Regulador de buit digital: 15 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Es tracta d’una premsa de buit de xapa (bomba de buit) que s’ha modificat amb un regulador de buit digital per funcionar amb una pressió de buit seleccionable. Aquest dispositiu substitueix el controlador de buit de la meva premsa de buit de xapa DIY creada amb plans de VeneerSupplies.com o JoeWoodworking.com. Són plans fantàstics i les bombes funcionen de manera molt satisfactòria segons el dissenyat. Tanmateix, sóc bricolador i volia millorar la meva bomba amb la possibilitat de controlar fàcilment i fàcilment els paràmetres de pressió (sense un tornavís) en una gamma més àmplia de pressions amb un regulador controlat digitalment.

Recentment, va sorgir una necessitat que estava més enllà dels límits inferiors del meu controlador de buit (tipus 1). Aquest projecte requeria un controlador de buit tipus 2 per a pressions compreses entre 2 i 10 in-Hg. Substituir el controlador de buit tipus 1 per un model de tipus 2 era una opció, però semblava poc pràctic, ja que requeriria un cost addicional i modificacions per canviar entre els dos rangs de buit. La solució ideal és un únic controlador amb una gamma més àmplia de pressions (2 a 28 in-Hg).

Controlador de buit: microinterruptor controlat per buit que s’utilitza per activar una bomba o relé de buit a una pressió seleccionada. El controlador de buit té un cargol d’ajust que permet marcar el nivell de buit desitjat. Els contactes tenen una potència de 10 amperes a 120 V CA.

Tipus de controlador de buit: tipus 1 = ajustable per a 10,5 "a 28" de Hg (diferencial de 2 a 5 "de Hg) Tipus 2 = ajustable per a 2" a 10 "de Hg (diferencial de 2 a 4" de Hg)

Pas 1: consideracions de disseny

El meu disseny substitueix el controlador de buit per un regulador de buit digital (DVR). El DVR s’utilitzarà per controlar la línia LINE-DVR del RELAY-30A tal com es veu a l’esquema de la caixa de control principal. Aquest disseny requereix l’addició d’una font d’alimentació AC / DC 5-VDC a la caixa de control principal per alimentar el DVR.

Aquest disseny és capaç de mantenir una àmplia gamma de pressions de buit, però el rendiment depèn totalment de la capacitat de la bomba. En el rang de pressió inferior, una gran bomba CFM mantindrà aquestes pressions, però donarà lloc a canvis de pressió diferencial més grans com a resultat del desplaçament de la bomba. Aquest és el cas de la meva bomba de 3 CFM. És capaç de mantenir 3 in-Hg, però la variació de la pressió diferencial és de ± 1 in-Hg i els cicles ON de la bomba, tot i que poc freqüents, duren aproximadament un o dos segons. Es produirà un oscil·lació de la pressió diferencial de ± 1 in-Hg amb pressions entre 141 lbs / ft² i 283 lbs / ft². No tinc experiència al pressionar al buit a aquestes baixes pressions, per tant, no estic segur de la importància d’aquest oscil·lació de pressió diferencial. Al meu entendre, una bomba de buit CFM més petita probablement seria més adequada per mantenir aquestes pressions de buit més baixes i reduir els canvis de pressió diferencials.

La construcció d’aquest regulador inclou un Raspberry Pi Zero, un sensor de pressió MD-PS002, un mòdul amplificador pont HX711 Wheatstone, una pantalla LCD, una font d’alimentació de 5 V, un codificador rotatiu i un mòdul de relé. Totes aquestes peces estan disponibles als proveïdors de components electrònics d'Internet preferits.

Trio un Raspberry Pi (RPi) perquè Python és el meu llenguatge de programació preferit i el suport per a RPi està fàcilment disponible. Estic segur que aquesta aplicació es podria portar a un ESP8266 o a altres controladors capaços d'executar python. L’únic desavantatge de l’RPi és que es recomana un tancament abans d’apagar-lo per evitar la corrupció de la targeta SD.

Pas 2: llista de peces

Aquest dispositiu està construït amb peces fora de la plataforma incloses una Raspberry Pi, un sensor de pressió, un amplificador de pont HX711, una pantalla LCD i altres peces que costen aproximadament 25 dòlars.

