Regolatore di vuoto digitale: 15 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Questa è una pressa per vuoto per impiallacciatura (pompa per vuoto) che è stata modificata con un regolatore di vuoto digitale per funzionare con una pressione del vuoto selezionabile. Questo dispositivo sostituisce il controller del vuoto nella mia pressa per vuoto per impiallacciatura fai-da-te costruita con i piani di VeneerSupplies.com o JoeWoodworking.com. Questi sono ottimi piani e le pompe funzionano in modo molto soddisfacente come progettato. Tuttavia, sono un armeggiare e volevo migliorare la mia pompa con la capacità di controllare facilmente e prontamente le impostazioni di pressione (senza un cacciavite) su una gamma più ampia di pressioni con un regolatore a controllo digitale.

Recentemente, è emersa un'esigenza che andava oltre i limiti inferiori del mio Vacuum Controller (Tipo 1). Questo progetto richiedeva un controllore del vuoto di tipo 2 per pressioni nell'intervallo da 2 a 10 in-Hg. Sostituire il mio controller per vuoto di tipo 1 con un modello di tipo 2 era un'opzione, tuttavia, ciò sembrava poco pratico poiché richiederebbe un costo aggiuntivo e modifiche per passare tra le due gamme di vuoto. La soluzione ideale è un singolo controller con una gamma di pressioni più ampia (da 2 a 28 in-Hg).

Controllore del vuoto: un microinterruttore controllato dal vuoto utilizzato per attivare una pompa del vuoto o un relè a una pressione selezionata. Il controller del vuoto ha una vite di regolazione che consente di comporre il livello di vuoto desiderato. I contatti sono classificati a 10 ampere a 120 V CA.

Tipi di controllore del vuoto: Tipo 1 = regolabile da 10,5" a 28" di Hg (differenziale da 2 a 5" di Hg) Tipo 2 = regolabile da 2" a 10" di Hg (differenziale da 2 a 4" di Hg)

Passaggio 1: considerazioni sulla progettazione

Il mio progetto sostituisce il controller del vuoto con un regolatore del vuoto digitale (DVR). Il DVR verrà utilizzato per controllare la linea LINE-DVR del RELAY-30A come mostrato nello schema della scatola di controllo principale. Questo design richiede l'aggiunta di un alimentatore AC/DC 5-VDC alla scatola di controllo principale per alimentare il DVR.

Questo design è in grado di mantenere un'ampia gamma di pressioni di vuoto, ma le prestazioni dipendono interamente dalla capacità della pompa. All'intervallo di pressione inferiore una grande pompa CFM manterrà queste pressioni, ma determinerà maggiori oscillazioni della pressione differenziale a causa dello spostamento della pompa. Questo è il caso della mia pompa 3 CFM. È in grado di mantenere 3 in-Hg, ma l'oscillazione della pressione differenziale è di ±1 in-Hg e i cicli di accensione della pompa, sebbene poco frequenti, durano circa uno o due secondi. Un'oscillazione della pressione differenziale di ±1 in-Hg risulterà con pressioni comprese tra 141 lbs/ft² e 283 lbs/ft². Non ho esperienza di pressatura sotto vuoto a queste basse pressioni, quindi non sono sicuro del significato di questa oscillazione della pressione differenziale. A mio parere, una pompa per vuoto CFM più piccola sarebbe probabilmente più appropriata per mantenere queste pressioni di vuoto inferiori e ridurre le oscillazioni della pressione differenziale.

La costruzione di questo regolatore include un Raspberry Pi Zero, un sensore di pressione MD-PS002, un modulo amplificatore a ponte Wheatstone HX711, un display LCD, un alimentatore da 5 V, un codificatore rotante e un modulo relè. Tutte queste parti sono disponibili presso i fornitori di componenti elettronici Internet preferiti.

Scelgo un Raspberry Pi (RPi) perché Python è il mio linguaggio di programmazione preferito e il supporto per RPi è prontamente disponibile. Sono sicuro che questa applicazione potrebbe essere trasferita su un ESP8266 o altri controller in grado di eseguire Python. L'unico svantaggio dell'RPi è che lo spegnimento è altamente raccomandato prima di spegnerlo per prevenire il danneggiamento della scheda SD.

