Bộ điều chỉnh chân không kỹ thuật số: 15 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Đây là Máy ép chân không Veneer (Bơm chân không) đã được sửa đổi với Bộ điều chỉnh chân không kỹ thuật số để hoạt động với áp suất chân không có thể lựa chọn. Thiết bị này thay thế cho Bộ điều khiển chân không trong Máy ép chân không Veneer tự làm của tôi được xây dựng với các gói từ VeneerSupplies.com hoặc JoeWoodworking.com. Đây là những kế hoạch tuyệt vời và máy bơm hoạt động rất tốt như thiết kế. Tuy nhiên, tôi là một người thích mày mò và tôi muốn cải tiến máy bơm của mình với khả năng điều khiển dễ dàng và dễ dàng các cài đặt áp suất (không có trình điều khiển vít) trên một phạm vi áp suất rộng hơn với bộ điều chỉnh được điều khiển kỹ thuật số.

Gần đây, một nhu cầu đã phát sinh vượt quá giới hạn thấp hơn của Bộ điều khiển chân không của tôi (Loại 1). Dự án này yêu cầu Bộ điều khiển chân không loại 2 cho áp suất trong khoảng từ 2 đến 10 in-Hg. Tuy nhiên, thay thế Bộ điều khiển chân không Loại 1 của tôi bằng kiểu 2 là một lựa chọn, tuy nhiên, điều này có vẻ không thực tế vì nó sẽ yêu cầu thêm chi phí và các sửa đổi để chuyển đổi giữa hai phạm vi chân không. Giải pháp lý tưởng là một bộ điều khiển duy nhất với dải áp suất rộng hơn (2 đến 28 in-Hg).

Bộ điều khiển chân không: Một công tắc vi mô điều khiển chân không được sử dụng để kích hoạt bơm chân không hoặc rơ le ở áp suất đã chọn. Bộ điều khiển chân không có một vít điều chỉnh cho phép bạn quay số ở mức độ chân không mong muốn. Các tiếp điểm được đánh giá ở 10 amps tại 120v AC.

Các loại bộ điều khiển chân không: Loại 1 = điều chỉnh cho 10,5 "đến 28" Hg (Vi sai 2 đến 5 "Hg) Loại 2 = điều chỉnh cho 2" đến 10 "Hg (Vi sai 2 đến 4" Hg)

Bước 1: Cân nhắc thiết kế

Thiết kế của tôi thay thế Bộ điều khiển chân không bằng Bộ điều chỉnh chân không kỹ thuật số (DVR). DVR sẽ được sử dụng để điều khiển dòng LINE-DVR của RELAY-30A như được thấy trong sơ đồ Hộp điều khiển chính. Thiết kế này yêu cầu bổ sung Nguồn điện AC / DC 5-VDC vào Hộp điều khiển chính để cấp nguồn cho DVR.

Thiết kế này có khả năng duy trì một loạt các áp suất chân không, nhưng hiệu suất hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng của máy bơm. Ở dải áp suất thấp hơn, một máy bơm CFM lớn sẽ duy trì những áp suất này, nhưng dẫn đến sự chênh lệch áp suất lớn hơn do sự dịch chuyển của máy bơm. Đây là trường hợp cho máy bơm 3 CFM của tôi. Nó có khả năng duy trì 3 in-Hg, nhưng chênh lệch áp suất dao động là ± 1 in-Hg và các chu kỳ BẬT của máy bơm, mặc dù không thường xuyên, kéo dài khoảng một hoặc hai giây. Một dao động áp suất chênh lệch ± 1 in-Hg sẽ dẫn đến áp suất trong khoảng từ 141 lbs / ft² đến 283 lbs / ft². Tôi không có kinh nghiệm ép chân không ở những áp suất thấp này, do đó tôi không chắc về tầm quan trọng của sự chênh lệch áp suất này. Theo tôi, một máy bơm chân không CFM nhỏ hơn có lẽ sẽ thích hợp hơn để duy trì những áp suất chân không thấp hơn này và giảm sự chênh lệch áp suất.

