ווסת ואקום דיגיטלי: 15 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

זוהי מכונת אבק פורניר (משאבת ואקום) אשר שונתה באמצעות ווסת ואקום דיגיטלי להפעלה בלחץ ואקום לבחירה. מכשיר זה הוא תחליף לבקר הוואקום במכונת הוואקום של פורניר DIY שלי שנבנה בתוכניות של VeneerSupplies.com או JoeWoodworking.com. אלה תוכניות נהדרות והמשאבות פועלות באופן משביע רצון כמתוכנן. עם זאת, אני מתעסק ורציתי לשפר את המשאבה שלי עם היכולת לשלוט בקלות ובקלות על הגדרות הלחץ (ללא מברג) על מגוון רחב יותר של לחצים באמצעות וסת מבוקר דיגיטלי.

לאחרונה התעורר צורך שהיה מעבר לגבולות התחתונים של בקר הוואקום שלי (סוג 1). לפרויקט זה נדרש בקר ואקום מסוג 2 ללחצים בטווח של 2 עד 10 אינץ 'כספית. החלפת בקר הוואקום סוג 1 שלי בדגם מסוג 2 הייתה אופציה, אולם הדבר נראה בלתי מעשי מכיוון שהוא ידרוש עלות נוספת ושינויים כדי לעבור בין שני טווחי הוואקום. הפתרון האידיאלי הוא בקר יחיד עם טווח לחצים רחב יותר (2 עד 28 אינץ 'כספית).

בקר ואקום: מיקרו-מתג נשלט ואקום המשמש להפעלת משאבת ואקום או ממסר בלחץ נבחר. לבקר הוואקום יש בורג התאמה המאפשר לך לחייג את רמת הוואקום הרצויה לך. המגעים מדורגים על 10 אמפר ב 120 וולט AC.

סוגי בקר ואקום: סוג 1 = מתכוונן ל- 10.5 "עד 28" של Hg (דיפרנציאלי 2 עד 5 "של Hg) Type 2 = מתכוונן ל- 2" עד 10 "של Hg (דיפרנציאלי 2 עד 4" של Hg)

שלב 1: שיקולי עיצוב

העיצוב שלי מחליף את בקר הוואקום בוויסות ואקום דיגיטלי (DVR). ה- DVR ישמש לשליטה על קו LINE-DVR של RELAY-30A כפי שניתן לראות בתרשימים של תיבת הבקרה הראשית. עיצוב זה דורש הוספת ספק כוח AC/DC 5-VDC לתיבת הבקרה הראשית להפעלת ה- DVR.

עיצוב זה מסוגל לשמור על מגוון רחב של לחצי ואקום, אך הביצועים תלויים לחלוטין ביכולת המשאבה. בטווח הלחץ הנמוך יותר משאבת CFM גדולה תשמור על לחצים אלה, אך תביא לשינויי לחץ דיפרנציאליים גדולים יותר כתוצאה ממעקה המשאבה. זה המקרה של משאבת ה- CFM 3 שלי. הוא מסוגל לשמור על 3 in-Hg, אך תנופת הלחץ ההפרש היא ± 1 in-Hg, ומחזורי ON של המשאבה, אם כי נדירים, נמשכים כשנייה או שתיים. תנופת לחץ דיפרנציאלית של ± 1 in-Hg תגרום ללחצים שבין 141 lbs/ft² ל- 283 lbs/ft². אין לי ניסיון בלחיצת ואקום בלחצים נמוכים אלה, ולכן אינני בטוח במשמעותה של תנופת הלחץ ההפרשית הזו. לדעתי, משאבת ואקום קטנה יותר מסוג CFM תהיה כנראה מתאימה יותר לשמירה על לחצי ואקום נמוכים אלה ולהפחתת תנודות הלחץ ההפרש.

בנייתו של הרגולטור הזה כוללת פטל פיי אפס, חיישן לחץ MD-PS002, מודול מגבר מגבר גשר ויטסטון גשר, תצוגת LCD, ספק כוח 5V, מקודד רוטרי ומודול ממסר. כל החלקים הללו זמינים מספקי חלקי האינטרנט האלקטרוניקה האהובים עליך.

אני בוחר ב- Raspberry Pi (RPi) מכיוון שפייתון היא שפת התכנות המועדפת עלי, והתמיכה ב- RPi זמינה. אני בטוח שאפשר להעביר יישום זה ל- ESP8266 או לבקרים אחרים המסוגלים להריץ פייתון. החיסרון היחיד של ה- RPi הוא כיבוי מומלץ מאוד לפני הפסקתו כדי למנוע השחתה של כרטיס ה- SD.

שלב 2: רשימת חלקים

מכשיר זה בנוי עם חלקי מדף כולל פי פטל, חיישן לחץ, מגבר גשר HX711, LCD וחלקים אחרים בעלות של כ -25 דולר.

