Trouba ESP32 Bluetooth Reflow: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

V tomto tutoriálu vám ukážu, jak si postavit vlastní bezdrátovou přetavovací troubu, abyste mohli ve své kuchyni sestavovat kvalitní desky plošných spojů, aniž byste se museli starat o ruční otáčení knoflíků a starosti, pokud se vaše desky příliš zahřívají! Nejen to, ale budeme používat vestavěnou funkci Bluetooth Low Energy (BLE) ESP32 (protože co jiného byste použili v roce 2018) a také přídavný modul, který jsem postavil jako součást otevřeného -ekosystém řízení zpětného toku zdrojů s názvem „Reflowduino“. Budeme také programovat vše v prostředí Arduino IDE a pomocí toho, co jsme se naučili v předchozím tutoriálu, ovládat nastavení přetavení pomocí vlastní aplikace pro Android. Na své stránce Reflowduino Github jsem poskytl všechny návrhové soubory, například skici Arduina, demo aplikaci a wiki projektu (spousta informací!).

Pokud jste tak ještě neučinili, přečtěte si tento návod k používání funkce ESP32 Bluetooth Low Energy s Arduino IDE a navázání obousměrné komunikace s vlastní aplikací pro Android, protože obsahuje mnoho relevantních informací týkajících se toho, co zde budeme pokrývat. Pokud vás však nezajímá vnitřní fungování Bluetooth a aplikace, pokračujte ve čtení a já vám ukážu, jak zajistit, aby vaše nastavení přetavovací trouby fungovalo bezbolestně! Mým cílem tohoto tutoriálu je, aby byl krátký a sladký, a přitom dostal klíčové zprávy!

Bezpečnostní prohlášení

Pokud jste začátečník v elektronice nebo nemáte dostatečné zkušenosti s prací se síťovým napětím, doporučil bych vám, abyste si s tím buď nezahráli, poradili se s odborníkem nebo se učili dál, dokud nebudete dostatečně zdatní! Nezodpovídám za žádné nehody, ke kterým může dojít v důsledku nesprávného použití Reflowduino nebo jeho souvisejících součástí nebo elektrického systému (včetně napájení ze sítě). V případě potřeby proveďte všechna bezpečnostní opatření, jako jsou rukavice a certifikované ochranné brýle. Kromě toho se nedoporučuje používat stejný spotřebič k přetavování desek plošných spojů a také k vaření potravin ke spotřebě, což může mít za následek otravu jídlem, zejména u olovnaté pájky. Jste plně zodpovědní za své činy a provádíte je na vlastní riziko!

S tím můžeme začít!

Krok 1: Shromážděte součásti

Pro tento tutoriál budete potřebovat následující komponenty:

• DOIT ESP32 vývojová deska
• Micro USB kabel (pro nahrání kódu a napájení desky ESP32 pro vývojáře)
• Modul „batoh“Reflowduino32 pro desku pro vývojáře ESP32
• Topinkovač (další podrobnosti najdete v komentářích níže)
• Termočlánek typu K (součástí Reflowduino32)
• Pomocný reléový modul (dodává se s výkonným napájecím kabelem C13)
• 2x propojovací kabel Dupont samec-samec (pro připojení Reflowduino32 k reléovému modulu)
• Malý plochý šroubovák (pro utažení šroubových svorek)

Hlavními složkami jsou vývojová deska ESP32, reléový modul Reflowduino32 a Sidekick a samozřejmě samotná toustovací trouba. Níže stručně vysvětlím každou položku:

Deska ESP32 pro vývojáře + Reflowduino32

V současné době je Reflowduino32 navržen tak, aby se zapojil do vývojové desky ESP32, takže aby vývojová deska fungovala, musí mít správné rozteče záhlaví a vývody. Batoh Reflowduino32 jsem navrhl speciálně pro vývojovou desku ESP32 „DOIT“, protože jsem si všiml, že je snadno dostupný online a zdá se, že je široce používán. Pokud však najdete jinou vývojovou desku ESP32, která má stejné vývody a rozteč pinů, dejte mi prosím vědět, protože by to také mělo fungovat!

