ESP32 Bluetooth Reflow Oven: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Dalam tutorial ini saya akan menunjukkan kepada anda cara membina oven reflow tanpa wayar anda sendiri supaya anda dapat memasang PCB berkualiti di dapur anda tanpa perlu bimbang tentang menukar tombol secara manual dan bimbang jika papan anda terlalu panas! Bukan itu sahaja, tetapi kami akan menggunakan fungsi Bluetooth Low Energy (BLE) bawaan ESP32 (kerana apa lagi yang akan anda gunakan pada tahun 2018) serta modul tambahan yang saya bina sebagai bahagian terbuka -sekosistem kawalan reflow sumber yang disebut "Reflowduino". Kami juga akan memprogramkan semua yang ada di lingkungan Arduino IDE dan menggunakan apa yang telah kami pelajari dalam tutorial sebelumnya untuk mengawal penyiapan reflow dengan aplikasi Android khusus. Saya telah memberikan semua fail reka bentuk, contoh sketsa Arduino, aplikasi demo, dan wiki projek (banyak maklumat!) Di halaman Reflowduino Github saya.

Sekiranya anda belum melakukannya, lihat tutorial ini tentang penggunaan ciri Bluetooth Low Energy ESP32 dengan Arduino IDE dan mewujudkan komunikasi dua hala dengan aplikasi Android khusus kerana ia mempunyai banyak maklumat yang berkaitan dengan apa yang akan kami bahas di sini. Walau bagaimanapun, jika anda tidak begitu peduli dengan cara kerja Bluetooth dan aplikasi, teruskan membaca dan saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana cara penyediaan oven reflow anda berfungsi tanpa rasa sakit! Matlamat saya untuk tutorial ini adalah menjadikannya pendek dan manis sambil tetap menyampaikan mesej utama!

Penafian Keselamatan

Sekiranya anda seorang pemula dalam bidang elektronik atau tidak mempunyai pengalaman yang sesuai untuk bekerja dengan voltan elektrik, saya akan mencadangkan agar anda tidak bermain-main dengannya, berunding dengan profesional, atau terus belajar sehingga anda cukup mahir! Saya tidak bertanggungjawab ke atas kecelakaan yang mungkin berlaku kerana penyalahgunaan Reflowduino atau komponen atau sistem elektrik yang berkaitan (termasuk kuasa utama). Ambil semua langkah keselamatan sekiranya perlu, seperti sarung tangan dan cermin mata keselamatan yang diperakui. Lebih-lebih lagi, tidak digalakkan anda menggunakan alat yang sama untuk mengisi ulang PCB dan juga memasak makanan untuk dimakan, yang boleh mengakibatkan keracunan makanan, terutama dengan pateri timbal. Anda bertanggungjawab sepenuhnya atas tindakan anda, dan melaksanakannya dengan risiko anda sendiri!

Dengan itu, mari kita mulakan!

Langkah 1: Kumpulkan Bahagian

Untuk tutorial ini, anda memerlukan komponen berikut:

• Papan pengembangan DOIT ESP32
• Kabel USB mikro (untuk memuat naik kod dan memberi kuasa pada papan dev ESP32)
• Modul "ransel" Reflowduino32 untuk papan dev ESP32
• Ketuhar pembakar roti (baca komen di bawah untuk maklumat lebih lanjut)
• Termokopel jenis K (disertakan dengan Reflowduino32)
• Modul geganti Sidekick (dilengkapi dengan kabel kuasa C13 tugas berat)
• 2x wayar jumper lelaki-lelaki (untuk menyambungkan Reflowduino32 ke modul geganti)
• Pemutar skru kepala kecil (untuk mengetatkan terminal skru)

Bahan utama di sini adalah papan pemuka ESP32, Reflowduino32, dan modul relay Sidekick, dan tentu saja, oven pembakar roti itu sendiri. Saya akan menerangkan secara ringkas setiap perkara di bawah:

Papan Dev ESP32 + Reflowduino32

Pada masa ini Reflowduino32 direka untuk menyambung ke papan dev ESP32 sehingga papan dev perlu mempunyai jarak header dan pinout yang sesuai agar ini berfungsi. Saya telah merancang beg galas Reflowduino32 khusus untuk papan dev ESP32 "DOIT" kerana saya perhatikan ini tersedia dalam talian dan nampaknya banyak digunakan. Walau bagaimanapun, jika anda menjumpai papan dev ESP32 lain yang mempunyai pinout dan jarak pin yang sama, sila beritahu saya kerana itu juga mesti berfungsi!