חלקים: 1ea Raspberry Pi Zero-גרסה 1.3 $ 5 1ea חיישן ואקום MD-PS002 חיישן לחץ מוחלט 1.75 $ 1ea HX711 חיישן תא עומס ולחץ 24 סיביות מודול AD $ 0.75 1ea KY-040 מודול מקודד סיבובי $ 1 1ea 5V 1.5A 7.5W מתג מתח מודול 220V מודול הורדת AC-DC 2.56 $ 1ea 2004 מודול תצוגת LCD של 20x4 תווים $ 4.02 1ea 5V 1-ערוץ ממסר ממסר אופטי $ 0.99 1ea Adafruit Perma-Proto חצי הלוח PCB $ 4.50 1ea 2N2222A NPN טרנזיסטור $ 0.09 2ea 10K נגדים 1ea מתאם צנרת 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3.11 צינור פליז 1ea תקע ראש מרובע 1/4 "MIP $ 2.96 1ea GX12-2 קוטר פינים 12 מ"מ מחבר לוח זכר ונקבה סוג בורג מעגלי תקע מחבר חשמלי 0.67 $ 1 תיבת פרוטו (או מודפס בתלת מימד))

שלב 3: הרכבת חיישן ואקום

חיישן הלחץ MD-PS002 המיוצר על ידי Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) כולל טווח של 150 KPa (לחץ מוחלט). טווח לחץ המד (בגובה פני הים) עבור חיישן זה יהיה בין 49 ל -101 קפ"א או 14.5 עד -29.6 אינץ 'כספית. חיישנים אלה זמינים בקלות ב- eBay, בנגגוד, aliexpress ואתרים מקוונים אחרים. עם זאת, המפרטים המופיעים על ידי כמה מהספקים הללו סותרים, לכן צירפתי גיליון "פרמטרים טכניים" מתורגמים מטכנולוגיית Mingdong.

חיבור החיישן למודול AD של חיישן תא עומס ולחץ של HX711 דורש את הפעולות הבאות: חבר את הפינים 3 & 4 יחד; פין 1 (+IN) ל- E+; סיכה 3 & 4 (-IN) ל- E-; פין 2 (+ OUT) ל- A+ ו- Pin 5 (-OUT) ל- A- של מודול HX711. לפני אריזת החיישן הקווי במתאם פליז, כסו את המוליכים ואת הקצוות החשופים של החיישן בעזרת צינורות כיווץ חום או סרט חשמלי. הכנס את החיישן ומרכזו מעל פתח הפטמה הדוקרנית, ולאחר מכן השתמש באיטום סיליקון שקוף כדי לאטום את החיישן בתוך המתאם תוך הקפדה על הרחקת האיטום מפני החיישן. תקע ראש מרובע של צינור פליז שנקדח עם חור גדול מספיק בכדי להכיל את חוט החיישן מושחל על החוט, ממולא באיטום סיליקון ומוברג על המתאם הדוקרני. נגב עודף אטימה מהמכלול, והמתן 24 שעות עד שהחיפוי יתייבש לפני הבדיקה.

שלב 4: אלקטרוניקה

האלקטרוניקה מורכבת מ- Raspberry Pi Zero (RPi) המחובר למודול HX711 עם חיישן לחץ MD-PS002, מקודד סיבובי KY-040, מודול ממסר ותצוגת LCD. המקודד הרוטרי מחובר ל- RPi דרך Pin 21 ל- DT של המקודד, Pin 16 ל- CLK ו- Pin 20 ל- SW או המתג של המקודד. חיישן הלחץ מחובר למודול HX711, וסיכות DT ו- SCK של מודול זה מחוברות ישירות לפין 5 ו -6 של ה- RPi. מודול הממסר מופעל על ידי מעגל טרנזיסטור 2N2222A המחובר לסיכת RPi 32 למקור טריגר. המגעים הפתוחים בדרך כלל של מודול הממסר מחוברים ל- LINE-SW ולצד אחד של הסליל של ממסר 30A. כוח וקרקע לוויסות הוואקום הדיגיטלי מסופקים על ידי סיכות 1, 4, 6 ו -9 של ה- RPi. סיכה 4 היא סיכת החשמל של 5V, המחוברת ישירות לכניסת החשמל של ה- RPi. ניתן לראות את פרטי החיבורים בסכימה של ווסת הוואקום הדיגיטלי.