Passaggio 2: elenco delle parti

Questo dispositivo è costruito con parti standard tra cui un Raspberry Pi, un sensore di pressione, un amplificatore a ponte HX711, un display LCD e altre parti che costano circa $ 25.

PARTI: 1ea Raspberry Pi Zero - Versione 1.3 $5 1ea MD-PS002 Sensore di vuoto Sensore di pressione assoluta $1.75 1ea HX711 Cella di carico e sensore di pressione Modulo 24 bit AD $0.75 1ea Modulo encoder rotativo KY-040 $1 1ea 5V 1.5A 7.5W Modulo di alimentazione dell'interruttore 220V Modulo step-down AC-DC $ 2,56 1ea 2004 Modulo display LCD 20x4 caratteri $ 4,02 1ea 5V Modulo relè optoaccoppiatore a 1 canale $0,99 1ea Adafruit Perma-Proto PCB breadboard di mezza misura $ 4,50 1ea 2N2222A Transistor NPN $0,09 2ea Resistori da 10K 1ea Adattatore portagomma 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3,11 1ea Spina a testa quadrata per tubo in ottone 1/4" MIP $ 2,96 1ea GX12-2 2 pin Diametro 12 mm Connettore maschio e femmina a pannello Connettore circolare a vite Connettore elettrico Presa spina $ 0,67 1ea Proto Box (o stampato in 3D)

Passaggio 3: assemblaggio del sensore di vuoto

Il sensore di pressione MD-PS002 prodotto da Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) ha un intervallo di 150 KPa (pressione assoluta). L'intervallo della pressione relativa (a livello del mare) per questo sensore è compreso tra 49 e -101 KPa o tra 14,5 e -29,6 in-Hg. Questi sensori sono prontamente disponibili su eBay, Banggood, aliexpress e altri siti online. Tuttavia, le specifiche elencate da alcuni di questi fornitori sono in conflitto, quindi ho incluso un foglio "Parametri tecnici" tradotto da una tecnologia Mingdong.

Il collegamento del sensore a una cella di carico HX711 e al modulo AD a 24 bit del sensore di pressione richiede quanto segue: collegare i pin 3 e 4 insieme; Pin 1 (+IN) a E+; Pin 3 e 4 (-IN) su E-; Pin 2 (+OUT) su A+ e Pin 5 (-OUT) su A- del modulo HX711. Prima di imballare il sensore cablato in un adattatore in ottone, coprire i cavi e i bordi esposti del sensore con guaina termorestringente o nastro isolante. Inserire e centrare il sensore sull'apertura del capezzolo spinato, quindi utilizzare un silicone trasparente per sigillare il sensore all'interno dell'adattatore, facendo attenzione a mantenere il sigillante lontano dalla superficie del sensore. Un tappo a testa quadrata per tubo in ottone che è stato praticato con un foro sufficientemente grande da ospitare il cavo del sensore viene infilato sul cavo, riempito con silicone per calafataggio e avvitato sull'adattatore spinato. Eliminare l'eccesso di calafataggio dall'assieme e attendere 24 ore affinché il calafataggio si asciughi prima di eseguire il test.

Passaggio 4: elettronica

L'elettronica è costituita da un Raspberry Pi Zero (RPi) collegato a un modulo HX711 con un sensore di pressione MD-PS002, encoder rotativo KY-040, modulo relè e display LCD. Il Rotary Encoder è interfacciato all'RPi tramite il Pin 21 al DT dell'encoder, il Pin 16 al CLK e il Pin 20 al SW o all'interruttore dell'encoder. Il sensore di pressione è collegato al modulo HX711 e i pin DT e SCK di questo modulo sono collegati direttamente ai pin 5 e 6 dell'RPi. Il modulo relè viene attivato da un circuito a transistor 2N2222A collegato al pin 32 RPi per una sorgente di trigger. I contatti Normalmente Aperti del Modulo Relè sono collegati a LINE-SW e un lato della bobina del RELÈ 30A. L'alimentazione e la messa a terra per il regolatore di vuoto digitale sono fornite dai pin 1, 4, 6 e 9 dell'RPi. Il pin 4 è il pin di alimentazione 5v, che è collegato direttamente all'ingresso di alimentazione dell'RPi. I dettagli dei collegamenti possono essere visualizzati nello schema del regolatore di vuoto digitale.

