ohjatulla säätimellä.

Äskettäin syntyi tarve, joka ylitti tyhjiökontrollerini (tyyppi 1) alarajat. Tämä projekti vaati tyypin 2 alipaineohjainta paineille 2-10 in-Hg. Tyypin 1 tyhjiökontrollerin vaihtaminen tyypin 2 malliin oli vaihtoehto, mutta tämä vaikutti epäkäytännölliseltä, koska se vaatisi lisäkustannuksia ja muutoksia kahden tyhjiöalueen välillä vaihtamiseksi. Ihanteellinen ratkaisu on yksi säädin, jolla on laajempi painealue (2-28 in-Hg).

Tyhjiöohjain: Tyhjiöohjattu mikrokytkin, jota käytetään aktivoimaan tyhjiöpumppu tai -rele valitulla paineella. Alipaineohjaimessa on säätöruuvi, jonka avulla voit valita haluamasi tyhjiötason. Koskettimien nimellisteho on 10 ampeeria 120 V AC.

Alipaineohjaimen tyypit: Tyyppi 1 = säädettävissä 10,5 " - 28" Hg: lle (differentiaali 2-5 "Hg) Tyyppi 2 = säädettävissä 2" - 10 "Hg: lle (differentiaali 2-4" Hg)

Vaihe 1: Suunnittelunäkökohdat

Suunnitteluni korvaa tyhjiöohjaimen digitaalisella alipaineensäätimellä (DVR). DVR: ää käytetään ohjaamaan RELAY-30A: n LINE-DVR-linjaa pääohjauslaatikon kaavion mukaisesti. Tämä malli edellyttää, että pääohjauslaatikkoon lisätään 5/V AC/DC-virtalähde DVR: n virransyöttöä varten.

Tämä rakenne pystyy ylläpitämään laajan tyhjiöpaineen, mutta suorituskyky riippuu täysin pumpun suorituskyvystä. Alemmalla painealueella suuri CFM -pumppu säilyttää nämä paineet, mutta aiheuttaa suurempia paine -eroja pumpun siirtymän seurauksena. Tämä koskee minun 3 CFM -pumppua. Se pystyy ylläpitämään 3 in-Hg, mutta paine-eron vaihtelu on ± 1 in-Hg, ja pumpun ON-syklit, vaikkakin harvinaisia, kestävät noin yhden tai kaksi sekuntia. Paine-eron muutos ± 1 in-Hg aiheuttaa paineita välillä 141 lbs/ft²-283 lbs/ft². Minulla ei ole kokemusta tyhjiöpuristuksesta näissä alhaisissa paineissa, joten en ole varma tämän paine -eron tärkeydestä. Mielestäni pienempi CFM -tyhjiöpumppu olisi luultavasti sopivampi ylläpitää näitä alempia alipaineita ja vähentää paine -eroja.

Tämän säätimen rakenne sisältää Raspberry Pi Zero, MD-PS002 -paineanturi, HX711 Wheatstone Bridge -vahvistinmoduuli, LCD-näyttö, 5 V: n virtalähde, kiertokooderi ja relemoduuli. Kaikki nämä osat ovat saatavissa suosituilta Internet -elektroniikkaosatoimittajiltasi.

Valitsen Raspberry Pi (RPi) -ohjelman, koska python on ensisijainen ohjelmointikieleni ja RPi: n tuki on helposti saatavilla. Olen varma, että tämä sovellus voidaan siirtää ESP8266: een tai muihin ohjaimiin, jotka voivat käyttää pythonia. RPi: n yksi haittapuoli on sammutus, jota suositellaan ennen sen sammuttamista, jotta vältetään SD -kortin vioittuminen.

Vaihe 2: Osaluettelo

Tämä laite on valmistettu hyllyltä ostetuista osista, mukaan lukien Raspberry Pi, paineanturi, HX711 -sillanvahvistin, nestekidenäyttö ja muut osat, jotka maksavat noin 25 dollaria.