Cấu tạo của bộ điều chỉnh này bao gồm Raspberry Pi Zero, Cảm biến áp suất MD-PS002, Mô-đun Khuếch đại Cầu Wheatstone HX711, Màn hình LCD, Nguồn điện 5V, Bộ mã hóa quay và Mô-đun chuyển tiếp. Tất cả các bộ phận này đều có sẵn từ các nhà cung cấp linh kiện điện tử internet yêu thích của bạn.

Tôi chọn Raspberry Pi (RPi) vì python là ngôn ngữ lập trình ưa thích của tôi và hỗ trợ cho RPi luôn sẵn có. Tôi tin rằng ứng dụng này có thể được chuyển sang ESP8266 hoặc các bộ điều khiển khác có khả năng chạy python. Một nhược điểm của RPi là bạn nên Tắt máy trước khi tắt nguồn để ngăn ngừa thẻ SD bị hỏng.

Bước 2: Danh sách bộ phận

Thiết bị này được chế tạo với các bộ phận không có trên kệ bao gồm Raspberry Pi, Cảm biến áp suất, Bộ khuếch đại cầu HX711, màn hình LCD và các bộ phận khác có giá khoảng 25 đô la.

BỘ PHẬN: 1ea Raspberry Pi Zero - Phiên bản 1.3 $ 5 1ea MD-PS002 Cảm biến chân không Cảm biến áp suất tuyệt đối $ 1.75 1ea HX711 Cảm biến lực và cảm biến áp suất Mô-đun 24 bit AD $ 0,75 1ea KY-040 Mô-đun mã hóa quay $ 1 1ea 5V 1.5A 7.5W Chuyển đổi mô-đun nguồn 220V Mô-đun AC-DC Step Down $ 2,56 1ea 2004 Mô-đun hiển thị LCD 20x4 ký tự $ 4,02 Mô-đun chuyển tiếp bộ chuyển tiếp Optocoupler 1 kênh 5V $ 0,99 1ea Adafruit Perma-Proto Breadboard PCB $ 4,50 1ea 2N2222A Bóng bán dẫn NPN $ 0,09 2ea 10K Điện trở 1ea Hose Barb Adapter 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3,11 1ea Ống đồng thau Đầu cắm vuông 1/4 "MIP $ 2,96 1ea GX12-2 Đường kính 2 chân 12mm Đầu nối bảng điều khiển dây Nam & Nữ Loại vít tròn Loại đầu nối điện Đầu nối ổ cắm $ 0,67 Hộp 1ea Proto (hoặc in 3D)

Bước 3: Lắp ráp cảm biến chân không

Cảm biến áp suất MD-PS002 được sản xuất bởi Mingdong Technology (Shanghai) Co., Ltd. (MIND) có phạm vi 150 KPa (áp suất tuyệt đối). Phạm vi áp suất của máy đo (ở mực nước biển) cho cảm biến này sẽ là 49 đến -101 KPa hoặc 14,5 đến -29,6 in-Hg. Các cảm biến này có sẵn trên eBay, banggood, aliexpress và các trang trực tuyến khác. Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật được liệt kê bởi một số nhà cung cấp này mâu thuẫn với nhau, do đó, tôi đã bao gồm một tờ "Thông số kỹ thuật" được dịch từ Mingdong Technology.

Kết nối cảm biến với cảm biến lực và cảm biến áp suất HX711 Mô-đun AD 24 bit yêu cầu những điều sau: kết nối các Chân 3 & 4 với nhau; Chân 1 (+ IN) vào E +; Ghim 3 & 4 (-IN) vào E-; Chân 2 (+ OUT) vào A + và Chân 5 (-OUT) vào A- của mô-đun HX711. Trước khi đóng gói cảm biến có dây trong bộ chuyển đổi bằng đồng, hãy che các dây dẫn và các cạnh tiếp xúc của cảm biến bằng ống co nhiệt hoặc băng dính điện. Chèn và đặt cảm biến vào giữa lỗ mở núm vú có gai, sau đó sử dụng keo silicon trong suốt để niêm phong cảm biến bên trong bộ điều hợp đồng thời chú ý giữ miếng đệm cách xa mặt cảm biến. Phích cắm đầu vuông dạng ống bằng đồng thau đã được khoan một lỗ đủ lớn để chứa dây cảm biến được luồn qua dây, chứa đầy keo silicon và được vặn vào bộ chuyển đổi có gai. Lau sạch lớp keo thừa khỏi bộ phận lắp ráp và đợi 24 giờ để lớp keo khô trước khi thử nghiệm.

