Cuptor de reflux Bluetooth ESP32: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

În acest tutorial vă voi arăta cum să vă construiți propriul cuptor de reflow wireless, astfel încât să puteți asambla PCB-uri de calitate în bucătăria dvs., fără să vă faceți griji cu privire la rotirea manuală a butoanelor și să vă faceți griji dacă plăcile dvs. se încălzesc prea mult! Nu numai asta, dar vom folosi funcționalitatea Bluetooth Low Energy (BLE) încorporată a ESP32 (deoarece ce altceva ați folosi în 2018), precum și un modul suplimentar pe care l-am construit ca parte a unui program deschis -ecosistem de control al fluxului de reflux numit „Reflowduino”. De asemenea, vom programa totul în mediul IDE Arduino și vom folosi ceea ce am învățat într-un tutorial anterior pentru a controla configurarea reflow cu o aplicație Android personalizată. Am furnizat toate fișierele de proiectare, de exemplu schițe Arduino, aplicația demonstrativă și proiectul wiki (multe informații!) Pe pagina mea Reflowduino Github.

Dacă nu ați făcut-o deja, vă rugăm să consultați acest tutorial despre utilizarea funcției Bluetooth Low Energy a ESP32 cu Arduino IDE și stabilirea comunicării bidirecționale cu o aplicație Android personalizată, deoarece are o mulțime de informații pertinente legate de ceea ce vom acoperi aici. Cu toate acestea, dacă nu vă pasă cu adevărat de funcționarea interioară a Bluetooth-ului și a aplicației, continuați să citiți și vă voi arăta cum să faceți ca setarea cuptorului de reflow să funcționeze fără durere! Scopul meu pentru acest tutorial este de a-l face scurt și dulce, în timp ce primesc în continuare mesajele cheie!

Disclaimer de siguranță

Dacă sunteți un începător în electronică sau nu aveți experiența adecvată pentru a lucra cu tensiunea de rețea, v-aș sugera să nu vă deranjați cu el, să consultați un profesionist sau să continuați să învățați până când nu sunteți suficient de priceput! Nu sunt răspunzător pentru eventualele neplăceri care pot apărea din cauza utilizării necorespunzătoare a Reflowduino sau a componentelor asociate sau a sistemului electric (inclusiv a rețelei de alimentare). Luați toate măsurile de siguranță necesare, cum ar fi mănuși și ochelari de siguranță certificate. Mai mult decât atât, nu este recomandat să utilizați același aparat pentru a refunda PCB-urile și, de asemenea, pentru a găti alimente pentru consum, ceea ce poate duce la otrăvirea alimentelor, în special cu lipirea cu plumb. Sunteți pe deplin responsabil pentru acțiunile dvs. și le efectuați pe propriul risc!

Cu asta, să începem!

Pasul 1: Adunați părți

Pentru acest tutorial veți avea nevoie de următoarele componente:

• Placă de dezvoltare DOIT ESP32
• Cablu micro USB (pentru a încărca codul și a alimenta placa dev ESP32)
• Modulul "rucsac" Reflowduino32 pentru placa dev ESP32
• Cuptor cu prăjitor de pâine (citiți comentariile de mai jos pentru mai multe detalii)
• Termocuplu de tip K (inclus cu Reflowduino32)
• Modul releu sidekick (vine cu un cablu de alimentare C13 pentru sarcini grele)
• 2 fire jumper mascul-mascul Dupont (pentru a conecta Reflowduino32 la modulul de releu)
• Șurubelniță cu cap plat mic (pentru strângerea bornelor cu șurub)

Principalele ingrediente aici sunt placa dev ESP32, Reflowduino32 și modulul de releu Sidekick și, bineînțeles, cuptorul de prăjitor în sine. Voi explica pe scurt fiecare articol de mai jos:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

În prezent, Reflowduino32 este conceput pentru a se conecta la placa dev ESP32, astfel încât placa dev trebuie să aibă spațiul și pinouturile corespunzătoare ale antetului pentru ca acest lucru să funcționeze. Am proiectat rucsacul Reflowduino32 special pentru placa de programare „DOIT” ESP32, deoarece am observat că acest lucru este ușor disponibil online și pare a fi utilizat pe scară largă. Cu toate acestea, dacă găsiți o altă placă de dezvoltare ESP32 care are aceleași pinouts și spațierea pinilor, vă rugăm să ne anunțați, pentru că ar trebui să funcționeze la fel!