OSAT: 1ea Raspberry Pi Zero-Versio 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Alipaineanturi Absoluuttinen paineanturi $ 1.75 1ea HX711 Kuormitusanturi ja paineanturi 24-bittinen AD-moduuli $ 0.75 1ea KY-040 Pyörivä anturimoduuli AC-DC-askelmoduuli $ 2.56 1ea 2004 20x4-merkkinen LCD-näyttömoduuli $ 4.02 1ea 5V 1-kanavainen optoerotinmoduuli $ 0.99 1ea Adafruit Perma-Proto Puolikokoinen leipälevypiirilevy 4.50 $ 1ea 2N2222A NPN-transistori $ 0.09 2ea 10K vastusta 1ea Hose "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea messinkiputki, neliöpäätulppa 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 2-nastainen halkaisija 12 mm uros- ja naarasjohtopaneelin liitin Pyöreä ruuvityyppinen sähköliitinpistoke $ 0.67 1ea Proto-laatikko (tai 3D-tulostettu)

Vaihe 3: Tyhjiöanturikokoonpano

Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd: n (MIND) valmistaman MD-PS002-paineanturin alue on 150 KPa (absoluuttinen paine). Mittarin painealue (merenpinnan tasolla) tälle anturille olisi 49-101 KPa tai 14,5-29,6 in -Hg. Nämä anturit ovat helposti saatavilla eBayssa, banggoodissa, aliexpressissä ja muilla online -sivustoilla. Muutamien näiden toimittajien ilmoittamat tekniset tiedot ovat kuitenkin ristiriitaisia, joten olen lisännyt Mingdong -tekniikan käännetyn "Tekniset parametrit" -arkin.

Anturin liittäminen HX711 -punnitusanturiin ja paineanturin 24 -bittiseen AD -moduuliin edellyttää seuraavaa: liitä nastat 3 ja 4 yhteen; Nasta 1 (+IN) - E+; Nastat 3 ja 4 (-IN)-E-; Kiinnitä HX711-moduulin nasta 2 (+ OUT) kohtaan A+ ja nasta 5 (-OUT)- A-. Ennen kuin pakkaat langallisen anturin messinkisovittimeen, peitä johdot ja anturin paljaat reunat kutisteputkella tai sähköteipillä. Aseta ja keskitä anturi piikkilangan aukon päälle ja sulje sitten anturi sovittimen sisällä kirkkaalla silikonitiivisteellä samalla, kun pidät tiivisteen poissa anturin pinnasta. Messinkiputken neliöpäätulppa, joka on porattu riittävän suurella reiällä anturin johtoon, on kierretty langan päälle, täytetty silikonitiivisteellä ja ruuvattu piikkisovittimeen. Pyyhi ylimääräinen tiiviste kokoonpanosta ja odota 24 tuntia, kunnes tiiviste kuivuu ennen testausta.

Vaihe 4: Elektroniikka

Elektroniikka koostuu Raspberry Pi Zerosta (RPi), joka on kytketty HX711-moduuliin, jossa on MD-PS002-paineanturi, KY-040-kiertokooderi, relemoduuli ja LCD-näyttö. Kiertokooderi on liitetty RPi: hen nastan 21 kautta anturin DT: hen, nasta 16 CLK: iin ja nasta 20 anturin SW tai kytkimeen. Paineanturi on kytketty HX711 -moduuliin, ja tämän moduulin DT- ja SCK -nastat on kytketty suoraan RPi: n nastoihin 5 ja 6. Relemoduuli laukaisee 2N2222A -transistoripiirin, joka on kytketty RPi -nastaan 32 liipaisulähteelle. Relemoduulin normaalisti avoimet koskettimet on kytketty LINE-SW-liitäntään ja 30A RELAYn käämin toiselle puolelle. Virta ja maadoitus digitaaliselle alipaineensäätimelle toimitetaan RPi: n nastoilla 1, 4, 6 ja 9. Nasta 4 on 5 voltin virtatappi, joka on kytketty suoraan RPi: n virtatuloon. Liitäntöjen yksityiskohdat näkyvät digitaalisessa alipaineensäätimen kaaviossa.

Vaihe 5: Päivitä ja määritä Raspberry Pi

Päivitä Raspberry Pi (RPi) -laitteesi nykyinen ohjelmisto seuraavilla komentoriviohjeilla

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

Riippuen siitä, kuinka vanhentunut RPi on tuolloin, määrittää näiden komentojen suorittamiseen tarvittavan ajan. Seuraavaksi RPi on määritettävä I2C-viestintään Raspi-Configin kautta.

sudo raspi-config

Yllä oleva näyttö tulee näkyviin. Valitse ensin Lisäasetukset ja sitten Laajenna tiedostojärjestelmä ja valitse Kyllä. Palattuasi Raspi-Configin päävalikkoon valitse Ota käyttöön käynnistys työpöydälle/Scratch ja valitse sitten Boot to Console. Valitse päävalikosta Lisäasetukset ja ota I2C ja SSH käyttöön käytettävissä olevista vaihtoehdoista. Valitse lopuksi Valmis ja käynnistä RPi uudelleen.

