Piekarnik reflow ESP32 Bluetooth: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

W tym samouczku pokażę Ci, jak zbudować własny bezprzewodowy piec rozpływowy, dzięki któremu będziesz mógł montować wysokiej jakości płytki PCB w swojej kuchni, nie martwiąc się o ręczne przekręcanie pokręteł i nie martwiąc się, czy Twoje płyty nie robią się zbyt gorące! Nie tylko to, ale będziemy korzystać z wbudowanej funkcjonalności Bluetooth Low Energy (BLE) ESP32 (bo czego innego byś używał w 2018 roku), a także z modułu dodatkowego, który zbudowałem w ramach otwartego Ekosystem kontroli przepływu źródeł o nazwie „Reflowduino”. Będziemy również programować wszystko w środowisku Arduino IDE i wykorzystać to, czego nauczyliśmy się w poprzednim samouczku, aby kontrolować konfigurację ponownego przepływu za pomocą niestandardowej aplikacji na Androida. Udostępniłem wszystkie pliki projektowe, przykładowe szkice Arduino, aplikację demonstracyjną i wiki projektu (dużo informacji!) Na mojej stronie Reflowduino Github.

Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, zapoznaj się z tym samouczkiem na temat korzystania z funkcji Bluetooth Low Energy ESP32 z Arduino IDE i nawiązywania dwukierunkowej komunikacji z niestandardową aplikacją na Androida, ponieważ zawiera wiele istotnych informacji związanych z tym, co tutaj omówimy. Jeśli jednak nie zależy Ci na wewnętrznym działaniu Bluetooth i aplikacji, po prostu czytaj dalej, a pokażę Ci, jak sprawić, by konfiguracja pieca rozpływowego działała bezboleśnie! Moim celem w tym samouczku jest uczynienie go krótkim i słodkim, jednocześnie przekazując kluczowe wiadomości!

Zastrzeżenie dotyczące bezpieczeństwa

Jeśli jesteś początkującym w elektronice lub nie masz odpowiedniego doświadczenia w pracy z napięciem sieciowym, sugerowałbym, abyś albo nie zadzierał z nim, ale skonsultował się z profesjonalistą lub kontynuował naukę, aż będziesz wystarczająco biegły! Nie ponoszę odpowiedzialności za jakiekolwiek wpadki, które mogą wystąpić z powodu niewłaściwego użytkowania Reflowduino lub powiązanych z nim komponentów lub układu elektrycznego (w tym zasilania sieciowego). W razie potrzeby podejmij wszelkie środki ostrożności, takie jak rękawice i certyfikowane okulary ochronne. Ponadto nie zaleca się używania tego samego urządzenia do ponownego rozpływu PCB, a także do gotowania żywności przeznaczonej do spożycia, co może spowodować zatrucie pokarmowe, zwłaszcza lutem ołowiowym. Ponosisz pełną odpowiedzialność za swoje działania i wykonujesz je na własne ryzyko!

Z tym zaczynajmy!

Krok 1: Zbierz części

Do tego samouczka potrzebne będą następujące komponenty:

• Płytka rozwojowa DOIT ESP32
• Kabel micro USB (do wgrania kodu i zasilania płyty deweloperskiej ESP32)
• Moduł "plecaka" Reflowduino32 do płyty dev ESP32
• Piekarnik do tostera (przeczytaj komentarze poniżej, aby uzyskać więcej informacji)
• Termopara typu K (w zestawie z Reflowduino32)
• Moduł przekaźnika Sidekick (dostarczany z wytrzymałym kablem zasilającym C13)
• 2x męsko-męskie zworki Dupont (do podłączenia Reflowduino32 do modułu przekaźnika)
• Mały śrubokręt płaski (do dokręcania zacisków śrubowych)

Głównymi składnikami są tutaj płyta deweloperska ESP32, Reflowduino32 i moduł przekaźnika Sidekick i oczywiście sam piekarnik tostera. Poniżej krótko wyjaśnię każdy punkt:

Płytka rozwojowa ESP32 + Reflowduino32

Obecnie Reflowduino32 jest przeznaczony do podłączenia do płyty dev ESP32, więc płyta dev musi mieć odpowiednie odstępy między nagłówkami i pinouty, aby to zadziałało. Zaprojektowałem plecak Reflowduino32 specjalnie dla płyty deweloperskiej „DOIT” ESP32, ponieważ zauważyłem, że jest on łatwo dostępny online i wydaje się być szeroko stosowany. Jeśli jednak znajdziesz inną płytę programistyczną ESP32, która ma te same pinouty i odstępy między pinami, daj mi znać, ponieważ to również powinno działać!

