منظم الفراغ الرقمي: 15 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذه عبارة عن مكبس فراغ للقشرة (مضخة تفريغ) تم تعديلها باستخدام منظم تفريغ رقمي للعمل بضغط فراغ قابل للتحديد. هذا الجهاز هو بديل لوحدة التحكم في الفراغ في مكبس الفراغ DIY الخاص بي المصمم بخطط من VeneerSupplies.com أو JoeWoodworking.com. هذه خطط رائعة وتعمل المضخات بشكل مرضٍ للغاية كما تم تصميمها. ومع ذلك ، فأنا عامل ترقيع ، وأردت تحسين المضخة الخاصة بي مع القدرة على التحكم بسهولة وبسهولة في إعدادات الضغط (بدون محرك لولبي) على نطاق أوسع من الضغوط باستخدام منظم يتم التحكم فيه رقميًا.

في الآونة الأخيرة ، نشأت حاجة تجاوزت الحدود الدنيا لوحدة التحكم في الفراغ (النوع 1). يتطلب هذا المشروع جهاز تحكم من النوع 2-فراغ للضغوط في حدود 2 إلى 10 بوصة زئبق. كان استبدال وحدة التحكم من النوع 1-الفراغ الخاص بي بنموذج من النوع 2 خيارًا ، ومع ذلك ، بدا هذا غير عملي لأنه سيتطلب تكلفة إضافية وتعديلات للتبديل بين نطاقي الفراغ. الحل المثالي هو وحدة تحكم واحدة مع نطاق أوسع من الضغوط (2 إلى 28 بوصة زئبقية).

جهاز التحكم في الفراغ: مفتاح صغير يتم التحكم فيه بالفراغ يستخدم لتنشيط مضخة تفريغ أو مرحل عند ضغط محدد. تحتوي وحدة التحكم في الفراغ على برغي ضبط يسمح لك بالاتصال بمستوى الفراغ الذي تريده. تم تصنيف جهات الاتصال عند 10 أمبير عند 120 فولت تيار متردد.

أنواع أجهزة التحكم في الفراغ: النوع 1 = قابل للتعديل من 10.5 "إلى 28" من الزئبق (تفاضلي 2 إلى 5 بوصات من الزئبق) النوع 2 = قابل للتعديل من 2 إلى 10 بوصات من الزئبق (التفاضل 2 إلى 4 بوصات من الزئبق)

الخطوة 1: اعتبارات التصميم

استبدل تصميمي وحدة التحكم في الفراغ بمنظم تفريغ رقمي (DVR). سيتم استخدام DVR للتحكم في خط LINE-DVR الخاص بـ RELAY-30A كما هو موضح في مخطط صندوق التحكم الرئيسي. يتطلب هذا التصميم إضافة مصدر طاقة AC / DC 5-VDC إلى صندوق التحكم الرئيسي لتشغيل DVR.

هذا التصميم قادر على الحفاظ على نطاق واسع من ضغوط التفريغ ، لكن الأداء يعتمد كليًا على قدرة المضخة. في نطاق الضغط المنخفض ، ستحافظ مضخة CFM الكبيرة على هذه الضغوط ، ولكنها تؤدي إلى تقلبات ضغط تفاضلية أكبر نتيجة لإزاحة المضخة. هذا هو الحال بالنسبة لمضخة 3 CFM الخاصة بي. إنه قادر على الحفاظ على 3 in-Hg ، لكن تأرجح الضغط التفاضلي هو ± 1 in-Hg ، ودورات التشغيل للمضخة ، على الرغم من ندرة حدوثها ، تستمر لمدة ثانية أو ثانيتين تقريبًا. سيؤدي تأرجح الضغط التفاضلي بمقدار ± 1 بوصة في الزئبق إلى ضغوط تتراوح بين 141 رطلاً / قدمًا و 283 رطلاً / قدم². ليس لدي خبرة في ضغط الفراغ عند هذه الضغوط المنخفضة ، لذلك لست متأكدًا من أهمية هذا الضغط التفاضلي. في رأيي ، من المحتمل أن تكون مضخة الفراغ الصغيرة CFM أكثر ملاءمة للحفاظ على ضغوط الفراغ المنخفضة هذه وتقليل تقلبات الضغط التفاضلي.