Passaggio 5: aggiorna e configura il Raspberry Pi

Aggiorna il software esistente sul tuo Raspberry Pi (RPi) con le seguenti istruzioni della riga di comando

sudo apt-get updateudo apt-get upgrade

A seconda di quanto sia obsoleto il tuo RPi in quel momento, determinerà la quantità di tempo necessaria per completare questi comandi. Successivamente, l'RPi deve essere configurato per le comunicazioni I2C tramite Raspi-Config.

sudo raspi-config

Apparirà la schermata vista sopra. Prima seleziona Opzioni avanzate, quindi Espandi filesystem e seleziona Sì. Dopo essere tornati al menu principale di Raspi-Config selezionare Enable Boot to Desktop/Scratch e scegliere Boot to Console. Dal menu principale selezionare Opzioni avanzate e abilitare I2C e SSH dalle opzioni disponibili. Infine, seleziona Fine e riavvia l'RPi.

Installa i pacchetti software I2C e numpy per Python

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

Passaggio 6: software

Accedi a RPi e crea le seguenti directory. Il /Vac_Sensor contiene i file di programma e /logs conterrà i file di registro crontab.

cd ~mkdir Vac_Sensor mkdir log cd Vac_Sensor

Copia i file sopra nella cartella /Vac_Sensor. Uso WinSCP per connettere e gestire i file su RPi. La connessione all'RPi può essere effettuata tramite Wi-Fi o connessione seriale, ma SSH deve essere abilitato in raspi-config per consentire questo tipo di connessione.

Il programma principale è vac_sensor.py e può essere eseguito dal prompt dei comandi. Per testare lo script inserire quanto segue:

sudo python vac_sensor.py

Come accennato in precedenza, lo script vac_sensor.py è il file principale per la bilancia. Importa il file hx711.py per leggere il sensore di vuoto tramite il modulo HX711. La versione di hx711.py utilizzata per il mio progetto proviene da tatobari/hx711py. Ho trovato questa versione che offriva le funzionalità che volevo.

Il display LCD richiede RPi_I2C_driver.py di Denis Pleic e forkato da Marty Tremblay, e può essere trovato su MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

L'encoder rotativo di Peter Flocker può essere trovato su

pimenu di Alan Aufderheide può essere trovato su

Il file config.json contiene i dati memorizzati dal programma e alcuni elementi possono essere modificati dalle opzioni di menu. Questo file viene aggiornato e salvato all'arresto. Le "unità" possono essere impostate tramite l'opzione di menu Unità come in-Hg (predefinito), mm-Hg o psi. Il "vacuum_set" è la pressione di cutoff, ed è memorizzato come valore in-Hg, ed è modificato dall'opzione di menu Cutoff Pressure. Un valore "calibration_factor" viene impostato manualmente nel file config.json e viene determinato calibrando il sensore del vuoto su un vacuometro. L'"offset" è un valore creato da Tara e può essere impostato tramite questa opzione di menu. Il "cutoff_range" viene impostato manualmente nel file config.json ed è l'intervallo di pressione differenziale del valore "vacuum_set".

Valore limite = "set_vuoto" ± (("intervallo_taglio" /100) x "set_vuoto")

Si prega di notare che il "fattore_calibrazione" e l'"offset" potrebbero differire da quelli che ho. Esempio di file config.json:

Passaggio 7: calibrazione

La calibrazione è molto più semplice da eseguire utilizzando SSH ed eseguendo i seguenti comandi:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

L'uscita dallo script Python può essere eseguita tramite Ctrl-C e le modifiche possono essere apportate al file /Vac_Sensor/config.json.

La calibrazione del sensore del vuoto richiede un vacuometro accurato e la regolazione del "fattore_calibrazione" in modo che corrisponda all'output visualizzato sul display LCD. Innanzitutto utilizzare l'opzione di menu Tara per impostare e salvare il valore di "offset" con la pompa a pressione atmosferica. Quindi, accendere la pompa con il menu Vuoto e dopo che la pressione si è stabilizzata leggere il display LCD e confrontarlo con il vacuometro. Spegnere la pompa ed uscire dallo script. Regola la variabile "calibration_factor" che si trova nel file /Vac_Sensor/config.json. Riavvia lo script e ripeti il processo ad eccezione di Tara. Apportare le modifiche necessarie al "fattore_calibrazione" finché il display LCD non corrisponde alla lettura del misuratore.

