Digitale vacuümregelaar: 15 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dit is een fineervacuümpers (vacuümpomp) die is aangepast met een digitale vacuümregelaar om te werken met een selecteerbare vacuümdruk. Dit apparaat is een vervanging voor de vacuümcontroller in mijn doe-het-zelf-fineervacuümpers, gebouwd met plannen van VeneerSupplies.com of JoeWoodworking.com. Dit zijn geweldige plannen en de pompen werken naar tevredenheid zoals ontworpen. Ik ben echter een knutselaar en ik wilde mijn pomp verbeteren met de mogelijkheid om de drukinstellingen gemakkelijk en gemakkelijk te regelen (zonder een schroevendraaier) over een groter drukbereik met een digitaal geregelde regelaar.

Onlangs ontstond er een behoefte die de ondergrenzen van mijn Vacuum Controller (Type 1) overschreed. Dit project vereiste een type 2-vacuümregelaar voor drukken in het bereik van 2 tot 10 in-Hg. Het vervangen van mijn Type 1-vacuümcontroller door een Type 2-model was een optie, maar dit leek onpraktisch omdat het extra kosten en aanpassingen zou vergen om tussen de twee vacuümbereiken te schakelen. De ideale oplossing is een enkele controller met een groter drukbereik (2 tot 28 in-Hg).

Vacuümcontroller: een vacuümgestuurde microschakelaar die wordt gebruikt om een vacuümpomp of -relais bij een geselecteerde druk te activeren. De vacuümregelaar heeft een stelschroef waarmee je het gewenste vacuümniveau kunt instellen. De contacten hebben een vermogen van 10 ampère bij 120v AC.

Typen vacuümregelaar: Type 1 = instelbaar voor 10,5" tot 28" Hg (differentieel 2 tot 5" Hg) Type 2 = instelbaar voor 2" tot 10" Hg (differentieel 2 tot 4" Hg)

Stap 1: Ontwerpoverwegingen

Mijn ontwerp vervangt de vacuümcontroller door een digitale vacuümregelaar (DVR). De DVR wordt gebruikt om de LINE-DVR-lijn van de RELAY-30A te besturen, zoals te zien is in het schema van de hoofdbedieningskast. Dit ontwerp vereist de toevoeging van een AC/DC 5-VDC voeding aan de hoofdbedieningskast om de DVR van stroom te voorzien.

Dit ontwerp kan een breed scala aan vacuümdrukken handhaven, maar de prestaties zijn volledig afhankelijk van het vermogen van de pomp. Bij het lagere drukbereik zal een grote CFM-pomp deze drukken handhaven, maar resulteren in grotere verschildrukschommelingen als gevolg van de verplaatsing van de pomp. Dit is het geval voor mijn 3 CFM-pomp. Het kan 3 in-Hg handhaven, maar de differentiële drukschommeling is ±1 in-Hg, en de AAN-cycli van de pomp, hoewel zeldzaam, duren ongeveer één of twee seconden. Een differentiële drukschommeling van ±1 in-Hg zal resulteren met drukken tussen 141 lbs/ft² tot 283 lbs/ft². Ik heb geen ervaring met vacuümpersen bij deze lage drukken, daarom ben ik niet zeker van de betekenis van deze differentiële drukschommeling. Naar mijn mening zou een kleinere CFM-vacuümpomp waarschijnlijk geschikter zijn om deze lagere vacuümdrukken te handhaven en de differentiële drukschommelingen te verminderen.

De constructie van deze regelaar omvat een Raspberry Pi Zero, MD-PS002-druksensor, HX711 Wheatstone Bridge-versterkermodule, LCD-scherm, 5V-voeding, roterende encoder en een relaismodule. Al deze onderdelen zijn verkrijgbaar bij uw favoriete leveranciers van internetelektronica-onderdelen.

Ik kies voor een Raspberry Pi (RPi) omdat python mijn favoriete programmeertaal is en de ondersteuning voor RPi's direct beschikbaar is. Ik ben ervan overtuigd dat deze applicatie kan worden geport naar een ESP8266 of andere controllers die python kunnen uitvoeren. Het enige nadeel van de RPi is dat een Shutdown ten zeerste wordt aanbevolen voordat u hem uitschakelt om beschadiging van de SD-kaart te voorkomen.

Stap 2: Onderdelenlijst

Dit apparaat is gebouwd met standaard onderdelen, waaronder een Raspberry Pi, druksensor, HX711 brugversterker, LCD en andere onderdelen die ongeveer $ 25 kosten.