Bước 4: Điện tử

Thiết bị điện tử bao gồm Raspberry Pi Zero (RPi) được kết nối với mô-đun HX711 với cảm biến áp suất MD-PS002, Bộ mã hóa quay KY-040, Mô-đun chuyển tiếp và màn hình LCD. Bộ mã hóa quay được giao tiếp với RPi qua Chân 21 tới DT của bộ mã hóa, Chân 16 với CLK và Chân 20 với SW hoặc công tắc của bộ mã hóa. Cảm biến áp suất được kết nối với mô-đun HX711 và các chân DT và SCK của mô-đun này được kết nối trực tiếp với Chân 5 và 6 của RPi. Mô-đun chuyển tiếp được kích hoạt bởi mạch bóng bán dẫn 2N2222A được kết nối với chân RPi 32 để làm nguồn kích hoạt. Các tiếp điểm Thường Mở của Mô-đun Rơle được kết nối với LINE-SW và một bên của cuộn dây của RELAY 30A. Nguồn và Mặt đất cho Bộ điều chỉnh chân không kỹ thuật số được cung cấp bởi các Chân 1, 4, 6 và 9 của RPi. Chân 4 là chân nguồn 5v, được kết nối trực tiếp với đầu vào nguồn của RPi. Chi tiết về các kết nối có thể được nhìn thấy trong sơ đồ Bộ điều chỉnh chân không kỹ thuật số.

Bước 5: Cập nhật và định cấu hình Raspberry Pi

Cập nhật phần mềm hiện có trên Raspberry Pi (RPi) của bạn bằng các hướng dẫn dòng lệnh sau

sudo apt-get updateudo apt-get nâng cấp

Tùy thuộc vào mức độ lỗi thời của RPi của bạn tại thời điểm đó sẽ xác định lượng thời gian cần thiết để hoàn thành các lệnh này. Tiếp theo, RPi cần được cấu hình cho giao tiếp I2C thông qua Raspi-Config.

sudo raspi-config

Màn hình nhìn thấy ở trên sẽ xuất hiện. Đầu tiên, chọn Tùy chọn nâng cao, sau đó chọn Mở rộng hệ thống tập tin và chọn Có. Sau khi quay lại Menu chính của Raspi-Config, chọn Enable Boot to Desktop / Scratch và chọn Boot to Console. Từ Menu chính, chọn Tùy chọn nâng cao và bật I2C và SSH từ các tùy chọn có sẵn. Cuối cùng, chọn Hoàn tất và khởi động lại RPi.

Cài đặt gói phần mềm I2C và numpy cho python

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

Bước 6: Phần mềm

Đăng nhập vào RPi và tạo các thư mục sau. / Vac_Sensor chứa các tệp chương trình và / log sẽ chứa các tệp nhật ký crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir nhật ký cd Vac_Sensor

Sao chép các tệp ở trên vào thư mục / Vac_Sensor. Tôi sử dụng WinSCP để kết nối và quản lý các tệp trên RPi. Kết nối với RPi có thể được thực hiện thông qua Wifi hoặc kết nối nối tiếp, nhưng SSH cần được bật trong raspi-config để cho phép loại kết nối này.

Chương trình chính là vac_sensor.py và có thể được chạy từ dấu nhắc lệnh. Để kiểm tra tập lệnh, hãy nhập như sau:

sudo python vac_sensor.py

Như đã đề cập trước đây, tập lệnh vac_sensor.py là tệp chính cho thang đo. Nó nhập tệp hx711.py để đọc cảm biến chân không qua mô-đun HX711. Phiên bản hx711.py được sử dụng cho dự án của tôi đến từ tatobari / hx711py. Tôi thấy phiên bản này cung cấp các tính năng mà tôi muốn.