Il "fattore_calibrazione" e l'"offset" influiscono sulla visualizzazione tramite i seguenti calcoli:

get_value = read_average - "offset"

pressione = ottieni_valore/ "fattore_calibrazione"

Ho usato un vecchio vacuometro Peerless Engine per calibrare il regolatore invece del vacuometro sulla mia pompa perché era stata eliminata la calibrazione. L'indicatore Peerless ha un diametro di 3-3/4 (9,5 cm) ed è molto più facile da leggere.

Passaggio 8: menu principale

• Vuoto - Accende la pompa
• Pressione di interruzione - Imposta la pressione di interruzione
• Tara - Questa operazione deve essere eseguita SENZA vuoto sulla pompa ea pressione atmosferica.
• Unità - Selezionare le unità da utilizzare (es. in-Hg, mm-Hg e psi)
• Riavvia - Riavvia il Raspberry Pi
• Spegnimento: spegni il Raspberry Pi prima di spegnere l'alimentazione principale.

Passaggio 9: vuoto

Premendo l'opzione del menu Vuoto si accenderà la pompa e verrà visualizzata la schermata sopra. Questa schermata visualizza le unità e le impostazioni [Cutoff Pressure] del regolatore, nonché la pressione corrente della pompa. Premere la manopola per uscire dal menu Aspirazione.

Passaggio 10: pressione di taglio

Il menu Cutoff Pressure consente di selezionare la pressione desiderata per il cutoff. Ruotando la manopola si cambierà la pressione visualizzata al raggiungimento della pressione desiderata premere la manopola per salvare ed uscire dal menu.

Passaggio 11: tara

Il menu Tara deve essere eseguito SENZA vuoto sulla pompa e il manometro indica la pressione atmosferica o zero.

Passaggio 12: unità

Il menu Unità consentirà la selezione delle unità di funzionamento e la visualizzazione. L'unità predefinita è in-Hg, ma è possibile selezionare anche mm-Hg e psi. L'unità corrente sarà indicata con un asterisco. Per selezionare un'unità, spostare il cursore sull'unità desiderata e premere la manopola. Infine spostare il cursore su Indietro e premere la manopola per uscire e salvare.

Passaggio 13: riavvio o spegnimento

Come suggerisce il nome, la selezione di una di queste voci di menu comporterà un riavvio o uno spegnimento. Si consiglia vivamente di spegnere il Raspberry Pi prima di spegnere l'alimentazione. Ciò salverà tutti i parametri modificati durante il funzionamento e ridurrà la possibilità di danneggiare la scheda SD.

Passaggio 14: esegui all'avvio

C'è un eccellente Raspberry Pi Instructable: avvia lo script Python all'avvio per eseguire uno script all'avvio.

Accedi a RPi e passa alla directory /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Includi il seguente testo in launcher.sh

#!/bin/sh# launcher.sh # vai alla directory home, quindi a questa directory, quindi esegui lo script python, quindi torna homecd / cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd /

Esci e salva il launcher.sh

Dobbiamo rendere lo script un eseguibile.

chmod 755 launcher.sh

Prova la sceneggiatura.

sh launcher.sh

Successivamente, dobbiamo modificare crontab (il task manager di Linux) per avviare lo script all'avvio. Nota: abbiamo già creato la directory /logs in precedenza.

sudo crontab -e

Questo porterà la finestra crontab come visto sopra. Vai alla fine del file e inserisci la riga seguente.

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

Esci e salva il file e riavvia l'RPi. Lo script dovrebbe avviare lo script vac_sensor.py dopo il riavvio di RPi. Lo stato dello script può essere verificato nei file di registro che si trovano nella cartella /logs.

Passaggio 15: parti stampate in 3D

Queste sono le parti che ho progettato in Fusion 360 e stampato per la custodia, la manopola, il coperchio del condensatore e la staffa a vite.

Ho usato un modello per un dado NPT da 1/4 di Thingiverse per collegare il gruppo del sensore del vuoto alla custodia. I file creati da ostariya possono essere trovati su Filettatura NPT 1/4.