ONDERDELEN: 1ea Raspberry Pi Zero - Versie 1.3 $5 1ea MD-PS002 Vacuümsensor Absolute Druksensor $1,75 1ea HX711 Load Cell en Druksensor 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 Module $2,56 1ea 2004 20x4 Character LCD Display Module $4,02 1ea 5V 1-kanaals Optocoupler Relay Module $0,99 1ea Adafruit Perma-Proto Half-sized Breadboard PCB $4,50 1ea 2N2222A NPN Transistor $0,09 2ea 10K Weerstanden 1ea Slangpilaar Adapter 1/4 "ID x 1/4" FIP $3.11 1ea Messing Pijp Vierkante Kop Plug 1/4" MIP $2.96 1ea GX12-2 2-pins Diameter 12mm Mannelijke & Vrouwelijke Draad Paneelconnector Cirkelvormig schroeftype Elektrische connector Socket Plug $0.67 1ea Proto Box (of 3D-geprint)

Stap 3: Vacuümsensorassemblage

De MD-PS002 druksensor vervaardigd door Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) heeft een bereik van 150 KPa (absolute druk). Het meetdrukbereik (op zeeniveau) voor deze sensor zou 49 tot -101 KPa of 14,5 tot -29,6 in-Hg zijn. Deze sensoren zijn direct beschikbaar op eBay, Banggood, AliExpress en andere online sites. De specificaties die door enkele van deze leveranciers worden vermeld, zijn echter tegenstrijdig, daarom heb ik een vertaald blad met "Technische parameters" van een Mingdong-technologie toegevoegd.

Voor het aansluiten van de sensor op een HX711 loadcel en druksensor 24-bit AD-module is het volgende vereist: verbind pennen 3 en 4 met elkaar; Pin 1 (+IN) naar E+; Pin 3 & 4 (-IN) naar E-; Pin 2 (+OUT) naar A+ en Pin 5 (-OUT) naar A- van de HX711-module. Voordat u de bedrade sensor in een koperen adapter verpakt, moet u de kabels en de blootgestelde randen van de sensor afdekken met krimpkous of isolatietape. Plaats de sensor en centreer deze over de van weerhaken voorziene nippelopening, en gebruik vervolgens doorzichtige siliconenkit om de sensor in de adapter af te dichten terwijl u ervoor zorgt dat de kit uit de buurt van het sensoroppervlak blijft. Een messing plug met vierkante kop die is geboord met een gat dat groot genoeg is om de sensordraad op te nemen, wordt over de draad geschroefd, gevuld met siliconenkit en op de prikkeldraadadapter geschroefd. Veeg overtollige kit van de montage en wacht 24 uur totdat de kit is opgedroogd voordat u gaat testen.

Stap 4: Elektronica

De elektronica bestaat uit een Raspberry Pi Zero (RPi) aangesloten op een HX711 module met een MD-PS002 druksensor, KY-040 Rotary Encoder, Relay Module en een LCD display. De Rotary Encoder is gekoppeld aan de RPi via Pin 21 naar de DT van de encoder, Pin 16 naar de CLK en Pin 20 naar de SW of schakelaar van de encoder. De druksensor is aangesloten op de HX711-module en de DT- en SCK-pinnen van deze module zijn rechtstreeks aangesloten op Pin 5 en 6 van de RPi. De relaismodule wordt geactiveerd door een 2N2222A-transistorcircuit dat is aangesloten op RPi-pen 32 voor een triggerbron. De normaal open contacten van de relaismodule zijn aangesloten op LINE-SW en één kant van de spoel van het 30A RELAY. Stroom en aarde voor de digitale vacuümregelaar worden geleverd door pinnen 1, 4, 6 en 9 van de RPi. Pin 4 is de 5v-voedingspin, die rechtstreeks is aangesloten op de voedingsingang van de RPi. Details van de aansluitingen zijn te zien in het schema van de digitale vacuümregelaar.