Cuptor pentru prăjitor de pâine

Ar trebui să fie destul de evident ce face acest lucru în marea schemă a lucrurilor, dar s-ar putea să nu fie atât de evident cu privire la ce tip și model să alegeți. Personal am testat acest cuptor ieftin de prăjit Walmart, care este evaluat la 1100W și este destul de generic. Cred că orice lucru peste 1000W ar trebui să fie adecvat pentru utilizarea hobbyistului, dar există anumite considerații. Lucrurile cheie pe care trebuie să le căutați într-un prăjitor de pâine sunt puterea (> 1000W preferabil), dimensiunea (câte plăci doriți să încapă în el?), Configurația tăvii (are o tavă plăcută și plată pe care să o puteți pune PCB-ul este aprins?) și dacă este sau nu un cuptor cu prăjitor de convecție (poate veți găti loturi mai mari de plăci și doriți o distribuție mai uniformă a temperaturii în cuptor?). Toți acești factori depind într-adevăr de aplicația dvs. personală, dar pentru mine prăjitorul de pâine ieftin și generic Walmart a funcționat foarte bine.:)

S-ar putea să întrebați, ce zici de plăcile fierbinți? În opinia mea, m-aș îndepărta de plăcile fierbinți, deoarece acestea tind să aibă o masă termică ridicată. Ceea ce înseamnă acest lucru este că se vor încălzi și vor încălzi în continuare chiar și bine după ce îl opriți. Acest lucru îl face cu adevărat imprevizibil pentru un control precis al temperaturii, deoarece temperatura poate depăși cu cantități mari și poate dăuna componentelor vulnerabile de pe plăcile dvs. Practic, utilizarea unei plăci fierbinți ar învinge scopul utilizării unui controler de reflow în primul rând.

Modulul de releu

Pentru a controla temperatura, trebuie să controlăm prăjitorul de prindere și oprire în funcție de temperatura pe care o citim din termocuplu. Cu toate acestea, cuptorul pentru prăjitor de pâine este un aparat de curent alternativ și are o putere relativ mare (cu prăjitoarele de 120VAC, de obicei, aproximativ 8-10A), deci trebuie să ne asigurăm că îl putem conduce corect fără a supraîncărca releul. O altă considerație este tensiunea de control a releului. Cele mai multe relee hobbyist (compatibile Arduino) capabile să comute curenți mari sunt evaluate pentru intrări de 5V, dar în acest tutorial avem de-a face cu un ESP32 care funcționează pe 3.3V. Acest lucru înseamnă că modulul mediu de releu Joe poate să nu funcționeze pentru noi. Cu toate acestea, în cazul în care doriți să utilizați un modul de releu diferit, am proiectat o caracteristică în care puteți schimba tensiunea de control a releului de la 3.3V implicită la tensiunea "VIN" a plăcii dev ESP32, care implicit este de ~ 5V când este alimentat prin USB. Cu toate acestea, teoretic îl puteți alimenta extern cu ceva mai mare de 5V, să zicem 9V, iar apoi tensiunea de control a releului va fi de 9V. Acestea fiind spuse, în mod normal nu veți avea nevoie de nimic peste 5V.

Acesta este parțial motivul pentru care am creat modulul de releu Sidekick, un releu de stare solidă de mare putere, capabil să comute orice aparat legal de 120VAC și fără niciun zgomot de clic (stare solidă), precum relele tradiționale! De asemenea, are conectori foarte siguri și convenabili și pentru conectarea cu ușurință a aparatului, a microcontrolerului și a sursei de alimentare (priza de perete CA), așa că asta voi folosi aici. Partea rece este că nici măcar nu trebuie să deschideți cuptorul pentru prăjitor pentru a-l controla!