Topinkovač

Mělo by být celkem zřejmé, co to dělá ve velkém schématu věcí, ale nemusí být tak zřejmé, jaký typ a model zvolit. Osobně jsem testoval tuto levnou toustovač Walmart, která má výkon 1100 W a je celkem obecná. Myslím, že cokoli nad 1000 W by mělo být vhodné pro použití v domácnostech, ale existují určité úvahy. Klíčové věci, které je třeba u toustovače hledat, je příkon (nejlépe> 1000 W), velikost (kolik desek do něj chcete vejít?), Konfigurace zásobníku (má pěkný, plochý podnos, který můžete použít k umístění PCB je zapnuto?) a zda je to konvekční toustovač (možná budete vařit větší dávky desek a chcete rovnoměrnější rozložení teploty v celé troubě?). Všechny tyto faktory opravdu závisí na vaší osobní aplikaci, ale pro mě levný generický toustovač Walmart fungoval dobře.:)

Můžete se zeptat, co horké plotny? Podle mého názoru bych se vyhnul horkým plotnám, protože mívají vysokou tepelnou hmotnost. To znamená, že se zahřejí a zahřívají i poté, co ho vypnete. Díky tomu je opravdu nepředvídatelné pro přesné řízení teploty, protože teplota může překročit velké množství a potenciálně poškodit všechny zranitelné součásti na vašich deskách. V zásadě by použití horké desky v první řadě porazilo účel použití ovladače přetavení.

Reléový modul

Abychom mohli ovládat teplotu, musíme zapínat a vypínat topinkovač podle teploty, kterou čteme z termočlánku. Topinkovačka je však střídavý spotřebič a má relativně vysoký výkon (toustovače 120 VAC obvykle odebírají asi 8 až 10 A), takže se musíme ujistit, že ji můžeme správně pohánět bez přetížení relé. Dalším hlediskem je řídicí napětí relé. Většina amatérských relé (kompatibilních s Arduino) schopných přepínat vysoké proudy je dimenzována na vstupy 5V, ale v tomto tutoriálu se zabýváme ESP32, který pracuje na 3,3V. To znamená, že průměrný reléový modul Joe pro nás nemusí fungovat. Pokud však chcete použít jiný reléový modul, navrhl jsem funkci, ve které můžete změnit řídicí napětí relé z výchozích 3,3 V na napětí „VIN“na desce ESP32 dev, což je ve výchozím nastavení ~ 5 V při napájení přes USB. Teoreticky byste jej však mohli externě napájet něčím vyšším než 5 V, řekněme 9 V, a pak bude řídicí napětí relé 9 V. To znamená, že obvykle nebudete potřebovat nic nad 5V.

To je částečně důvod, proč jsem vytvořil reléový modul Sidekick, vysoce výkonné polovodičové relé schopné spínat jakékoli legální 120VAC zařízení a bez jakéhokoli cvakání (solid-state) jako tradiční relé! Má také velmi bezpečné a praktické konektory a pro snadné připojení spotřebiče, mikrokontroléru a síťového napájení (síťová zásuvka), takže toto zde budu používat. Skvělá část je, že k ovládání nemůžete ani otevřít toustovač!

Krok 2: Nastavení hardwaru

Ovládací koncepty

Opravdu, koncept je docela přímočarý: Nakonec je naším cílem řídit teplotu uvnitř toustovací pece. K tomu potřebujeme pravidelně zapínat a vypínat toustovač pomocí reléového modulu, analogického s PWM, ale jeho opravdu pomalá verze (každé časové okno je 2 s, takže by mohlo být zapnuto 1,5 s a vypnuto 0,5 s). Aby bylo možné relé ovládat, musíme mu dát správné napětí na ovládacích pinech relé (logika VYSOKÁ = ZAPNUTÁ, NÍZKÁ = VYPNUTÁ). V našem případě jednoduše připojíme dva vstupy pro ovládání relé ke šroubové svorce relé Reflowduino32. Důvod, proč nepřipojujeme přímo digitální piny ESP32 k relé, je ten, že relé odebírá dobrý proud (ve srovnání s tím, co zvládnou piny IO) a nechceme přetížit ESP32. Reflowduino32 obsahuje přepínání MOSFET low-side a zvládne proud přes 200mA, čímž šetří piny ESP32 před jakýmkoli potenciálním poškozením.

V zásadě se řiďte schématem zapojení „Reflowduino32 + Sidekick Control“výše a měli byste být v pořádku!