PARTS: 1ea Raspberry Pi Zero - Versió 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Sensor de buit Sensor de pressió absoluta 1,75 $ 1ea Cèl·lula de càrrega HX711 i sensor de pressió Mòdul AD de 24 bits 0,75 $ 1ea Mòdul de codificador rotatiu KY-040 $ 1 1ea 5V 1,5A 7,5W Mòdul d'alimentació del commutador 220V Mòdul AC-DC Step Down 2,56 $ 1ea 2004 Mòdul de visualització LCD de 20x4 caràcters 4,02 $ 1ea Mòdul de relé d'octoacoplador 5V 1 canal 0,99 $ 1ea PCB de taules de pa de mida mitjana Adafruit Perma-Proto 4,50 $ 1ea Transistor NPN 2N2222A 0,09 $ 2ea Resistències 10K 1ea Adaptador de mànega 1/4 "ID x 1/4" FIP 3,11 $ 1ea Connector de cap quadrat de canonada de llautó 1/4 "MIP 2,96 $ 1ea GX12-2 Diàmetre de 2 pins 12 mm Connector de panell de filferro masculí i femení Tipus de cargol Connector elèctric Endoll de presa de 0,67 $ 1ea Proto Box (o imprès en 3D))

Pas 3: Muntatge del sensor de buit

El sensor de pressió MD-PS002 fabricat per Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) té un rang de 150 KPa (pressió absoluta). L’interval de pressió del manòmetre (a nivell del mar) d’aquest sensor seria de 49 a -101 KPa o de 14,5 a -29,6 in-Hg. Aquests sensors estan disponibles a eBay, Banggood, AliExpress i altres llocs en línia. Tot i això, les especificacions llistades per alguns d'aquests proveïdors són contradictòries, per tant, he inclòs un full de "Paràmetres tècnics" traduït d'una tecnologia Mingdong.

Per connectar el sensor a un mòdul AD de 24 bits de cel·la de càrrega i sensor de pressió HX711 cal fer el següent: connecteu els pins 3 i 4 junts; Pin 1 (+ IN) a E +; Pin 3 & 4 (-IN) a E-; Pin 2 (+ OUT) a A + i Pin 5 (-OUT) a A- del mòdul HX711. Abans d’empaquetar el sensor cablejat en un adaptador de llautó, cobreix els cables i les vores exposades del sensor amb tubs termoretràctils o cinta elèctrica. Introduïu i centreu el sensor sobre l’obertura del mugró de pues i, a continuació, utilitzeu calafat de silicona transparent per segellar el sensor a l’interior de l’adaptador mentre tingueu cura de mantenir el calafat lluny de la cara del sensor. Un endoll de capçal quadrat de canonada de llautó que s'ha perforat amb un forat prou gran per donar cabuda al cable del sensor es roda sobre el cable, s'omple de calafat de silicona i es cargola a l'adaptador de pues. Netejar l'excés de calafat del conjunt i esperar 24 hores fins que s'assequi la calafat abans de provar-la.

Pas 4: electrònica

L’electrònica consisteix en un Raspberry Pi Zero (RPi) connectat a un mòdul HX711 amb un sensor de pressió MD-PS002, un codificador rotatiu KY-040, un mòdul de relé i una pantalla LCD. El codificador rotatiu està connectat al RPi mitjançant el pin 21 al DT del codificador, el pin 16 al CLK i el pin 20 al SW o al commutador del codificador. El sensor de pressió està connectat al mòdul HX711 i els pins DT i SCK d’aquest mòdul es connecten directament als pins 5 i 6 del RPi. El mòdul de relé s’activa mitjançant un circuit de transistor 2N2222A que està connectat al pin 32 de RPi per a una font d’activació. Els contactes normalment oberts del mòdul de relés estan connectats a LINE-SW i a un costat de la bobina del relé 30A. Els pins 1, 4, 6 i 9 del RPi subministren l'alimentació i la terra del regulador de buit digital. El pin 4 és el pin d'alimentació de 5v, que es connecta directament a l'entrada d'alimentació de l'RPi. Els detalls de les connexions es poden veure a l’esquema del regulador de buit digital.