Mini piekarnik

Powinno być dość oczywiste, co to robi w ogólnym schemacie rzeczy, ale może nie być tak oczywiste, jaki typ i model wybrać. Osobiście przetestowałem ten tani toster Walmart, który ma moc 1100 W i jest dość ogólny. Myślę, że wszystko powyżej 1000W powinno być odpowiednie dla hobbystów, ale są pewne względy. Kluczowe rzeczy, na które należy zwrócić uwagę w tosterze, to moc (najlepiej >1000W), rozmiar (ile płyt chcesz w nim zmieścić?), konfiguracja tac (czy ma ładną, płaską tacę, którą można płytka jest włączona?) i czy jest to piekarnik konwekcyjny (może będziesz gotować większe partie płyt i chcesz bardziej równomierny rozkład temperatury w całym piekarniku?). Wszystkie te czynniki naprawdę zależą od twojej osobistej aplikacji, ale dla mnie tani, generyczny toster Walmart działał dobrze.:)

Możesz zapytać, a co z płytami grzejnymi? Moim zdaniem unikałbym gorących płyt, ponieważ mają one zwykle dużą masę termiczną. Oznacza to, że będą się nagrzewać i nagrzewać nawet dobrze po wyłączeniu. To sprawia, że jest to naprawdę nieprzewidywalne dla precyzyjnej kontroli temperatury, ponieważ temperatura może znacznie przekroczyć i potencjalnie zaszkodzić wrażliwym elementom na twoich płytach. Zasadniczo używanie płyty grzejnej w pierwszym rzędzie zniweczyłoby cel stosowania regulatora rozpływu.

Moduł przekaźnikowy

Aby kontrolować temperaturę, musimy włączać i wyłączać toster zgodnie z temperaturą odczytaną z termopary. Jednak toster jest urządzeniem zasilanym prądem przemiennym i ma stosunkowo dużą moc (przy tosterach 120 VAC zwykle pobierających około 8-10 A), więc musimy upewnić się, że możemy go prawidłowo napędzać bez przeciążania przekaźnika. Kolejną kwestią jest napięcie sterujące przekaźnika. Większość przekaźników hobbystycznych (kompatybilnych z Arduino) zdolnych do przełączania wysokich prądów jest przystosowana do wejść 5 V, ale w tym samouczku mamy do czynienia z ESP32, który działa na 3,3 V. Oznacza to, że przeciętny moduł przekaźnikowy Joe może nie działać dla nas. Jeśli jednak chcesz użyć innego modułu przekaźnika, zaprojektowałem funkcję, w której możesz zmienić napięcie sterujące przekaźnika z domyślnego 3,3 V na napięcie „VIN” płyty dev ESP32, które domyślnie wynosi ~5 V przy zasilaniu przez USB. Można by jednak teoretycznie zasilić go zewnętrznie czymś wyższym niż 5V, powiedzmy 9V, a wtedy napięcie sterujące przekaźnika będzie wynosić 9V. Biorąc to pod uwagę, zwykle nie potrzebujesz niczego powyżej 5V.

Częściowo dlatego stworzyłem moduł przekaźnika Sidekick, przekaźnik półprzewodnikowy dużej mocy, który może przełączać dowolne legalne urządzenie 120 VAC i bez żadnego kliknięcia (półprzewodnikowego), jak tradycyjne przekaźniki! Ma również bardzo bezpieczne i wygodne złącza oraz do łatwego podłączenia urządzenia, mikrokontrolera i zasilania sieciowego (gniazdka ściennego), więc tego będę tutaj używał. Fajne jest to, że nie musisz nawet otwierać tostera, aby go kontrolować!