يتضمن بناء هذا المنظم Raspberry Pi Zero ، ومستشعر ضغط MD-PS002 ، ووحدة مكبر للصوت HX711 Wheatstone Bridge ، وشاشة LCD ، وإمداد طاقة 5 فولت ، وجهاز تشفير دوار ، ووحدة ترحيل. كل هذه الأجزاء متوفرة لدى موردي قطع غيار إلكترونيات الإنترنت المفضلين لديك.

اخترت Raspberry Pi (RPi) لأن python هي لغة البرمجة المفضلة لدي ، كما أن دعم RPi متاح بسهولة. أنا واثق من أنه يمكن نقل هذا التطبيق إلى ESP8266 أو وحدات تحكم أخرى قادرة على تشغيل python. العيب الوحيد في RPi هو إيقاف التشغيل موصى به بشدة قبل إيقاف تشغيله لمنع تلف بطاقة SD.

الخطوة 2: قائمة الأجزاء

تم تصنيع هذا الجهاز مع أجزاء من الرفوف بما في ذلك Raspberry Pi ومستشعر الضغط ومضخم جسر HX711 وشاشة LCD وأجزاء أخرى بتكلفة 25 دولارًا تقريبًا.

الأجزاء: 1ea Raspberry Pi Zero - الإصدار 1.3 دولار 5 1ea MD-PS002 مستشعر الفراغ مستشعر الضغط المطلق 1.75 دولار 1ea HX711 خلية تحميل ومستشعر الضغط 24 بت وحدة AD 0.75 دولار 1 لكل وحدة تشفير دوارة KY-040 دولار 1 1ea 5 فولت 1.5A 7.5 واط وحدة الطاقة التبديل 220 فولت وحدة تنحى AC-DC $ 2.56 1ea 2004 20x4 وحدة عرض LCD شخصية $ 4.02 1ea 5V 1-Channel Optocoupler Relay Module 0.99 1ea Adafruit Perma-Proto نصف الحجم اللوح PCB 4.50 دولار 1ea 2N2222A NPN الترانزستور $ 0.09 2ea 10K المقاومات 1ea خرطوم بارب محول 1/4 "ID x 1/4" FIP $ 3.11 1ea أنبوب نحاسي مقبس رأس مربع 1/4 "MIP 2.96 دولار 1ea GX12-2 2 دبوس قطر 12 مم ذكر وأنثى موصل لوحة الأسلاك نوع المسمار الدائري قابس مقبس الموصل الكهربائي 0.67 دولارًا أمريكيًا صندوق بروتو 1ea (أو مطبوع ثلاثي الأبعاد)

الخطوة 3: تجميع مستشعر الفراغ

مستشعر الضغط MD-PS002 المصنوع بواسطة Mingdong Technology (Shanghai) Co.، Ltd. (MIND) لديه نطاق 150 كيلو باسكال (الضغط المطلق). سيكون نطاق قياس الضغط (عند مستوى سطح البحر) لهذا المستشعر من 49 إلى -101 كيلو باسكال أو 14.5 إلى -29.6 بوصة-زئبق. هذه المستشعرات متاحة بسهولة على موقع eBay و banggood و aliexpress ومواقع أخرى على الإنترنت. ومع ذلك ، فإن المواصفات المدرجة من قبل عدد قليل من هؤلاء الموردين متضاربة ، لذلك قمت بتضمين ورقة "معلمات فنية" مترجمة من Mingdong Technology.