Ketuhar pembakar roti

Ia mesti jelas apa yang dilakukannya dalam skema besar perkara tetapi mungkin tidak begitu jelas untuk jenis dan model mana yang harus dipilih. Secara peribadi saya menguji ketuhar pembakar roti Walmart yang murah ini dengan kadar 1100W dan agak generik. Saya rasa apa-apa di atas 1000W harus mencukupi untuk kegunaan hobi tetapi ada pertimbangan tertentu. Perkara utama yang perlu dicari dalam pembakar roti adalah watt (> 1000W lebih disukai), ukuran (berapa banyak papan yang anda mahu muat di dalamnya?), Konfigurasi dulang (adakah ia mempunyai dulang rata yang bagus yang boleh anda gunakan untuk meletakkan PCB dihidupkan?) dan adakah atau tidaknya adalah oven pemanggang konveksi (mungkin anda akan memasak papan yang lebih besar dan mahukan pengagihan suhu yang lebih sekata di seluruh ketuhar?). Semua faktor ini sangat bergantung pada aplikasi peribadi anda tetapi bagi saya pembakar roti Walmart yang murah dan murah berfungsi dengan baik.:)

Anda mungkin bertanya, bagaimana dengan pinggan panas? Pada pendapat saya, saya akan menjauhi plat panas kerana cenderung mempunyai jisim terma yang tinggi. Maksudnya ialah mereka akan menjadi panas dan terus memanas walaupun anda mematikannya. Ini menjadikannya benar-benar tidak dapat diramalkan untuk kawalan suhu yang tepat kerana suhunya dapat melonjak secara besar-besaran dan berpotensi menyakiti komponen yang rentan di papan anda. Pada dasarnya menggunakan plat panas akan mengalahkan tujuan menggunakan reflow controller di tempat pertama.

Modul Relay

Untuk mengawal suhu kita perlu mengawal pemanggang hidup dan mati sesuai dengan suhu yang kita baca dari termokopel. Walau bagaimanapun, ketuhar pemanggang roti adalah alat AC dan berkuasa tinggi (dengan pembakar roti 120VAC biasanya melukis sekitar 8-10A) jadi kami perlu memastikan kami dapat menggerakkannya dengan betul tanpa membebankan geganti. Pertimbangan lain ialah voltan kawalan geganti. Kebanyakan geganti hobi (Arduino-kompatibel) yang mampu menukar arus tinggi dinilai untuk input 5V tetapi dalam tutorial ini kita berurusan dengan ESP32 yang beroperasi pada 3.3V. Ini bermaksud modul relai Joe rata-rata mungkin tidak berfungsi untuk kita. Walau bagaimanapun, sekiranya anda mahu menggunakan modul geganti yang berbeza, saya telah merancang satu ciri di mana anda boleh menukar voltan kawalan geganti dari 3.3V lalai ke voltan "VIN" pada papan dev ESP32, yang secara lalai adalah ~ 5V semasa dihidupkan melalui USB. Walau bagaimanapun, secara teorinya anda boleh menghidupkannya dengan sesuatu yang lebih tinggi daripada 5V, katakan 9V, dan kemudian voltan kawalan geganti akan menjadi 9V. Walaupun begitu, anda biasanya tidak memerlukan apa-apa di atas 5V.

Ini sebahagiannya mengapa saya membuat modul geganti Sidekick, relay keadaan pepejal berkuasa tinggi yang mampu menukar sebarang alat 120VAC yang sah dan tanpa bunyi klik (keadaan pepejal) seperti geganti tradisional! Ia juga mempunyai penyambung yang sangat selamat dan mudah dan dengan mudah menyambungkan perkakas, mikrokontroler, dan kuasa utama (soket dinding AC) jadi inilah yang akan saya gunakan di sini. Bahagian yang sejuk adalah anda tidak perlu membuka oven pemanggang untuk mengawalnya!