Màn hình LCD yêu cầu RPi_I2C_driver.py của Denis Pleic và được fork bởi Marty Tremblay, và có thể tìm thấy tại MartyTremblay / RPi_I2C_driver.py.

Bạn có thể tìm thấy Rotary Encoder của Peter Flocker tại

pimenu của Alan Aufderheide có thể được tìm thấy tại

Tệp config.json chứa dữ liệu được chương trình lưu trữ và một số mục có thể được sửa đổi bằng các tùy chọn menu. Tệp này được cập nhật và lưu tại Shutdown. Các "đơn vị" có thể được thiết lập thông qua tùy chọn menu Đơn vị dưới dạng in-Hg (mặc định), mm-Hg hoặc psi. "Bộ chân không" là áp suất cắt và được lưu trữ dưới dạng giá trị in-Hg, và được sửa đổi bởi tùy chọn menu Cutoff Pressure. Giá trị "calibration_factor" được đặt theo cách thủ công trong tệp config.json và được xác định bằng cách hiệu chỉnh cảm biến chân không với máy đo chân không. Giá trị "offset" là giá trị do Tare tạo ra và có thể được thiết lập thông qua tùy chọn menu này. "Cutoff_range" được đặt theo cách thủ công trong tệp config.json và là phạm vi áp suất chênh lệch của giá trị "chân không_set".

Giá trị cắt = "chân không_bộ" ± (("dải phân cách" / 100) x "bộ chân không")

Xin lưu ý rằng "hệ số hiệu chỉnh" và "độ lệch" của bạn có thể khác với những thứ tôi có. Ví dụ về tệp config.json:

Bước 7: Hiệu chỉnh

Việc hiệu chuẩn dễ dàng hơn nhiều khi sử dụng SSH và chạy các lệnh sau:

cd Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

Việc thoát khỏi tập lệnh python có thể được thực hiện thông qua Ctrl-C và có thể thực hiện các sửa đổi đối với tệp /Vac_Sensor/config.json.

Việc hiệu chỉnh cảm biến chân không yêu cầu một máy đo chân không chính xác và điều chỉnh "hệ số hiệu chỉnh" để khớp với đầu ra hiển thị trên màn hình LCD. Đầu tiên, sử dụng tùy chọn menu Tare để đặt và lưu giá trị "bù đắp" với máy bơm ở áp suất khí quyển. Tiếp theo, BẬT máy bơm với menu Chân không và sau khi áp suất lắng xuống, đọc màn hình LCD và so sánh với đồng hồ đo chân không. TẮT máy bơm và Thoát khỏi tập lệnh. Điều chỉnh biến "calibration_factor" nằm trong tệp /Vac_Sensor/config.json. Khởi động lại tập lệnh và lặp lại quá trình với ngoại trừ Tare. Thực hiện các điều chỉnh cần thiết đối với "hệ số hiệu chỉnh" cho đến khi màn hình LCD khớp với giá trị đọc của máy đo.

"Hệ số hiệu chỉnh" và "độ lệch" ảnh hưởng đến màn hình thông qua các phép tính sau:

get_value = read_average - "bù đắp"

áp suất = get_value / "hệ số hiệu chỉnh"

Tôi đã sử dụng Máy đo chân không động cơ ngang hàng cũ để hiệu chỉnh bộ điều chỉnh thay vì máy đo chân không trên máy bơm của tôi vì nó đã bị loại bỏ hiệu chuẩn. Đồng hồ đo ngang hàng có đường kính 3-3 / 4 (9,5 cm) và dễ đọc hơn nhiều.

Bước 8: Menu chính

• Hút chân không - BẬT máy bơm
• Áp suất cắt - Đặt áp suất cắt
• Tare - Điều này nên được thực hiện với KHÔNG có chân không trên máy bơm và ở áp suất khí quyển.
• Đơn vị - Chọn đơn vị sẽ được sử dụng (ví dụ: in-Hg, mm-Hg và psi)
• Khởi động lại - Khởi động lại Raspberry Pi
• Tắt máy - Tắt Raspberry Pi trước khi TẮT nguồn chính.