Pas 5: actualitzeu i configureu el Raspberry Pi

Actualitzeu el programari existent al vostre Raspberry Pi (RPi) amb les instruccions següents de les línies d’ordres

sudo apt-get updates sudo apt-get upgrade

Depenent de la data de caducitat del vostre RPi en aquell moment, determinarà el temps necessari per completar aquestes ordres. A continuació, cal configurar el RPi per a comunicacions I2C mitjançant Raspi-Config.

sudo raspi-config

Apareixerà la pantalla que es veu més amunt. Primer seleccioneu Opcions avançades, després Expandiu el sistema de fitxers i seleccioneu Sí. Després de tornar al menú principal de Raspi-Config, seleccioneu Habilita l'arrencada a l'escriptori / Scratch i trieu Arrencar a la consola. Al menú principal, seleccioneu Opcions avançades i activeu I2C i SSH a les opcions disponibles. Finalment, seleccioneu Finalitza i reinicieu el RPi.

Instal·leu els paquets de programari I2C i numpy per a Python

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

Pas 6: programari

Inicieu sessió al RPi i creeu els directoris següents. El / Vac_Sensor conté els fitxers del programa i / logs contindran els fitxers de registre crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor registra mkdir cd Vac_Sensor

Copieu els fitxers anteriors a la carpeta / Vac_Sensor. Faig servir WinSCP per connectar i gestionar els fitxers a l’RPi. La connexió a l'RPi es pot fer mitjançant connexió Wifi o sèrie, però SSH ha d'estar habilitat a raspi-config per permetre aquest tipus de connexió.

El programa principal és vac_sensor.py i es pot executar des del símbol del sistema. Per provar l'script, introduïu el següent:

sudo python vac_sensor.py

Com s'ha esmentat anteriorment, l'script vac_sensor.py és el fitxer principal de l'escala. Importa el fitxer hx711.py per llegir el sensor de buit mitjançant el mòdul HX711. La versió de hx711.py que s’utilitza per al meu projecte prové de tatobari / hx711py. He trobat que aquesta versió proporcionava les funcions que volia.

La pantalla LCD necessita el RPi_I2C_driver.py de Denis Pleic i la bifurcació de Marty Tremblay i es pot trobar a MartyTremblay / RPi_I2C_driver.py.

El codificador rotatiu de Peter Flocker es pot trobar a

pimenu d’Alan Aufderheide es pot trobar a

El fitxer config.json conté les dades emmagatzemades pel programa i alguns elements es poden modificar mitjançant les opcions del menú. Aquest fitxer s’actualitza i es desa a l’apagada. Les "unitats" es poden configurar mitjançant l'opció de menú Unitats, ja sigui en-Hg (per defecte), mm-Hg o psi. El "vacuum_set" és la pressió de tall i s'emmagatzema com a valor in-Hg i es modifica amb l'opció del menú Pressió de tall. El valor "calibration_factor" s'estableix manualment al fitxer config.json i es determina calibrant el sensor de buit a un manòmetre de buit. El "desplaçament" és el valor creat per Tare i es pot configurar mitjançant aquesta opció de menú. El "cutoff_range" es configura manualment al fitxer config.json i és l'interval de pressió diferencial del valor "vacuum_set".

Valor de tall = "vacuum_set" ± (("cutoff_range" / 100) x "vacuum_set")

Tingueu en compte que el vostre "calibration_factor" i "offset" poden diferir dels que tinc. Exemple de fitxer config.json:

Pas 7: calibració

La calibració és molt més fàcil de fer mitjançant SSH i executant les ordres següents:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

La sortida de l’escriptura python es pot fer mitjançant Ctrl-C i es poden fer modificacions al fitxer /Vac_Sensor/config.json.

Calibrar el sensor de buit requereix un indicador de buit precís i ajustar el "calibration_factor" perquè coincideixi amb la sortida que es mostra a la pantalla LCD. En primer lloc, utilitzeu l'opció del menú Tara per establir i guardar el valor de "desplaçament" amb la bomba a pressió atmosfèrica. A continuació, engegueu la bomba amb el menú Vacuum i, després de la pressió, llegiu la pantalla LCD i compareu-la amb el manòmetre de buit. Apagueu la bomba i sortiu de l'script. Ajusteu la variable "calibration_factor" ubicada al fitxer /Vac_Sensor/config.json. Reinicieu l'script i repetiu el procés amb l'excepció de Tara. Feu els ajustos necessaris al "calibration_factor" fins que la pantalla LCD coincideixi amb la lectura del calibre.