Langkah 2: Persediaan Perkakasan

Konsep Kawalan

Sungguh, konsepnya cukup mudah: Akhirnya tujuan kami adalah mengawal suhu di dalam oven pemanggang. Untuk melakukan ini, kita perlu mengawal dan mematikan ketuhar pemanggang secara berkala dengan modul geganti, serupa dengan PWM tetapi versi yang sangat perlahan (setiap tetingkap adalah 2 saat, jadi ia boleh dihidupkan selama 1.5 saat dan dimatikan selama 0.5 detik). Untuk menggerakkan relay, kita perlu memberikan voltan yang betul pada pin kawalan relay (logik HIGH = ON, LOW = OFF). Dalam kes kami, kami hanya menghubungkan dua input kawalan relay ke terminal skru relay Reflowduino32. Sebab kami tidak menghubungkan pin digital ESP32 secara langsung ke relay adalah kerana relay menarik arus yang agak baik (berbanding dengan yang boleh ditangani pin IO) dan kami tidak mahu memuatkan ESP32 secara berlebihan. Reflowduino32 merangkumi pertukaran sisi rendah MOSFET dan dapat menangani arus lebih dari 200mA, sehingga menjauhkan pin ESP32 dari sebarang kemungkinan kerosakan.

Pada asasnya, ikuti rajah pendawaian "Reflowduino32 + Sidekick Control" di atas dan anda pasti bersedia!

Tombol Ketuhar Pembakar roti

Percaya atau tidak, ini adalah bahagian penting dalam tutorial ini! Sekiranya anda tidak memberi perhatian di sini, anda akan tertanya-tanya mengapa pembakar roti anda tidak menyala walaupun anda mengikuti semua yang lain dengan sempurna. Kenapa? Baiklah, agar kita dapat mengawal pemanggang secara luaran (melalui kabel kuasa) tanpa membukanya, kita harus membuat pembakar roti seolah-olah selalu menyala jika kita memasangnya terus ke dinding. Oleh kerana pembakar roti dihidupkan oleh relay, kita dapat mengawal ketika pemanggang dimatikan, tetapi jika pemanggang kadang-kadang dihidupkan atau kadang-kadang dimatikan semasa relai aktif, maka kita menyiapkan diri untuk kegagalan. Inilah sebabnya mengapa perkara pertama yang harus kita lakukan ialah menetapkan tombol pembakar roti. Sebilangan besar oven pemanggang akan mempunyai tiga tombol: satu untuk suhu, satu untuk pengaturan pemanggang, dan yang lain untuk pemasa. Apa yang perlu anda lakukan adalah perkara berikut:

• Maksimumkan suhu (kami tidak mahu proses reflow kami berhenti di pertengahan jalan!)
• Tetapkan pilihan memasak ke "Bakar" atau apa sahaja yang menjadikan semua filamen pemanasan menyala di dalam!
• Maksimumkan pemasa atau, sekiranya pemanggang roti saya, putar tombol pemasa ke "Tetap aktif" sehingga tidak pernah mati!

Setelah melakukan ini, pasangkan kabel kuasa pemanggang ke soket dan anda pasti mendengar dan melihatnya menyala. Bingo! Sekiranya anda takut bahawa anda tidak sengaja meletakkan tombol, jangan lekatkan panas di tempatnya sehingga tidak boleh bergerak!

Sekarang pembakar roti kita selalu dihidupkan semasa dihidupkan, kita boleh menghidupkan atau mematikannya dengan relai dengan ketenangan bahawa ia benar-benar akan dihidupkan semasa relay aktif.

Nota Pendawaian

Berikut adalah beberapa nota yang mungkin atau mungkin tidak membantu anda ketika menyatukan semuanya:

• Perkara pertama yang anda ingin lakukan ialah pasangkan beg galas Reflowduino32 ke dalam enam pin pertama papan pemuka DOIT ESP32 (supaya terminal skru berada di sisi yang sama dengan USB mikro pada papan dev). Sekiranya anda tertanya-tanya, beg galas itu dirancang supaya anda masih boleh memasukkan wayar Dupont ke papan dev ESP32 bersebelahan dengan Reflowduino32 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
• Perkara lain yang perlu diperhatikan adalah kekutuban input geganti. Keduanya dilabel di sebelah terminal skru tetapi saya ingin mengelakkan anda daripada menukarnya secara tidak sengaja dan bertanya-tanya apa yang berlaku apabila pembakar roti tidak menyala!
• Anda juga perlu menyambungkan termokopel di terminal skru pada beg galas Reflowduino32. Pada mulanya mungkin sukar untuk melihat wayar mana yang warnanya (kuning atau merah) sehingga anda mungkin harus menggunakan kuku anda dan perlahan-lahan mengupas penebatnya sedikit. Namun, jangan lakukan ini dengan paksa untuk mengurangkan kekacauan!
• Saya telah membaca dari beberapa orang bahawa anda mungkin mendapat hasil yang lebih tepat jika anda memasukkan termokopel ke PCB sekerap sehingga hujungnya menyentuh permukaan PCB. Papan sekerap dengan ukuran yang serupa dengan papan yang anda pasangkan akan memberikan termokopel jisim termal yang setanding dan oleh itu menjadikan bacaan lebih tepat. Ini masuk akal jika anda berfikir untuk menyejukkan badan; tanpa PCB sekerap hujung termokopel akan menyejuk lebih cepat daripada PCB yang anda pasangkan, dan hal yang sama berlaku dengan pemanasan lebih cepat.
• Terdapat suis kuasa pada modul geganti Sidekick. Sekiranya ini tidak dihidupkan, pembakar roti tidak akan menjadi panas! Namun, buat masa ini biarkan saja sebelum kita memuat naik kod ke papan ESP32.