Pasul 2: Configurare hardware

Concepte de control

Într-adevăr, conceptul este destul de simplu: în cele din urmă scopul nostru este de a controla temperatura din cuptorul cu prăjitor de pâine. Pentru a face acest lucru, trebuie să controlăm și să oprim periodic cuptorul cu prăjitor cu modulul de releu, similar cu PWM, dar o versiune foarte lentă a acestuia (fiecare fereastră de timp este de 2 secunde, deci ar putea fi aprinsă pentru 1,5 secunde și oprită pentru 0,5 secunde). Pentru a acționa releul, trebuie să-i acordăm o tensiune adecvată pe pinii de control ai releului (logică HIGH = ON, LOW = OFF). În cazul nostru, conectăm pur și simplu cele două intrări de control ale releului la terminalul cu șurub al releului Reflowduino32. Motivul pentru care nu conectăm direct pinii digitali ESP32 la releu este că releul atrage un pic bun de curent (în comparație cu ceea ce pot suporta pinii IO) și nu vrem să supraîncărcăm ESP32. Reflowduino32 include comutare MOSFET în partea de jos și poate gestiona peste 200mA de curent, scutind astfel pinii ESP32 de orice potențială deteriorare.

Practic, pur și simplu urmați schema de cablare „Reflowduino32 + Sidekick Control” de mai sus și ar trebui să fiți bine să mergeți!

Butoane pentru cuptor pentru prăjitor de pâine

Credeți sau nu, aceasta este o secțiune crucială în acest tutorial! Dacă nu acordați atenție aici, vă veți întreba de ce nu se aprinde prăjitorul de pâine, chiar dacă ați urmat perfect orice altceva. De ce? Ei bine, pentru ca noi să controlăm prăjitorul de pâine extern (prin cablul său de alimentare) fără să-l deschidem, trebuie să-l facem prăjitor de parcă ar fi întotdeauna aprins dacă ar fi să-l conectăm direct la perete. Deoarece prăjitorul de pâine este comutat de releu, putem controla când prăjitorul de pâine este oprit, dar dacă prăjitorul de pâine este uneori pornit sau uneori oprit când releul este activ, atunci ne pregătim pentru eșec. Acesta este motivul pentru care primul lucru pe care trebuie să-l facem este să setăm butoanele prăjitorului de pâine. Majoritatea cuptoarelor cu prăjitor de pâine vor avea trei butoane: unul pentru temperatură, unul pentru setarea coacerii și altul pentru cronometru. Ce trebuie să faceți este următorul:

• Maximizați temperatura (nu dorim ca procesul nostru de reflux să se oprească la jumătatea drumului!)
• Setați opțiunea de gătit la „Coaceți” sau orice altceva care face ca toate filamentele de încălzire să se aprindă în interior!
• Maximizați temporizatorul sau, în cazul prăjitorului de pâine, rotiți butonul temporizatorului pe „Rămâneți aprins” pentru a nu se opri niciodată!

După ce faceți acest lucru, conectați cablul de alimentare al prăjitorului de pâine la o priză și ar trebui să-l auziți și să-l vedeți pornind. Bingo! Dacă în cazul în care vă temeți că veți deplasa în mod accidental butoanele, nu ezitați să le lipiți la cald pentru a nu se mișca niciodată!

Acum, că prăjitorul de pâine este întotdeauna pornit atunci când este alimentat, îl putem porni sau opri cu releul cu liniștea sufletească că se va aprinde într-adevăr când releul este activ.

Note de cablare

Iată doar câteva note care vă pot ajuta sau nu atunci când puneți totul împreună:

• Primul lucru pe care doriți să-l faceți este să conectați rucsacul Reflowduino32 la primii șase pini ai plăcii dev DOIT ESP32 (astfel încât terminalele cu șurub să fie pe aceeași parte ca și micro USB-ul de pe placa dev). În cazul în care vă întrebați, rucsacul este conceput astfel încât să puteți introduce în continuare cabluri Dupont în placa de dezvoltare ESP32 adiacentă Reflowduino32 așa cum se arată în imaginea de mai sus.
• Un alt lucru de luat în considerare este polaritatea intrărilor de releu. Amândouă sunt etichetate lângă bornele cu șurub, dar vreau să te scutesc de schimbul accidental și să mă întreb ce se întâmplă când nu se aprinde prăjitorul de pâine!
• De asemenea, trebuie să conectați termocuplul la terminalul cu șurub de pe rucsacul Reflowduino32. La început ar putea fi greu să vezi ce sârmă are culoarea (galben sau roșu), deci este posibil să trebuiască să folosești unghia și să dezlegi ușor izolația. Cu toate acestea, nu faceți acest lucru cu forță pentru a minimiza sfâșierea!
• Am citit de la unii oameni că s-ar putea să obțineți rezultate mai exacte dacă filetați termocuplul într-un PCB rezidual, astfel încât vârful să intre în contact cu suprafața PCB-ului. O placă de resturi de dimensiuni similare plăcilor pe care le asamblați va oferi termocuplului o masă termică comparabilă și, prin urmare, va face citirile mai precise. Acest lucru are sens dacă vă gândiți la răcire; fără PCB rezidual, vârful termocuplului se va răci mult mai repede decât PCB-ul pe care îl asamblați, la fel și încălzirea mult mai rapidă.
• Există un comutator de alimentare pe modulul de releu Sidekick. Dacă acest lucru nu este pornit, prăjitorul de pâine nu se va încălzi! Cu toate acestea, deocamdată lăsați-l oprit înainte de a încărca codul pe placa ESP32.