שלב 5: עדכן והגדר את תצורת ה- Raspberry Pi

עדכן את התוכנה הקיימת ב- Raspberry Pi שלך (RPi) בעזרת הוראות שורות הפקודה הבאות

sudo apt-get עדכונים sudo apt-get upgrade

תלוי עד כמה ה- RPi שלך מיושן באותו הזמן יקבע את משך הזמן הדרוש להשלמת פקודות אלה. לאחר מכן, יש להגדיר את ה- RPi לתקשורת I2C באמצעות Raspi-Config.

sudo raspi-config

המסך הנראה למעלה יופיע. בחר תחילה אפשרויות מתקדמות ולאחר מכן הרחב את מערכת הקבצים ובחר כן. לאחר שחזרה לתפריט הראשי של Raspi-Config בחר הפעל אתחול לשולחן עבודה/גירוד ובחר באתחול למסוף. מהתפריט הראשי בחר אפשרויות מתקדמות, והפעל את I2C ו- SSH מהאפשרויות הזמינות. לבסוף, בחר סיום והפעל מחדש את ה- RPi.

התקן את חבילות התוכנה I2C ו- numpy עבור פייתון

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

שלב 6: תוכנה

היכנס ל- RPi וצור את הספריות הבאות. ה- /Vac_Sensor מכיל את קבצי התוכנית ו /יומני יכיל את קבצי יומן crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

העתק את הקבצים למעלה לתיקייה /Vac_Sensor. אני משתמש ב- WinSCP כדי לחבר ולנהל את הקבצים ב- RPi. החיבור ל- RPi עשוי להתבצע באמצעות Wifi או חיבור טורי, אך יש לאפשר SSH ב- raspi-config כדי לאפשר חיבור מסוג זה.

התוכנית העיקרית היא vac_sensor.py וניתן להריץ משורת הפקודה. על מנת לבדוק את הסקריפט יש להזין את הדברים הבאים:

sudo python vac_sensor.py

כפי שצוין קודם לכן, הסקריפט vac_sensor.py הוא הקובץ הראשי של הסולם. הוא מייבא את קובץ hx711.py כדי לקרוא את חיישן הוואקום באמצעות מודול HX711. הגרסה של hx711.py המשמשת לפרויקט שלי מגיעה מ- tatobari/hx711py. מצאתי שגירסה זו מספקת את התכונות שרציתי.

ה- LCD דורש את RPi_I2C_driver.py מאת Denis Pleic ומזלג על ידי Marty Tremblay, וניתן למצוא אותו ב- MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

מקודד רוטרי מאת פיטר פלוקר ניתן למצוא בכתובת

pimenu מאת Alan Aufderheide ניתן למצוא בכתובת

קובץ config.json מכיל את הנתונים המאוחסנים על ידי התוכנית, וניתן לשנות פריטים מסוימים על ידי אפשרויות התפריט. קובץ זה מתעדכן ונשמר בעת כיבוי. ניתן להגדיר את ה"יחידות "באמצעות אפשרות התפריט יחידות כ- in-Hg (ברירת מחדל), mm-Hg או psi. "Set_ vacuum" הוא לחץ החיתוך, והוא מאוחסן כערך in-Hg, והוא משתנה על ידי אפשרות תפריט לחץ החיתוך. ערך "calibration_factor" נקבע באופן ידני בקובץ config.json, והוא נקבע על ידי כיול חיישן הוואקום למד ואקום. "הקיזוז" הוא ערך שנוצר על ידי Tare, וניתן להגדירו באמצעות אפשרות תפריט זו. ה- "cutoff_range" מוגדר באופן ידני בקובץ config.json, והוא טווח הלחץ ההפרש של ערך "vacuum_set".

ערך ניתוק = "set_ vacuum" ± (("cutoff_range" /100) x "vacuum_set")

שים לב שה- "calibration_factor" ו- "offset" שלך עשויים להיות שונים מאלו שיש לי. קובץ config.json לדוגמה:

שלב 7: כיול

הכיול הרבה יותר קל לביצוע באמצעות SSH והפעלת הפקודות הבאות:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

ניתן לצאת מהסקריפט של פייתון באמצעות Ctrl-C, ולבצע שינויים בקובץ /Vac_Sensor/config.json.

כיול חיישן הוואקום דורש מד ואקום מדויק והתאמת "כיול_גורם" כך שיתאים לפלט המוצג על מסך ה- LCD. ראשית, השתמש באפשרות תפריט Tare כדי להגדיר ולשמור את ערך "הקיזוז" עם המשאבה בלחץ אטמוספרי. לאחר מכן, הפעל את המשאבה באמצעות תפריט ואקום ולאחר שהלחץ מתייצב קרא את תצוגת ה- LCD והשווה זאת למד ואקום. כבה את המשאבה ויצא מהתסריט. התאם את המשתנה "calibration_factor" הנמצא בקובץ /Vac_Sensor/config.json. הפעל מחדש את התסריט וחזור על התהליך למעט Tare. בצע את ההתאמות הדרושות ל- "כיול_גורם" עד שתצוגת ה- LCD תתאים לקריאת המד.