Langkah 3: Persediaan ESP32 Arduino IDE

Sekarang setelah anda menyiapkan semua perkakasan, mari kita lihat perisian yang diperlukan agar semuanya berjalan lancar.

Nota: Arahan pemasangan ESP32 Arduino di bawah ini datang langsung dari Langkah 2 tutorial Bluetooth ESP32 saya sebelumnya. Ini adalah salah satu tempat di mana jika anda belum melakukannya, ada baiknya anda melihat tutorial ini untuk mengetahui lebih lanjut mengenai kemampuan Bluetooth ESP32.

Ini cukup jelas, tetapi perkara pertama yang perlu anda lakukan ialah memasang Arduino IDE. Cukup berkata.

Pemasangan Pakej ESP32

Perkara seterusnya yang perlu anda lakukan ialah memasang pakej ESP32 untuk Arduino IDE dengan mengikuti arahan Windows atau arahan Mac. Saya akan mengatakan bahawa untuk Windows apabila arahan memberitahu anda untuk membuka "Git GUI", anda harus memuat turun dan menyiapkan "Git" dari pautan yang disediakan dan jika anda sukar mencari aplikasi yang disebut "Git GUI" maka semua yang anda perlukan yang perlu dilakukan adalah mencari "Git GUI" di menu permulaan dan anda akan melihat sedikit ikon arahan-ish yang kelihatan (lihat tangkapan skrin terlampir di atas). Ia juga terletak di "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" secara lalai. Dari sana, ikuti arahan dan anda pasti boleh pergi! Catatan: Sekiranya anda sudah memasang pakej ESP32 di Arduino IDE tetapi anda tidak mendapatkannya setelah sokongan BLE ditambahkan ke pakej, saya cadangkan pergi ke "Dokumen / perkakasan / espressif" dan hapus folder "esp32" dan lakukan semula arahan persediaan di atas. Saya mengatakan ini kerana saya menghadapi masalah di mana walaupun setelah mengikuti prosedur kemas kini di bahagian bawah arahan, contoh BLE tidak muncul dalam "Contoh" di bawah "Contoh untuk Modul Dev ESP32" di Arduino IDE.

Ujian ESP32

Dalam Arduino IDE perkara pertama yang harus anda lakukan ialah pergi ke Tools / Board dan pilih papan yang sesuai. Biasanya tidak penting mana yang anda pilih, tetapi beberapa perkara mungkin khusus untuk papan (biasanya penomboran GPIO dan perkara seperti itu) jadi berhati-hatilah! Saya memilih "ESP32 Dev Module" untuk papan iklan saya. Teruskan juga dan pilih port COM yang betul setelah menyambungkan papan ke komputer anda melalui kabel USB.

Untuk memeriksa sama ada pemasangan ESP32 berjalan dengan baik, pergi ke Fail / Contoh / ESP32 BLE Arduino dan anda akan melihat beberapa contoh lakaran, seperti "BLE_scan", "BLE_notify", dll. Ini bermakna semuanya disiapkan dengan betul di Arduino IDE!

Sekarang Arduino IDE sudah siap, uji apakah ia benar-benar berfungsi dengan membuka contoh Blink di bawah Fail -> Contoh -> 01. Asas -> Berkedip dan ubah semua kejadian "LED_BUILTIN" menjadi "2" (nombor GPIO lalai yang mengawal LED pada papan dev DOIT ESP32). Selepas memuat naik lakaran, anda akan melihat LED biru berkelip setiap saat!