Pasul 3: Configurare ESP32 Arduino IDE

Acum că aveți configurat tot hardware-ul, să aruncăm o privire asupra software-ului necesar pentru a pune totul în funcțiune.

Notă: Aceste instrucțiuni de instalare ESP32 Arduino de mai jos provin direct din Pasul 2 al tutorialului meu anterior ESP32 Bluetooth. Acesta este unul dintre acele locuri în care, dacă nu ați făcut-o deja, ar putea fi o idee bună să consultați acel tutorial pentru a afla mai multe despre capacitățile Bluetooth ale ESP32.

Acest lucru este destul de evident, dar primul lucru pe care trebuie să-l faci este să instalezi Arduino IDE. Destul spus.

Instalarea pachetului ESP32

Următorul lucru pe care trebuie să-l faceți este să instalați pachetul ESP32 pentru Arduino IDE urmând instrucțiunile Windows sau instrucțiunile Mac. Voi spune că pentru Windows atunci când instrucțiunile vă spun să deschideți „Git GUI” trebuie să descărcați și să configurați „Git” din link-ul furnizat și dacă aveți dificultăți în a găsi o aplicație numită „Git GUI” atunci tot ce aveți nevoie de făcut este să căutați „Git GUI” în meniul de pornire și veți vedea o mică pictogramă cu prompt de comandă (vedeți captura de ecran atașată mai sus). De asemenea, se află în mod implicit în „C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe”. De acolo, urmați instrucțiunile și ar trebui să mergeți bine! Notă: Dacă aveți deja pachetul ESP32 instalat în Arduino IDE, dar nu l-ați primit după ce suportul BLE a fost adăugat la pachet, vă recomand să mergeți la „Documents / hardware / espressif” și să ștergeți folderul „esp32” și reluând instrucțiunile de configurare de mai sus. Spun acest lucru pentru că am întâmpinat o problemă în care chiar și după ce am urmat procedura de actualizare din partea de jos a instrucțiunilor, exemplele BLE nu apăreau în „Exemple” din „Exemple pentru modulul ESP32 Dev” din Arduino IDE.

Testul ESP32

În Arduino IDE, primul lucru pe care trebuie să-l faceți este să mergeți la Instrumente / Board și să selectați placa corespunzătoare. De obicei, nu contează cu adevărat pe care o alegeți, dar unele lucruri ar putea fi specifice bordului (de obicei numerotarea GPIO și altele de acest gen), așa că aveți grijă! Am ales „ESP32 Dev Module” pentru placa mea. De asemenea, continuați și alegeți portul COM corect după conectarea plăcii la computer prin cablul USB.

Pentru a verifica dacă instalarea ESP32 a funcționat bine, accesați Fișier / Exemple / ESP32 BLE Arduino și ar trebui să vedeți mai multe exemple de schițe, cum ar fi "BLE_scan", "BLE_notify", etc. Aceasta înseamnă că totul este configurat corect în Arduino IDE!

Acum că Arduino IDE este configurat, testați dacă funcționează cu adevărat deschizând exemplul Blink din Fișier -> Exemple -> 01. Bază -> Blink și schimbați toate instanțele „LED_BUILTIN” la „2” (numărul GPIO implicit care controlează LED-ul de pe placa dev DOIT ESP32). După încărcarea schiței, ar trebui să vedeți LED-ul albastru clipind în fiecare secundă!