Krok 2: Konfiguracja sprzętu

Koncepcje sterowania

Tak naprawdę koncepcja jest całkiem prosta: naszym celem jest kontrolowanie temperatury wewnątrz tostera. Aby to zrobić, musimy okresowo włączać i wyłączać piec tostera za pomocą modułu przekaźnika, analogicznie do PWM, ale jego bardzo powolna wersja (każde okno czasowe to 2s, więc może być włączone przez 1,5s i wyłączone przez 0,5s). Aby wysterować przekaźnik musimy podać mu odpowiednie napięcie na pinach sterujących przekaźnika (logika HIGH = ON, LOW = OFF). W naszym przypadku po prostu podłączamy dwa wejścia sterujące przekaźnikiem do zacisku śrubowego przekaźnika Reflowduino32. Powodem, dla którego nie podłączamy bezpośrednio cyfrowych pinów ESP32 do przekaźnika, jest to, że przekaźnik pobiera sporą ilość prądu (w porównaniu z tym, co mogą obsłużyć piny IO) i nie chcemy przeciążać ESP32. Reflowduino32 zawiera przełączanie MOSFET low-side i może obsłużyć ponad 200mA prądu, oszczędzając w ten sposób piny ESP32 przed potencjalnym uszkodzeniem.

Zasadniczo postępuj zgodnie z powyższym schematem okablowania „Reflowduino32 + Sidekick Control” i powinieneś być gotowy!

Gałki do tostera

Wierz lub nie, ale to kluczowa część tego samouczka! Jeśli nie zwrócisz na to uwagi, będziesz się zastanawiać, dlaczego Twój toster się nie włącza, nawet jeśli wszystko inne postępowałeś idealnie. Czemu? Cóż, abyśmy mogli sterować tosterem z zewnątrz (przez przewód zasilający) bez otwierania go, musimy sprawić, by toster był zawsze włączony, gdybyśmy mieli go podłączyć bezpośrednio do ściany. Ponieważ toster jest włączany przez przekaźnik, możemy sterować, gdy toster jest wyłączony, ale jeśli toster jest czasem włączony, a czasem wyłączony, gdy przekaźnik jest aktywny, to narażamy się na awarię. Dlatego pierwszą rzeczą, którą musimy zrobić, to ustawić pokrętła tostera. Większość tosterów ma trzy pokrętła: jedno do temperatury, jedno do ustawienia pieczenia i drugie do timera. Co musisz zrobić, to:

• Zmaksymalizuj temperaturę (nie chcemy, aby nasz proces ponownego rozpływu zatrzymał się w połowie!)
• Ustaw opcję gotowania na „Pieczenie” lub cokolwiek innego, aby wszystkie włókna grzewcze włączały się w środku!
• Zmaksymalizuj timer lub, w przypadku mojego tostera, przekręć pokrętło timera na „Pozostań włączony”, aby nigdy się nie wyłączał!

Po wykonaniu tej czynności podłącz przewód zasilający tostera do gniazdka i powinieneś usłyszeć i zobaczyć, jak się włącza. Bingo! Jeśli obawiasz się, że przypadkowo zgubisz pokrętła, możesz je przykleić na gorąco, aby nigdy się nie poruszały!

Teraz, gdy nasz toster jest zawsze włączony, gdy jest zasilany, możemy go włączać lub wyłączać za pomocą przekaźnika ze spokojem, że rzeczywiście włączy się, gdy przekaźnik jest aktywny.

Uwagi dotyczące okablowania

Oto tylko kilka uwag, które mogą, ale nie muszą, pomóc ci w zestawieniu wszystkiego:

• Pierwszą rzeczą, którą chcesz zrobić, to podłączyć plecak Reflowduino32 do pierwszych sześciu pinów płytki deweloperskiej DOIT ESP32 (tak, aby zaciski śrubowe były po tej samej stronie co micro USB na płytce deweloperskiej). Jeśli się zastanawiasz, plecak został zaprojektowany tak, aby nadal można było włożyć przewody Dupont do płytki deweloperskiej ESP32 sąsiadującej z Reflowduino32, jak pokazano na powyższym obrazku.
• Kolejną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest polaryzacja wejść przekaźnikowych. Oba są oznaczone obok zacisków śrubowych, ale chcę oszczędzić ci przypadkowej zamiany ich i zastanawiania się, co się dzieje, gdy toster się nie włącza!
• Trzeba też podłączyć termoparę w zacisk śrubowy na plecaku Reflowduino32. Na początku może być trudno zobaczyć, który przewód ma kolor (żółty lub czerwony), więc być może trzeba będzie użyć paznokcia i delikatnie ściągnąć izolację. Jednak nie rób tego na siłę, aby zminimalizować strzępienie!
• Czytałem od niektórych osób, że można uzyskać dokładniejsze wyniki, jeśli wkręcisz termoparę w złom PCB, tak aby końcówka stykała się z powierzchnią PCB. Odpadowa deska podobnej wielkości do deski, którą montujesz, da termoparze porównywalną masę termiczną, a tym samym sprawi, że odczyty będą dokładniejsze. Ma to sens, jeśli myślisz o ochłodzeniu; bez złomowanej płytki PCB końcówka termopary ostygnie znacznie szybciej niż płytka, którą montujesz, a to samo dotyczy nagrzewania się znacznie szybciej.
• Na module przekaźnika Sidekick znajduje się wyłącznik zasilania. Jeśli to nie jest włączone, toster się nie nagrzewa! Jednak na razie po prostu zostaw to, zanim wgramy kod na płytkę ESP32.