يتطلب توصيل المستشعر بخلية تحميل HX711 ووحدة استشعار الضغط 24 بت ما يلي: توصيل الدبابيس 3 و 4 معًا ؛ Pin 1 (+ IN) إلى E + ؛ دبوس 3 و 4 (-IN) إلى E- ؛ قم بإدخال 2 (+ OUT) إلى A + و Pin 5 (-OUT) إلى A- من وحدة HX711. قبل تعبئة المستشعر السلكي في محول نحاسي ، قم بتغطية الأسلاك والحواف المكشوفة للمستشعر بأنابيب الانكماش الحراري أو الشريط الكهربائي. أدخل المستشعر وقم بتوسيطه فوق فتحة الحلمة الشائكة ، ثم استخدم سد سيليكون شفاف لإغلاق المستشعر داخل المحول مع الحرص على إبقاء السد بعيدًا عن وجه المستشعر. يتم تثبيت سدادة رأس مربعة من أنابيب نحاسية تم حفرها بفتحة كبيرة بما يكفي لاستيعاب سلك المستشعر فوق السلك ، ومليئة بسد سيليكون ومثبتة على المحول الشائك. امسح الجلفطة الزائدة من التجميع ، وانتظر 24 ساعة حتى يجف السد قبل الاختبار.

الخطوة الرابعة: الإلكترونيات

تتكون الإلكترونيات من Raspberry Pi Zero (RPi) متصل بوحدة HX711 مع مستشعر ضغط MD-PS002 وجهاز تشفير دوار KY-040 ووحدة ترحيل وشاشة LCD. يتم توصيل الروتاري Encoder بـ RPi عبر Pin 21 إلى DT من المشفر ، Pin 16 إلى CLK و Pin 20 في SW أو مفتاح التشفير. يتم توصيل مستشعر الضغط بوحدة HX711 ، ويتم توصيل دبابيس DT و SCK الخاصة بهذه الوحدة مباشرة بـ Pin 5 و 6 من RPi. يتم تشغيل وحدة الترحيل بواسطة دائرة ترانزستور 2N2222A متصلة بـ RPi Pin 32 لمصدر الزناد. يتم توصيل جهات الاتصال المفتوحة عادة لوحدة الترحيل بـ LINE-SW وجانب واحد من ملف المرحل 30A. يتم توفير الطاقة والأرض لمنظم التفريغ الرقمي بواسطة الدبابيس 1 و 4 و 6 و 9 من RPi. الدبوس 4 هو دبوس الطاقة 5 فولت ، وهو متصل مباشرة بمدخل طاقة RPi. يمكن رؤية تفاصيل التوصيلات في مخطط منظم الفراغ الرقمي.

الخطوة 5: تحديث وتكوين Raspberry Pi

قم بتحديث البرنامج الموجود على Raspberry Pi (RPi) باستخدام إرشادات سطور الأوامر التالية

sudo apt-get updatesudo apt-get ترقية

اعتمادًا على مدى تقادم RPi الخاص بك في ذلك الوقت ، سيحدد مقدار الوقت اللازم لإكمال هذه الأوامر. بعد ذلك ، يجب تكوين RPi لاتصالات I2C عبر Raspi-Config.

sudo raspi-config

ستظهر الشاشة الموضحة أعلاه. حدد أولاً خيارات متقدمة ثم قم بتوسيع نظام الملفات وحدد نعم. بعد العودة إلى القائمة الرئيسية لـ Raspi-Config ، حدد Enable Boot to Desktop / Scratch واختر Boot to Console. من القائمة الرئيسية ، حدد خيارات متقدمة ، وقم بتمكين I2C و SSH من الخيارات المتاحة. أخيرًا ، حدد إنهاء وأعد تشغيل RPi.

قم بتثبيت حزم برامج I2C و numpy للبيثون

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

الخطوة 6: البرمجيات

قم بتسجيل الدخول إلى RPi وإنشاء الدلائل التالية. يحتوي / Vac_Sensor على ملفات البرنامج وستحتوي السجلات / على ملفات سجل crontab.

cd ~ mkdir Vac_Sensor mkdir logs cd Vac_Sensor

انسخ الملفات أعلاه إلى المجلد / Vac_Sensor. أستخدم WinSCP للاتصال وإدارة الملفات الموجودة على RPi. ربما يتم الاتصال بـ RPi عبر Wifi أو اتصال تسلسلي ، ولكن يجب تمكين SSH في raspi-config للسماح بهذا النوع من الاتصال.

البرنامج الأساسي هو vac_sensor.py ويمكن تشغيله من موجه الأوامر. لاختبار البرنامج النصي أدخل ما يلي:

sudo python vac_sensor.py

كما ذكرنا سابقًا ، فإن البرنامج النصي vac_sensor.py هو الملف الأساسي للمقياس. يستورد ملف hx711.py لقراءة مستشعر الفراغ عبر وحدة HX711. إصدار hx711.py المستخدم لمشروعي يأتي من tatobari / hx711py. لقد وجدت هذا الإصدار يوفر الميزات التي أردتها.