"כיול_פקטור" ו"קיזוז "משפיעים על התצוגה באמצעות החישובים הבאים:

get_value = read_average - "קיזוז"

לחץ = get_value/ "calibration_factor"

השתמשתי במד אבק מנוע ישן של Peerless כדי לכייל את הווסת במקום את מד הוואקום על המשאבה שלי מכיוון שהוא נדחה בכיול. קוטר מד ה- Peerless הוא 3-3/4 אינץ '(9.5 ס מ) והרבה יותר קל לקריאה.

שלב 8: תפריט ראשי

• ואקום - מפעיל את המשאבה
• לחץ ניתוק - הגדר את לחץ החיתוך
• טרה - זה צריך להיעשות ללא ואקום על המשאבה ולחץ אטמוספרי.
• יחידות-בחר את היחידות לשימוש (למשל in-Hg, mm-Hg ו- psi)
• אתחול מחדש - הפעל מחדש את ה- Raspberry Pi
• כיבוי - כיבוי ה- Raspberry Pi לפני כיבוי החשמל הראשי.

שלב 9: ואקום

לחיצה על האפשרות תפריט ואקום תפעיל את המשאבה ותציג את המסך למעלה. מסך זה מציג את יחידות והגדרות [לחץ החיתוך] של הרגולטור, כמו גם את הלחץ הנוכחי של המשאבה. לחץ על הכפתור ליציאה מתפריט הוואקום.

שלב 10: לחץ ניתוק

תפריט לחץ החיתוך מאפשר לך לבחור את הלחץ הרצוי לניתוק. סיבוב הכפתור ישנה את הלחץ המוצג כאשר יגיע הלחץ הרצוי לחץ על הכפתור לשמירה ויציאה מהתפריט.

שלב 11: טרה

תפריט Tare צריך להיעשות ללא ואקום על המשאבה ומד הקריאה לחץ אטמוספרי או אפס.

שלב 12: יחידות

תפריט יחידות יאפשר בחירת יחידות הפעלה ותצוגה. יחידת ברירת המחדל היא in-Hg, אך ניתן לבחור גם mm-Hg ו- psi. היחידה הנוכחית תסומן בכוכבית. לבחירת יחידה, העבר את הסמן ליחידה הרצויה ולחץ על הכפתור. לבסוף, העבר את הסמן לאחור ולחץ על הכפתור כדי לצאת ולשמור.

שלב 13: הפעלה מחדש או כיבוי

כפי שהשם מרמז, בחירה באחד מפריטי התפריט הללו תגרום לאתחול או כיבוי. מומלץ מאוד לכבות את ה- Raspberry Pi לפני כיבוי החשמל. פעולה זו תשמור את כל הפרמטרים שהשתנו במהלך הפעולה ותצמצם את האפשרות להשחית את כרטיס ה- SD.

שלב 14: הפעל בעת אתחול

ישנו פטל פטל מעולה להוראה: הפעל סקריפט פייתון בעת ההפעלה להפעלת סקריפטים בעת ההפעלה.

היכנס ל- RPi ושנה לספרייה /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

כלול את הטקסט הבא ב- launcher.sh

#!/bin/sh # launcher.sh # נווט לספריית הבית, ואז לספרייה זו, ולאחר מכן בצע סקריפט פייתון, ולאחר מכן חזור homecd/cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd/

צא ושמור את launcher.sh

עלינו להפוך את התסריט להפעלה.

chmod 755 launcher.sh

בדוק את התסריט.

sh launcher.sh

לאחר מכן, עלינו לערוך את crontab (מנהל המשימות של לינוקס) כדי להפעיל את הסקריפט בעת ההפעלה. הערה: כבר יצרנו את ספריית /logs בעבר.

sudo crontab -e

זה יביא את חלון crontab כפי שניתן לראות למעלה. נווט לסוף הקובץ והזן את השורה הבאה.

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

צא ושמור את הקובץ והפעל מחדש את ה- RPi. הסקריפט צריך להתחיל את הסקריפט vac_sensor.py לאחר הפעלה מחדש של RPi. ניתן לבדוק את סטטוס התסריט בקבצי היומן הנמצאים בתיקייה /logs.

שלב 15: חלקים מודפסים בתלת מימד

אלה החלקים שעיצבתי ב- Fusion 360 והדפסתי למארז, ידית, כיסוי קבלים וסוגר בורג.

השתמשתי בדגם אחד עבור אגוז NPT בגודל 1/4 אינץ 'מ- Thingiverse כדי לחבר את מכלול חיישן הוואקום למארז. ניתן למצוא את הקבצים שיצרה ostariya ב- NPT 1/4 Thread.