Pasul 4: Reflowduino32 Demo Sketch

Configurare bibliotecă

Acum că aveți instalat pachetul ESP32 Arduino, accesați depozitul Reflowduino Github și descărcați schița Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Când încercați să-l deschideți, Arduino vă va întreba dacă doriți să creați un folder care conține același nume ca schița, caz în care faceți clic pe „Da” pentru a-l deschide). Această schiță este o demonstrație cuprinzătoare a cuptorului cu reflow care citește temperatura din termocuplu, trimite periodic aceste citiri către o aplicație Android personalizată (menționată în secțiunea următoare), controlează releul (și în cele din urmă toasterul) în funcție de controlul PID și primește comenzi din aplicație. Toate acestea pe ESP32! Destul de îngrijit nu?

Acum, pentru a compila această schiță, veți avea nevoie de următoarele biblioteci:

• Biblioteca Adafruit MAX31855
• Biblioteca Arduino PID

Instalați aceste biblioteci și verificați dacă schița Reflowduino32 se compilează, apoi încărcați-o pe placa dvs. dev ESP32!

Setări Reflow

Lângă porțiunea de sus a codului există o grămadă de linii #define. Acestea sunt lucruri pe care le puteți schimba în funcție de nevoile dvs. De exemplu, s-ar putea să doriți ca temperatura de reflux să fie mai scăzută dacă aveți pastă de lipit la temperaturi scăzute sau mai mare dacă aveți pastă de lipit cu plumb. Veți observa că am inclus câteva valori tipice pentru profilul de reflow și implicit ar trebui să funcționeze bine cu pastă de lipit fără plumb la temperaturi scăzute. S-ar putea să doriți, de asemenea, să reglați constantele PID mai târziu, în funcție de configurarea fizică (deși probabil că nu este necesar). Pentru mai multe informații despre lipirea lipirii și profilurile de reflow, vă rugăm să consultați această pagină wiki Github.

Pasul 5: Configurarea aplicației

După ce încărcați schița demo pe ESP32, va trebui să instalați aplicația Android Reflowduino32 ca ultim pas în punerea în funcțiune a configurării noastre! Pur și simplu descărcați și instalați fișierul.apk pe un dispozitiv Android cu Bluetooth 4.0 sau o versiune ulterioară și deschideți aplicația!

Dacă Bluetooth nu este deja activat, aplicația vă va cere să îl activați. Asigurați-vă că placa de dezvoltare ESP32 este pornită și rulează schița demo. Primul lucru pe care trebuie să-l faci este să te conectezi la ESP32 prin Bluetooth pe aplicație, apoi la scurt timp după ce butonul din partea stângă sus spune „Conectat!” ar trebui să vedeți citiri ale temperaturii pe ecran dacă ați conectat corect cuplul. Dacă nu, verificați termocuplul și asigurați-vă că aveți o conexiune sigură în terminalul cu șurub.

Acum este timpul să testați lucrurile distractive! Rotiți comutatorul în poziția „pornit” de pe modulul Sidekick și apăsați butonul „START” din aplicație. Lumina cuptorului pentru prăjitor de pâine ar trebui să se aprindă și ar trebui să auziți filamentele care scot un zgomot mic și, în cele din urmă, să le vadă strălucind în timp ce se încălzesc! De asemenea, ar trebui să vedeți LED-ul albastru de pe placa de programare ESP32 aprins pentru a indica procesul de reflow în curs.

Pe măsură ce procesul de reflow continuă, ar trebui să vedeți un profil de reflow frumos graficat în aplicație. Când temperatura atinge temperatura de reflux, o bună practică este să deschideți ușa cuptorului pentru a lăsa căldura să scape astfel încât placa să se răcească, altfel temperatura va crește pentru un timp suplimentar. Pe placa clasică Reflowduino există un buzzer care să vă alerteze când să faceți acest lucru, dar aici va trebui doar să judecați în funcție de temperatura afișată în aplicație, care nu este dificilă.

După ce placa se răcește până la un anumit prag (40 * C în mod implicit, dar puteți schimba acest lucru în cod) procesul de reflow va fi considerat finalizat și LED-ul albastru se va opri și aplicația va salva datele de reflow într-un fișier pe telefonul dvs., astfel încât să îl puteți importa în Excel. Pentru mai multe informații despre importul datelor salvate în Excel, vă rugăm să consultați această pagină wiki Github.

Cam asta e tot!