تتطلب شاشة LCD RPi_I2C_driver.py بواسطة Denis Pleic ومتشعب بواسطة Marty Tremblay ، ويمكن العثور عليها في MartyTremblay / RPi_I2C_driver.py.

يمكن العثور على Rotary Encoder بواسطة Peter Flocker على

يمكن العثور على pimenu بواسطة Alan Aufderheide على

يحتوي ملف config.json على البيانات المخزنة بواسطة البرنامج ، ويمكن تعديل بعض العناصر من خلال خيارات القائمة. يتم تحديث هذا الملف وحفظه في إيقاف التشغيل. يمكن إعداد "الوحدات" من خلال خيار قائمة الوحدات إما على شكل in-Hg (افتراضي) أو mm-Hg أو psi. "Vacuum_set" هو ضغط القطع ، ويتم تخزينه كقيمة in-Hg ، ويتم تعديله بواسطة خيار قائمة Cutoff Pressure. يتم تعيين قيمة "calibration_factor" يدويًا في ملف config.json ، ويتم تحديدها بمعايرة مستشعر الفراغ بمقياس فراغ. "الإزاحة" هي القيمة التي تم إنشاؤها بواسطة Tare ، ويمكن تعيينها عبر خيار القائمة هذا. يتم تعيين "cutoff_range" يدويًا في ملف config.json ، وهو نطاق الضغط التفاضلي لقيمة "vacuum_set".

قيمة القطع = "vacuum_set" ± (("cutoff_range" / 100) x "vacuum_set")

يرجى ملاحظة أن "calibration_factor" و "offset" قد يختلفان عن تلك التي لدي. مثال لملف config.json:

الخطوة 7: المعايرة

المعايرة أسهل بكثير باستخدام SSH وتشغيل الأوامر التالية:

القرص المضغوط Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py

يمكن الخروج من نص Python النصي عبر Ctrl-C ، ويمكن إجراء تعديلات على ملف /Vac_Sensor/config.json.

تتطلب معايرة مستشعر الفراغ مقياس فراغ دقيقًا ، وضبط "calibration_factor" لمطابقة الإخراج المعروض على شاشة LCD. أولاً ، استخدم خيار القائمة الفارغة لضبط وحفظ قيمة "الإزاحة" بالمضخة عند الضغط الجوي. بعد ذلك ، قم بتشغيل المضخة باستخدام قائمة الفراغ وبعد استقرار الضغط ، اقرأ شاشة LCD وقارن ذلك بمقياس الفراغ. قم بإيقاف تشغيل المضخة واخرج من البرنامج النصي. اضبط متغير "calibration_factor" الموجود في ملف /Vac_Sensor/config.json. أعد تشغيل البرنامج النصي وكرر العملية باستثناء Tare. قم بإجراء التعديلات اللازمة على "calibration_factor" حتى تطابق شاشة LCD قراءة المقياس.

يؤثر كل من "calibration_factor" و "offset" على العرض من خلال العمليات الحسابية التالية:

get_value = read_average - "تعويض"

الضغط = get_value / "calibration_factor"

لقد استخدمت مقياس فراغ محرك قديم منقطع النظير لمعايرة المنظم بدلاً من مقياس الفراغ في مضختي لأنه قد تم إيقاف المعايرة. يبلغ قطر المقياس منقطع النظير 3-3 / 4 بوصات (9.5 سم) وهو أسهل في القراءة.

الخطوة 8: القائمة الرئيسية

• فراغ - تشغيل المضخة
• ضغط القطع - اضبط ضغط القطع
• فارغ - يجب أن يتم ذلك بدون فراغ في المضخة وفي الضغط الجوي.
• الوحدات - حدد الوحدات المراد استخدامها (على سبيل المثال in-Hg و mm-Hg و psi)
• إعادة التشغيل - أعد تشغيل Raspberry Pi
• إيقاف التشغيل - قم بإيقاف تشغيل Raspberry Pi قبل إيقاف تشغيل الطاقة الرئيسية.