Bước 9: Hút chân không

Nhấn tùy chọn menu Chân không sẽ BẬT máy bơm và hiển thị màn hình trên. Màn hình này hiển thị các Đơn vị và cài đặt [Áp suất ngắt] của bộ điều chỉnh, cũng như áp suất hiện tại của máy bơm. Nhấn núm để thoát menu Chân không.

Bước 10: Áp suất cắt

Menu Cutoff Pressure cho phép bạn chọn áp suất mong muốn để cắt. Xoay núm sẽ thay đổi áp suất hiển thị khi đạt đến áp suất mong muốn, nhấn núm để Lưu và Thoát menu.

Bước 11: Tare

Menu Tare phải được thực hiện với KHÔNG có chân không trên máy bơm và đồng hồ đo áp suất đọc khí quyển hoặc bằng không.

Bước 12: Đơn vị

Menu Đơn vị sẽ cho phép lựa chọn các đơn vị hoạt động và hiển thị. Đơn vị mặc định là in-Hg, nhưng mm-Hg và psi cũng có thể được chọn. Đơn vị hiện tại sẽ được biểu thị bằng dấu hoa thị. Để chọn một đơn vị, hãy di chuyển con trỏ đến đơn vị mong muốn và ấn núm xoay. Cuối cùng, di chuyển con trỏ đến Quay lại và nhấn núm để Thoát và Lưu.

Bước 13: Khởi động lại hoặc Tắt máy

Như tên của nó, việc chọn một trong các mục menu này sẽ dẫn đến Khởi động lại hoặc Tắt máy. Chúng tôi khuyên bạn nên Tắt máy Raspberry Pi trước khi TẮT nguồn. Thao tác này sẽ Lưu mọi thông số đã thay đổi trong quá trình hoạt động và giảm khả năng làm hỏng Thẻ SD.

Bước 14: Chạy khi khởi động

Có một Raspberry Pi có thể hướng dẫn tuyệt vời: Khởi chạy tập lệnh Python khi khởi động để chạy các tập lệnh khi khởi động.

Đăng nhập vào RPi và chuyển sang thư mục / Vac_Sensor.

cd / Vac_Sensornano launcher.sh

Bao gồm văn bản sau trong launcher.sh

#! / bin / sh # launcher.sh # điều hướng đến thư mục chính, sau đó đến thư mục này, sau đó thực thi tập lệnh python, sau đó quay lại homecd / cd home / pi / Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd /

Thoát và lưu launcher.sh

Chúng ta cần làm cho tập lệnh có thể thực thi được.

chmod 755 launcher.sh

Kiểm tra tập lệnh.

sh launcher.sh

Tiếp theo, chúng ta cần chỉnh sửa crontab (trình quản lý tác vụ linux) để khởi chạy tập lệnh khi khởi động. Lưu ý: chúng tôi đã tạo thư mục / logs trước đó.

sudo crontab -e

Thao tác này sẽ mang đến cửa sổ crontab như đã thấy ở trên. Điều hướng đến cuối tệp và nhập dòng sau.

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

Thoát và lưu tệp, và khởi động lại RPi. Tập lệnh sẽ bắt đầu tập lệnh vac_sensor.py sau khi RPi khởi động lại. Trạng thái của tập lệnh có thể được kiểm tra trong tệp nhật ký nằm trong thư mục / logs.

Bước 15: Các bộ phận in 3D

Đây là những bộ phận tôi thiết kế trong Fusion 360 và được in cho Vỏ, Núm, Nắp Tụ và Giá đỡ Vít.

Tôi đã sử dụng một mô hình cho Đai NPT 1/4 từ Thingiverse để kết nối Cụm cảm biến chân không với Vỏ. Bạn có thể tìm thấy các tệp được tạo bởi ostariya tại NPT 1/4 Thread.