Asenna I2C- ja numpy -ohjelmistopaketit pythonille

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

Vaihe 6: Ohjelmisto

Kirjaudu RPi: hen ja luo seuraavat hakemistot. /Vac_Sensor sisältää ohjelmatiedostot ja /lokit sisältävät crontab -lokitiedostot.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir lokit cd Vac_Sensor

Kopioi yllä olevat tiedostot /Vac_Sensor -kansioon. Käytän WinSCP: tä RPi: n tiedostojen yhdistämiseen ja hallintaan. Yhteys RPi: hen voi tapahtua Wifi- tai sarjayhteyden kautta, mutta SSH on otettava käyttöön raspi-configissa tämän tyyppisen yhteyden sallimiseksi.

Ensisijainen ohjelma on vac_sensor.py ja se voidaan suorittaa komentoriviltä. Voit testata komentosarjaa kirjoittamalla seuraavat:

sudo python vac_sensor.py

Kuten aiemmin mainittiin, komentosarja vac_sensor.py on asteikon ensisijainen tiedosto. Se tuo hx711.py -tiedoston lukemaan tyhjiöanturin HX711 -moduulin kautta. Projektissani käytetty versio hx711.py on peräisin tatobari/hx711py. Löysin tämän version, jos haluamani ominaisuudet.

Nestekidenäyttö vaatii Denis Pleicin RPi_I2C_driver.py ja Marty Tremblayn haarukka, ja se löytyy osoitteesta MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Peter Flockerin Rotary Encoder löytyy osoitteesta

Alan Aufderheiden pimenu löytyy osoitteesta

Config.json -tiedosto sisältää ohjelman tallentamat tiedot, ja joitain kohteita voidaan muokata valikkovaihtoehdoilla. Tämä tiedosto päivitetään ja tallennetaan sammutettaessa. "Yksiköt" voidaan asettaa Yksiköt-valikon kautta joko in-Hg (oletus), mm-Hg tai psi. "Tyhjiö_setti" on katkaisupaine, ja se tallennetaan Hg-arvona, ja sitä muutetaan valikon Katkaisupaine avulla. "Calibration_factor" -arvo asetetaan manuaalisesti config.json -tiedostossa, ja se määritetään kalibroimalla alipaineanturi tyhjiömittariin. "Siirtymä" on Taren luoma arvo, ja se voidaan asettaa tällä valikkovaihtoehdolla. "Katkaisualue_alue" asetetaan manuaalisesti config.json -tiedostossa, ja se on "tyhjiö_setti" -arvon paine -eroalue.

Katkaisuarvo = "tyhjiöjoukko" ± (("raja -alue" /100) x "tyhjiöjoukko")

Huomaa, että "calibration_factor" ja "offset" voivat poiketa niistä, jotka minulla on. Esimerkki config.json -tiedostosta:

Vaihe 7: Kalibrointi

Kalibrointi on paljon helpompaa SSH: n ja seuraavien komentojen avulla:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Python-komentosarjasta poistuminen voidaan tehdä Ctrl-C-näppäimellä ja /Vac_Sensor/config.json-tiedostoon voidaan tehdä muutoksia.

Alipaineanturin kalibrointi vaatii tarkan tyhjiömittarin ja "kalibrointikertoimen" säätämisen vastaamaan nestekidenäytössä näkyvää lähtöä. Käytä ensin Tara -valikkovaihtoehtoa asettaaksesi ja tallentaaksesi "offset" -arvon pumpulle ilmakehän paineeseen. Kytke seuraavaksi pumppu PÄÄLLE tyhjiövalikon avulla ja lue paineen tasaantumisen jälkeen nestekidenäyttö ja vertaa tätä tyhjiömittariin. Sammuta pumppu ja sulje komentosarja. Säädä "calibration_factor" -muuttujaa, joka sijaitsee tiedostossa /Vac_Sensor/config.json. Käynnistä komentosarja uudelleen ja toista prosessi lukuun ottamatta Taraa. Tee tarvittavat säädöt "kalibrointikertoimeen", kunnes nestekidenäyttö vastaa mittarin lukemaa.

"Calibration_factor" ja "offset" vaikuttavat näyttöön seuraavien laskelmien avulla:

get_value = read_average - "offset"

paine = get_value/ "calibration_factor"

Käytin vanhaa vertaansa vailla olevaa moottorin tyhjiömittaria kalibroimaan säätimen pumpun tyhjiömittarin sijasta, koska se oli lyönyt kalibroinnin pois. Peerless-mittari on halkaisijaltaan 9,5 cm (3-3/4 ) ja paljon helpompi lukea.