الخطوة 9: فراغ

سيؤدي الضغط على خيار قائمة الفراغ إلى تشغيل المضخة وعرض الشاشة أعلاه. تعرض هذه الشاشة الوحدات وإعدادات [ضغط القطع] للمنظم ، بالإضافة إلى الضغط الحالي للمضخة. اضغط على المقبض للخروج من قائمة الفراغ.

الخطوة 10: ضغط القطع

تسمح لك قائمة ضغط القطع بتحديد الضغط المطلوب للقطع. سيؤدي تدوير المقبض إلى تغيير الضغط المعروض عند الوصول إلى الضغط المطلوب ، اضغط على المقبض للحفظ والخروج من القائمة.

الخطوة 11: الفارغة

يجب أن يتم عمل قائمة Tare بدون فراغ في المضخة وأن يقرأ المقياس الضغط الجوي أو الضغط الصفري.

الخطوة 12: الوحدات

ستسمح قائمة الوحدات باختيار وحدات التشغيل والعرض. الوحدة الافتراضية هي in-Hg ، ولكن يمكن أيضًا تحديد mm-Hg و psi. سيتم الإشارة إلى الوحدة الحالية بعلامة النجمة. لتحديد وحدة ، حرك المؤشر إلى الوحدة المطلوبة وادفع المقبض. أخيرًا ، حرك المؤشر إلى الخلف واضغط على المقبض للخروج والحفظ.

الخطوة 13: إعادة التشغيل أو إيقاف التشغيل

كما يوحي الاسم ، سيؤدي تحديد أي من عناصر القائمة هذه إلى إعادة التشغيل أو إيقاف التشغيل. يوصى بشدة بإيقاف تشغيل Raspberry Pi قبل إيقاف تشغيل الطاقة. سيؤدي ذلك إلى حفظ أي معلمات تم تغييرها أثناء التشغيل ، وتقليل احتمالية إتلاف بطاقة SD.

الخطوة 14: تشغيل عند بدء التشغيل

يوجد Raspberry Pi ممتاز Instructable: قم بتشغيل برنامج Python النصي عند بدء التشغيل لتشغيل البرامج النصية عند بدء التشغيل.

قم بتسجيل الدخول إلى RPi وقم بالتغيير إلى الدليل / Vac_Sensor.

cd / Vac_Sensornano launcher.sh

قم بتضمين النص التالي في launcher.sh

#! / bin / sh # launcher.sh # انتقل إلى الدليل الرئيسي ، ثم إلى هذا الدليل ، ثم نفذ نص بايثون ، ثم أعد homecd / cd home / pi / Vac_Sensor sudo python vac_sensor.py cd /

اخرج واحفظ Launcher.sh

نحن بحاجة إلى جعل البرنامج النصي قابلاً للتنفيذ.

chmod 755 launcher.sh

اختبر البرنامج النصي.

sh قاذفة

بعد ذلك ، نحتاج إلى تعديل crontab (مدير مهام Linux) لبدء تشغيل البرنامج النصي عند بدء التشغيل. ملاحظة: لقد أنشأنا بالفعل الدليل / logs مسبقًا.

sudo crontab -e

سيؤدي هذا إلى إظهار نافذة crontab كما هو موضح أعلاه. انتقل إلى نهاية الملف وأدخل السطر التالي.

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

اخرج واحفظ الملف وأعد تشغيل RPi. يجب أن يبدأ البرنامج النصي vac_sensor.py بعد إعادة تشغيل RPi. يمكن التحقق من حالة البرنامج النصي في ملفات السجل الموجودة في المجلد / logs.

الخطوة 15: أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد

هذه هي الأجزاء التي صممتها في Fusion 360 وطباعتها على العلبة ، والمقبض ، وغطاء المكثف ، وحامل اللولب.

لقد استخدمت نموذجًا واحدًا لـ 1/4 NPT Nut من Thingiverse لتوصيل مجموعة مستشعر الفراغ بالحالة. يمكن العثور على الملفات التي تم إنشاؤها بواسطة ostariya في NPT 1/4 Thread.