El "factor de calibració" i el "desplaçament" afecten la pantalla mitjançant els càlculs següents:

get_value = read_average - "compensació"

pressure = get_value / "calibration_factor"

Vaig utilitzar un vell indicador de buit Peerless Engine per calibrar el regulador en lloc del manòmetre de buit de la meva bomba perquè s’havia calibrat. L'indicador Peerless té un diàmetre de 3-3 / 4 (9,5 cm) i és molt més fàcil de llegir.

Pas 8: menú principal

• Vacuum: encén la bomba
• Pressió de tall: definiu la pressió de tall
• Tara: s'ha de fer amb NO buit a la bomba ia pressió atmosfèrica.
• Unitats: seleccioneu les unitats que voleu utilitzar (per exemple, in-Hg, mm-Hg i psi)
• Reinici: reinicieu el Raspberry Pi
• Apagat: apagueu el Raspberry Pi abans d’apagar l’alimentació principal.

Pas 9: buidar

En prémer l’opció del menú Vacuum s’encendrà la bomba i es mostrarà la pantalla anterior. Aquesta pantalla mostra les configuracions de les unitats i la [Pressió de tall] del regulador, així com la pressió actual de la bomba. Premeu el botó per sortir del menú Vacuum.

Pas 10: Pressió de tall

El menú Pressió de tall permet seleccionar la pressió desitjada per al tall. Si gireu la perilla canviarà la pressió visualitzada quan s’assoleixi la pressió desitjada, premeu la perilla per Desar i sortir del menú.

Pas 11: Tareu

El menú Tara s’hauria de fer amb NO buit a la bomba i el manòmetre de lectura de pressió atmosfèrica o zero.

Pas 12: Unitats

El menú Unitats permetrà seleccionar les unitats de funcionament i visualització. La unitat per defecte és in-Hg, però també es poden seleccionar mm-Hg i psi. La unitat actual s’indicarà amb un asterisc. Per seleccionar una unitat, moveu el cursor a la unitat desitjada i premeu el botó. Finalment, moveu el cursor a Enrere i premeu el botó per sortir i desar.

Pas 13: reinicieu o apagueu

Com el seu nom indica, seleccionar un d'aquests elements del menú donarà lloc a un reinici o un tancament. Es recomana que el Raspberry Pi es tanqui abans d’apagar l’alimentació. D’aquesta manera es desaran els paràmetres modificats durant l’operació i es reduirà la possibilitat de danyar la targeta SD.

Pas 14: executeu a l'inici

Hi ha un excel·lent Raspberry Pi instructable: Inicieu un script Python a l’inici per executar un script a l’inici.

Inicieu sessió al RPi i canvieu al directori / Vac_Sensor.

cd / Vac_Sensornano launcher.sh

Incloeu el text següent a launcher.sh

#! / bin / sh # launcher.sh # navegueu al directori inicial, després a aquest directori, després executeu l'script python i, a continuació, retrocedeu homecd / cd home / pi / Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd /

Sortiu i deseu el launcher.sh

Hem de fer que el script sigui executable.

chmod 755 launcher.sh

Proveu el guió.

llançador sh

A continuació, hem d’editar el crontab (el gestor de tasques de Linux) per iniciar l’escriptura a l’inici. Nota: ja hem creat el directori / logs anteriorment.

sudo crontab -e

Això farà que aparegui la finestra del crontab com es veu més amunt. Aneu al final del fitxer i introduïu la línia següent.

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

Sortiu i deseu el fitxer i reinicieu el RPi. L'escriptura ha d'iniciar l'script vac_sensor.py després de reiniciar l'RPi. L'estat de l'script es pot comprovar als fitxers de registre ubicats a la carpeta / logs.

Pas 15: peces impreses en 3D

Aquestes són les parts que he dissenyat a Fusion 360 i que he imprès per a la caixa, el pom, la tapa del condensador i el suport per a cargols.

He utilitzat un model per a una femella NPT de 1/4 de Thingiverse per connectar el conjunt del sensor de buit a la caixa. Els fitxers creats per ostariya es poden trobar a la rosca NPT 1/4.