Langkah 4: Sketsa Demo Reflowduino32

Persediaan Perpustakaan

Setelah anda memasang pakej ESP32 Arduino, pergi ke repositori Reflowduino Github dan muat turun lakaran Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Semasa anda membukanya, Arduino akan bertanya kepada anda apakah anda ingin membuat folder berisi dengan nama yang sama dengan lakaran, maka klik "Ya" untuk membukanya). Sketsa ini adalah demo oven reflow komprehensif yang membaca suhu dari termokopel, secara berkala menghantar bacaan ke aplikasi Android khusus (disebutkan di bahagian seterusnya), mengendalikan geganti (dan akhirnya pembakar roti) berdasarkan kawalan PID, dan menerima arahan dari aplikasi. Semua ini di ESP32! Cukup kemas ya?

Sekarang untuk menyusun lakaran ini, anda memerlukan perpustakaan berikut:

• Perpustakaan Adafruit MAX31855
• Perpustakaan PID Arduino

Pasang perpustakaan ini dan sahkan bahawa sketsa Reflowduino32 menyusun kemudian muat naik ke papan dev ESP32 anda!

Tetapan Aliran Semula

Berhampiran bahagian atas kod terdapat sekumpulan garis #define. Ini adalah perkara yang boleh anda ubah mengikut keperluan anda. Sebagai contoh, anda mungkin mahu suhu reflow lebih rendah jika anda mempunyai solder temp rendah, atau lebih tinggi jika anda mempunyai pasta solder timbal. Anda akan menyedari bahawa saya telah memasukkan beberapa nilai khas untuk profil reflow dan lalai harus berfungsi dengan baik dengan pes solder tanpa plumbum temp rendah. Anda mungkin juga mahu menyesuaikan pemalar PID di jalan bergantung pada persediaan fizikal anda (walaupun ini mungkin tidak diperlukan). Untuk maklumat lebih lanjut mengenai solder solder dan profil reflow sila lihat halaman wiki Github ini.

Langkah 5: Penyediaan Aplikasi

Setelah memuat naik sketsa demo ke ESP32 anda, anda perlu memasang aplikasi Android Reflowduino32 sebagai langkah terakhir agar persediaan kami berfungsi! Cukup muat turun dan pasang fail.apk pada peranti Android dengan Bluetooth 4.0 atau lebih tinggi dan buka aplikasinya!

Sekiranya Bluetooth belum diaktifkan, aplikasi akan meminta anda menghidupkannya. Pastikan papan dev ESP32 anda dihidupkan dan menjalankan lakaran demo. Perkara pertama yang harus anda lakukan ialah menyambung ke ESP32 melalui Bluetooth pada aplikasi, kemudian tidak lama selepas butang di kiri atas berkata "Bersambung!" anda akan melihat bacaan suhu muncul di skrin jika anda menyambungkan pasangan itu dengan betul. Sekiranya tidak, periksa termokopel dan pastikan anda mempunyai sambungan yang selamat di terminal skru.

Kini tiba masanya untuk menguji perkara yang menyeronokkan! Balik suis ke posisi "on" pada modul Sidekick dan tekan butang "MULAI" pada aplikasi. Lampu oven pemanggang harus menyala dan anda harus mendengar filamen mengeluarkan bunyi gemerincing yang samar-samar dan akhirnya melihatnya bersinar ketika mereka memanas! Anda juga harus melihat LED biru pada papan dev ESP32 menyala untuk menunjukkan proses reflow sedang berjalan.

Semasa proses reflow berterusan, anda akan melihat profil reflow yang bagus sedang digambarkan pada aplikasi. Apabila suhu mencapai suhu reflow, amalan yang baik adalah membuka pintu oven pemanggang untuk membiarkan panas keluar sehingga papan dapat menyejuk, jika tidak, suhu akan meningkat untuk beberapa waktu tambahan. Di papan Reflowduino klasik ada buzzer untuk memberi tahu anda kapan melakukan ini, tetapi di sini anda hanya perlu menilai mengikut suhu yang dipaparkan pada aplikasi yang tidak sukar.

Setelah papan sejuk ke ambang tertentu (40 * C secara lalai tetapi anda boleh mengubahnya dalam kod) proses reflow akan dianggap lengkap dan LED biru akan mati dan aplikasi akan menyimpan data reflow ke fail di telefon anda supaya anda dapat mengimportnya ke Excel. Untuk maklumat lebih lanjut mengenai mengimport data yang disimpan ke Excel sila lihat halaman wiki Github ini.

Itu cukup banyak!