Vaihe 8: Päävalikko

• Tyhjiö - Käynnistää pumpun
• Katkaisupaine - Aseta katkaisupaine
• Taara - Tämä tulisi tehdä ilman tyhjiötä pumpussa ja ilmakehän paineessa.
• Yksiköt-Valitse käytettävät yksiköt (esim. In-Hg, mm-Hg ja psi)
• Käynnistä uudelleen - käynnistä Raspberry Pi uudelleen
• Sammutus - Sammuta Raspberry Pi ennen virran katkaisemista.

Vaihe 9: Imuroi

Tyhjiö -valikkovaihtoehdon painaminen käynnistää pumpun ja tuo esiin yllä olevan näytön. Tässä näytössä näkyvät säätimen yksiköt ja [Katkaisupaine] -asetukset sekä pumpun nykyinen paine. Poistu tyhjiövalikosta painamalla nuppia.

Vaihe 10: Katkaisupaine

Katkaisupaine -valikon avulla voit valita halutun paineen katkaisulle. Nupin kääntäminen muuttaa näytössä näkyvää painetta, kun haluttu paine saavutetaan. Paina nuppia tallentaaksesi ja poistu valikosta.

Vaihe 11: Taara

Taara -valikko tulee tehdä, kun pumpussa ei ole tyhjiötä ja mittari näyttää ilmakehän tai nollapaineen.

Vaihe 12: Yksiköt

Yksiköt -valikko mahdollistaa toiminto- ja näyttöyksiköiden valinnan. Oletusyksikkö on in-Hg, mutta mm-Hg ja psi voidaan myös valita. Nykyinen yksikkö osoitetaan tähdellä. Jos haluat valita yksikön, siirrä kohdistin haluamasi yksikön kohdalle ja paina nuppia. Siirrä lopuksi kohdistin taaksepäin ja paina nuppia poistuaksesi ja tallentaaksesi.

Vaihe 13: Käynnistä uudelleen tai sammuta

Kuten nimestä voi päätellä, jompikumpi näistä valikkokohteista valitsee Käynnistä uudelleen tai Sammuta. On erittäin suositeltavaa sammuttaa Raspberry Pi ennen virran katkaisemista. Tämä tallentaa kaikki käytön aikana muutetut parametrit ja vähentää SD -kortin vioittumisen mahdollisuutta.

Vaihe 14: Suorita käynnistyksen yhteydessä

Siellä on erinomainen Instructable Raspberry Pi: Käynnistä Python -komentosarja käynnistyksen yhteydessä skriptien suorittamiseksi käynnistyksen yhteydessä.

Kirjaudu RPi: hen ja vaihda hakemistoon /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Sisällytä seuraava teksti launcher.sh -tiedostoon

#!/bin/sh # launcher.sh # siirry kotihakemistoon, sitten tähän hakemistoon, suorita sitten python -skripti ja sitten takaisin homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

Poistu ja tallenna launcher.sh

Meidän on tehtävä skripti suoritettavaksi.

chmod 755 launcher.sh

Testaa käsikirjoitus.

sh launcher.sh

Seuraavaksi meidän on muokattava crontab (linux -tehtävienhallinta) käynnistääksemme komentosarjan käynnistyksen yhteydessä. Huomaa: olemme jo luoneet /logs -hakemiston aiemmin.

sudo crontab -e

Tämä tuo crontab -ikkunan kuten yllä. Siirry tiedoston loppuun ja kirjoita seuraava rivi.

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

Sulje ja tallenna tiedosto ja käynnistä RPi uudelleen. Skriptin pitäisi käynnistyä vac_sensor.py -komentosarja RPi: n uudelleenkäynnistyksen jälkeen. Skriptin tila voidaan tarkistaa lokitiedostoista, jotka sijaitsevat /logs -kansiossa.

Vaihe 15: 3D -tulostetut osat

Nämä ovat osia, jotka suunnittelin Fusion 360: ssä ja tulostin koteloa, nuppia, kondensaattorin kantta ja ruuvikiinnitystä varten.

Käytin yhtä mallia Thingiversen 1/4 NPT -mutterille kytkeäksesi tyhjiöanturikokoonpanon koteloon. Ostariyan luomat tiedostot löytyvät NPT 1/4 -kierteestä.