Stap 5: Update en configureer de Raspberry Pi

Werk de bestaande software op uw Raspberry Pi (RPi) bij met de volgende opdrachtregelinstructies:

sudo apt-get updatesudo apt-get upgrade

Afhankelijk van hoe verouderd uw RPi op dat moment is, bepaalt de hoeveelheid tijd die nodig is om deze opdrachten uit te voeren. Vervolgens moet de RPi worden geconfigureerd voor I2C-communicatie via Raspi-Config.

sudo raspi-config

Het hierboven getoonde scherm zal verschijnen. Selecteer eerst Geavanceerde opties en vervolgens Bestandssysteem uitvouwen en selecteer Ja. Nadat u bent teruggekeerd naar het hoofdmenu van Raspi-Config, selecteert u Boot to Desktop/Scratch inschakelen en kiest u voor Boot to Console. Selecteer in het hoofdmenu Geavanceerde opties en schakel I2C en SSH in via de beschikbare opties. Selecteer ten slotte Voltooien en start de RPi opnieuw op.

Installeer de I2C en numpy softwarepakketten voor python

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

Stap 6: Software

Log in op de RPi en maak de volgende mappen aan. De /Vac_Sensor bevat de programmabestanden en /logs bevat de crontab-logbestanden.

cd ~mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

Kopieer de bestanden hierboven naar de map /Vac_Sensor. Ik gebruik WinSCP om de bestanden op de RPi te verbinden en te beheren. Verbinding met de RPi kan worden gedaan via wifi of seriële verbinding, maar SSH moet in raspi-config zijn ingeschakeld om dit type verbinding mogelijk te maken.

Het primaire programma is vac_sensor.py en kan vanaf de opdrachtprompt worden uitgevoerd. Voer het volgende in om het script te testen:

sudo python vac_sensor.py

Zoals eerder vermeld, is het vac_sensor.py-script het primaire bestand voor de weegschaal. Het importeert het hx711.py-bestand om de vacuümsensor te lezen via de HX711-module. De versie van hx711.py die voor mijn project wordt gebruikt, is afkomstig van tatobari/hx711py. Ik ontdekte dat deze versie de functies bood die ik wilde.

Het LCD-scherm vereist de RPi_I2C_driver.py van Denis Pleic en gevorkt door Marty Tremblay, en is te vinden op MartyTremblay/RPi_I2C_driver.py.

Rotary Encoder van Peter Flocker is te vinden op

pimenu van Alan Aufderheide is te vinden op

Het bestand config.json bevat de gegevens die door het programma zijn opgeslagen en sommige items kunnen worden gewijzigd door menu-opties. Dit bestand wordt bijgewerkt en opgeslagen bij Shutdown. De "eenheden" kunnen worden ingesteld via de menuoptie Eenheden als in-Hg (standaard), mm-Hg of psi. De "vacuum_set" is de cutoff-druk en wordt opgeslagen als in-Hg-waarde en wordt gewijzigd door de menuoptie Cutoff Pressure. Een "calibration_factor"-waarde wordt handmatig ingesteld in het bestand config.json en wordt bepaald door de vacuümsensor te kalibreren op een vacuümmeter. De "offset" is een waarde gecreëerd door Tare en kan worden ingesteld via deze menuoptie. De "cutoff_range" wordt handmatig ingesteld in het config.json-bestand en is het drukverschilbereik van de "vacuum_set"-waarde.

Cutoff-waarde = "vacuum_set" ± (("cutoff_range" /100) x "vacuum_set")

Houd er rekening mee dat uw "calibration_factor" en "offset" kunnen verschillen van die ik heb. Voorbeeld config.json-bestand:

Stap 7: Kalibratie

Kalibratie is veel gemakkelijker uit te voeren met SSH en het uitvoeren van de volgende opdrachten:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Het python-script afsluiten kan via Ctrl-C en er kunnen wijzigingen worden aangebracht in het bestand /Vac_Sensor/config.json.

Het kalibreren van de vacuümsensor vereist een nauwkeurige vacuümmeter en het aanpassen van de "calibration_factor" om overeen te komen met de output die op het LCD-scherm wordt weergegeven. Gebruik eerst de menuoptie Tarra om de "offset"-waarde in te stellen en op te slaan met de pomp op atmosferische druk. Zet vervolgens de pomp AAN met het Vacuümmenu en lees nadat de druk is gezakt het LCD-scherm en vergelijk dit met de vacuümmeter. Zet de pomp UIT en verlaat het script. Pas de variabele "calibration_factor" aan die zich in het bestand /Vac_Sensor/config.json bevindt. Start het script opnieuw en herhaal het proces met uitzondering van Tare. Maak de nodige aanpassingen aan de "calibration_factor" totdat het LCD-scherm overeenkomt met de meteraflezing.