Krok 3: Konfiguracja Arduino IDE ESP32

Teraz, gdy masz już skonfigurowany sprzęt, przyjrzyjmy się oprogramowaniu potrzebnemu do uruchomienia wszystkiego.

Uwaga: Poniższe instrukcje instalacji ESP32 Arduino pochodzą bezpośrednio z kroku 2 mojego poprzedniego samouczka Bluetooth ESP32. Jest to jedno z tych miejsc, w których, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, dobrym pomysłem może być zapoznanie się z tym samouczkiem, aby dowiedzieć się więcej o możliwościach Bluetooth ESP32.

Jest to dość oczywiste, ale pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, to zainstalować Arduino IDE. Wystarczająco powiedziane.

Instalacja pakietu ESP32

Następną rzeczą, którą musisz zrobić, to zainstalować pakiet ESP32 dla Arduino IDE, postępując zgodnie z instrukcjami Windows lub Mac. Powiem, że dla Windows, gdy instrukcje mówią, aby otworzyć „Git GUI”, musisz pobrać i skonfigurować „Git” z podanego linku, a jeśli masz trudności ze znalezieniem aplikacji o nazwie „Git GUI”, to wszystko, czego potrzebujesz wystarczy wyszukać "Git GUI" w menu Start, a zobaczysz małą ikonę przypominającą wiersz polecenia (patrz załączony zrzut ekranu powyżej). Znajduje się również domyślnie w „C:\Program Files\Git\cmd\git-gui.exe”. Stamtąd postępuj zgodnie z instrukcjami i powinieneś być gotowy! Uwaga: Jeśli masz już zainstalowany pakiet ESP32 w Arduino IDE, ale nie dostałeś go po dodaniu obsługi BLE do pakietu, polecam przejść do "Documents/hardware/espressif" i usunąć folder "esp32" i ponownie wykonując powyższe instrukcje konfiguracji. Mówię to, ponieważ natknąłem się na problem, w którym nawet po wykonaniu procedury aktualizacji na dole instrukcji przykłady BLE nie pojawiały się w „Przykładach” w „Przykładach modułu deweloperskiego ESP32” w Arduino IDE.

Test ESP32

W Arduino IDE pierwszą rzeczą, którą należy zrobić, to przejść do Narzędzia/Płytka i wybrać odpowiednią płytkę. Zwykle nie ma znaczenia, który wybierzesz, ale niektóre rzeczy mogą być specyficzne dla płyty (zazwyczaj numeracja GPIO i tym podobne), więc uważaj! Wybrałem "ESP32 Dev Module" dla mojej płyty. Również śmiało wybierz odpowiedni port COM po podłączeniu płytki do komputera za pomocą kabla USB.

Aby sprawdzić, czy instalacja ESP32 przebiegła prawidłowo, wejdź do Plik / Przykłady / ESP32 BLE Arduino i powinieneś zobaczyć kilka przykładowych szkiców, takich jak "BLE_scan", "BLE_notify" itp. Oznacza to, że wszystko jest poprawnie skonfigurowane w Arduino IDE!

Teraz, gdy Arduino IDE jest już skonfigurowane, sprawdź, czy naprawdę działa, otwierając przykład Blink w Plik -> Przykłady -> 01. Podstawowe -> Blink i zmień wszystkie wystąpienia „LED_BUILTIN” na „2” (domyślny numer GPIO, który kontroluje diodę LED na płytce dev DOIT ESP32). Po przesłaniu szkicu powinieneś zobaczyć migającą co sekundę niebieską diodę LED!