De "calibration_factor" en "offset" beïnvloeden de weergave via de volgende berekeningen:

get_value = read_average - "offset"

druk = get_value/ "kalibratiefactor"

Ik gebruikte een oude Peerless Engine Vacuümmeter om de regelaar te kalibreren in plaats van de vacuümmeter op mijn pomp omdat de kalibratie was uitgeschakeld. De Peerless-meter heeft een diameter van 9,5 cm en is veel gemakkelijker af te lezen.

Stap 8: Hoofdmenu

• Vacuüm - Zet de pomp AAN
• Uitschakeldruk - Stel de uitschakeldruk in
• Tarra - Dit moet gebeuren zonder vacuüm op de pomp en bij atmosferische druk.
• Eenheden - Selecteer de te gebruiken eenheden (bijv. in-Hg, mm-Hg en psi)
• Opnieuw opstarten - Herstart de Raspberry Pi
• Afsluiten - Schakel de Raspberry Pi uit voordat u de hoofdstroom uitschakelt.

Stap 9: Vacuüm

Als u op de menuoptie Vacuüm drukt, wordt de pomp AANgezet en wordt het bovenstaande scherm weergegeven. Dit scherm toont de Eenheden en de [Uitschakeldruk] instellingen van de regelaar, evenals de huidige druk van de pomp. Druk op de knop om het vacuümmenu te verlaten.

Stap 10: Afsnijdruk

In het menu Cutoff Pressure kunt u de gewenste druk voor cutoff selecteren. Door aan de knop te draaien, verandert de weergegeven druk wanneer de gewenste druk is bereikt. Druk op de knop om op te slaan en het menu te verlaten.

Stap 11: Tarra

Het Tarra-menu moet worden uitgevoerd zonder vacuüm op de pomp en de meter die atmosferische of nuldruk aangeeft.

Stap 12: Eenheden

In het menu Eenheden kunt u de werkings- en weergave-eenheden selecteren. De standaardeenheid is in-Hg, maar mm-Hg en psi kunnen ook worden geselecteerd. De huidige eenheid wordt aangegeven met een asterisk. Om een eenheid te selecteren, verplaatst u de cursor naar de gewenste eenheid en drukt u op de knop. Verplaats tot slot de cursor naar Terug en druk op de knop om Afsluiten en Opslaan te selecteren.

Stap 13: Opnieuw opstarten of afsluiten

Zoals de naam al aangeeft, resulteert het selecteren van een van deze menu-items in opnieuw opstarten of afsluiten. Het wordt ten zeerste aanbevolen om de Raspberry Pi uit te schakelen voordat de stroom wordt uitgeschakeld. Hierdoor worden alle parameters die tijdens het gebruik zijn gewijzigd, opgeslagen en wordt de kans op beschadiging van de SD-kaart verminderd.

Stap 14: Uitvoeren bij opstarten

Er is een uitstekende Instructable Raspberry Pi: start Python-script bij het opstarten voor het uitvoeren van scripts bij het opstarten.

Log in op de RPi en ga naar de directory /Vac_Sensor.

cd /Vac_Sensornano launcher.sh

Neem de volgende tekst op in launcher.sh

#!/bin/sh# launcher.sh # navigeer naar de home-directory, dan naar deze directory, voer dan het python-script uit en dan terug homecd / cd home/pi/Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd /

Sluit de launcher.sh. af en sla deze op

We moeten van het script een uitvoerbaar bestand maken.

chmod 755 launcher.sh

Test het script.

sh launcher.sh

Vervolgens moeten we crontab (de linux-taakbeheerder) bewerken om het script bij het opstarten te starten. Opmerking: we hebben de directory /logs al eerder gemaakt.

sudo crontab -e

Dit brengt het crontab-venster zoals hierboven te zien is. Navigeer naar het einde van het bestand en voer de volgende regel in.

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

Sluit het bestand af, sla het op en start de RPi opnieuw op. Het script zou het vac_sensor.py-script moeten starten nadat de RPi opnieuw is opgestart. De status van het script kan worden gecontroleerd in de logbestanden in de map /logs.

Stap 15: 3D-geprinte onderdelen

Dit zijn de onderdelen die ik heb ontworpen in Fusion 360 en afgedrukt voor de behuizing, knop, condensatorkap en schroefbeugel.

Ik heb één model gebruikt voor een 1/4 NPT-moer van Thingiverse om de vacuümsensorassemblage op de behuizing aan te sluiten. De bestanden die door ostariya zijn gemaakt, zijn te vinden op NPT 1/4 Thread.