Krok 4: Szkic demonstracyjny Reflowduino32

Konfiguracja biblioteki

Teraz, gdy masz zainstalowany pakiet ESP32 Arduino, przejdź do repozytorium Reflowduino Github i pobierz szkic Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Kiedy spróbujesz go otworzyć, Arduino zapyta, czy chcesz utworzyć folder zawierający tę samą nazwę co szkic, w takim przypadku kliknij „Tak”, aby go otworzyć). Ten szkic jest obszerną wersją demonstracyjną pieca rozpływowego, która odczytuje temperaturę z termopary, okresowo wysyła te odczyty do niestandardowej aplikacji na Androida (wspomnianej w następnej sekcji), odpowiednio steruje przekaźnikiem (i ostatecznie tosterem) w oparciu o sterowanie PID i odbiera polecenia z aplikacji. Wszystko to na ESP32! Całkiem fajnie, co?

Teraz, aby skompilować ten szkic, będziesz potrzebować następujących bibliotek:

• Biblioteka Adafruit MAX31855
• Biblioteka Arduino PID

Zainstaluj te biblioteki i sprawdź, czy szkic Reflowduino32 się kompiluje, a następnie prześlij go na swoją płytę programistyczną ESP32!

Ustawienia ponownego przepływu

W górnej części kodu znajduje się kilka linii #define. Są to rzeczy, które możesz zmienić zgodnie ze swoimi potrzebami. Na przykład możesz chcieć, aby temperatura rozpływu była niższa, jeśli masz pastę lutowniczą niskotemperaturową, lub wyższą, jeśli masz pastę lutowniczą z ołowiem. Zauważysz, że podałem kilka typowych wartości dla profilu rozpływu i domyślnie powinno działać dobrze z niskotemperaturową bezołowiową pastą lutowniczą. Możesz również chcieć dostroić stałe PID później w zależności od konfiguracji fizycznej (chociaż prawdopodobnie nie jest to konieczne). Więcej informacji na temat pasty lutowniczej i profili rozpływowych można znaleźć na tej stronie wiki Github.

Krok 5: Konfiguracja aplikacji

Po przesłaniu szkicu demonstracyjnego do ESP32 będziesz musiał zainstalować aplikację Reflowduino32 na Androida jako ostatni krok do uruchomienia naszej konfiguracji! Po prostu pobierz i zainstaluj plik.apk na urządzeniu z Androidem z Bluetooth 4.0 lub nowszym i otwórz aplikację!

Jeśli Bluetooth nie jest jeszcze włączony, aplikacja poprosi o jego włączenie. Upewnij się, że Twoja płyta deweloperska ESP32 jest włączona i uruchamia szkic demonstracyjny. Pierwszą rzeczą, którą musisz zrobić, to połączyć się z ESP32 przez Bluetooth w aplikacji, a następnie krótko po przycisku w lewym górnym rogu mówi „Połączono!” powinieneś zobaczyć odczyty temperatury na ekranie, jeśli prawidłowo podłączono termoparę. Jeśli nie, sprawdź termoparę i upewnij się, że masz bezpieczne połączenie w zacisku śrubowym.

Teraz nadszedł czas, aby przetestować zabawne rzeczy! Przestaw przełącznik do pozycji „on” na module Sidekick i naciśnij przycisk „START” w aplikacji. Kontrolka piekarnika tostera powinna się zapalić i powinieneś usłyszeć, jak włókna wydają cichy grzechoczący dźwięk, a na końcu zobaczysz, jak świecą się, gdy się nagrzewają! Powinieneś również zobaczyć, jak zapali się niebieska dioda LED na płycie deweloperskiej ESP32, aby wskazać, że trwa proces ponownego przepływu.

W miarę postępu procesu ponownego przepływu w aplikacji powinien pojawić się ładny profil ponownego przepływu. Gdy temperatura osiągnie temperaturę rozpływu, dobrą praktyką jest otwarcie drzwiczek piekarnika tostera, aby umożliwić ucieczkę ciepła, aby płyta mogła się schłodzić, w przeciwnym razie temperatura wzrośnie przez jakiś dodatkowy czas. Na klasycznej płycie Reflowduino znajduje się brzęczyk ostrzegający, kiedy to zrobić, ale tutaj musisz po prostu ocenić temperaturę wyświetlaną w aplikacji, co nie jest trudne.

Po ochłodzeniu płyty do określonego progu (domyślnie 40 * C, ale można to zmienić w kodzie), proces ponownego przepływu zostanie uznany za zakończony, a niebieska dioda LED zgaśnie, a aplikacja zapisze dane ponownego przepływu do pliku w telefon, dzięki czemu można go zaimportować do programu Excel. Więcej informacji na temat importowania zapisanych danych do programu Excel można znaleźć na tej stronie wiki Github.

To prawie tyle!