Knoflíky toustovací trouby

Věřte tomu nebo ne, toto je zásadní část tohoto tutoriálu! Pokud zde nebudete věnovat pozornost, budete se divit, proč se váš toustovač nezapíná, i když jste všechno ostatní dodržovali perfektně. Proč? Abychom mohli topinkovač ovládat externě (prostřednictvím napájecího kabelu), aniž bychom jej museli otevírat, musíme toustovač vyrobit tak, jako by byl vždy zapnutý, kdybychom jej měli zapojit přímo do zdi. Protože toustovač je spínán relé, můžeme ovládat, když je toustovač vypnutý, ale pokud je toustovač někdy zapnutý nebo někdy vypnutý, když je relé aktivní, připravujeme se na selhání. To je důvod, proč první věc, kterou musíme udělat, je nastavit knoflíky toustovače. Většina toustovačů bude mít tři knoflíky: jeden pro teplotu, jeden pro nastavení pečení a druhý pro časovač. Co musíte udělat, je následující:

• Maximalizujte teplotu (nechceme, aby se náš proces přetavení zastavil uprostřed)!
• Nastavte možnost vaření na „Pečení“nebo cokoli, co zapne všechna topná vlákna uvnitř!
• Maximalizujte časovač nebo v případě mého toustovače otočte knoflíkem časovače na „Zůstaňte zapnutý“, aby se nikdy nevypnul!

Poté zapojte napájecí kabel toustovače do zásuvky a měli byste slyšet a vidět, jak se zapíná. Bingo! Pokud se v případě, že se bojíte, že omylem ztratíte knoflíky, klidně je za horka přilepte na místo, aby se nikdy nepohybovaly!

Nyní, když je náš toustovač vždy zapnutý, můžeme jej zapnout nebo vypnout pomocí relé s klidem, že se skutečně zapne, když je relé aktivní.

Poznámky k zapojení

Zde je jen několik poznámek, které vám mohou, ale nemusí pomoci při skládání všeho dohromady:

• První věc, kterou chcete udělat, je zapojit batoh Reflowduino32 do prvních šesti pinů vývojové desky DOIT ESP32 (aby šroubové svorky byly na stejné straně jako micro USB na vývojové desce). V případě, že vás zajímá, je batoh navržen tak, abyste stále mohli vložit vodiče Dupont do vývojové desky ESP32 sousedící s Reflowduino32, jak je znázorněno na obrázku výše.
• Další věc, kterou je třeba vzít na vědomí, je polarita reléových vstupů. Oba jsou označeny vedle šroubových svorek, ale chci vás ušetřit před nechtěným prohozením a přemýšlením, co se děje, když se toustovač nezapne!
• Také musíte připojit termočlánek do šroubového terminálu na batohu Reflowduino32. Zpočátku může být těžké zjistit, který drát má jakou barvu (žlutou nebo červenou), takže možná budete muset použít nehet a jemně odlepit izolaci. Nedělejte to však silou, abyste minimalizovali třepení!
• Od některých lidí jsem četl, že byste mohli získat přesnější výsledky, pokud termočlánek navléknete do šrotu PCB tak, že se hrot dotýká povrchu PCB. Šrotová deska podobné velikosti jako desky, které montujete, poskytne termočlánku srovnatelnou tepelnou hmotnost, a proto bude měření přesnější. To dává smysl, pokud přemýšlíte o ochlazení; bez šrotu PCB se hrot termočlánku ochladí mnohem rychleji než PCB, které sestavujete, a to samé platí pro mnohem rychlejší zahřátí.
• Na reléovém modulu Sidekick je vypínač. Pokud toto není zapnuté, topinkovač se nezahřeje! Prozatím to však nechte být, než nahrajeme kód na desku ESP32.

Krok 3: Nastavení ESP32 Arduino IDE

Nyní, když máte veškerý hardware nastavený, pojďme se podívat na software potřebný k tomu, aby vše bylo v provozu.

Poznámka: Tyto níže uvedené pokyny k instalaci ESP32 Arduino pocházejí přímo z kroku 2 mého předchozího tutoriálu k ESP32 Bluetooth. Toto je jedno z míst, kde pokud jste to ještě neudělali, může být dobré se podívat na tento návod, abyste se dozvěděli více o možnostech Bluetooth ESP32.

To je docela zřejmé, ale první věc, kterou musíte udělat, je nainstalovat Arduino IDE. Dost řečeno.

Instalace balíčku ESP32

Další věc, kterou musíte udělat, je nainstalovat balíček ESP32 pro Arduino IDE podle pokynů systému Windows nebo pokynů pro Mac. Řeknu, že pro Windows, když vám pokyny řeknou, abyste otevřeli "Git GUI", musíte si stáhnout a nastavit "Git" z poskytnutého odkazu a pokud máte potíže s hledáním aplikace s názvem "Git GUI", pak vše, co potřebujete V nabídce Start vyhledejte „Git GUI“a uvidíte malou ikonu příkazového řádku (viz přiložený snímek obrazovky výše). Ve výchozím nastavení je také umístěn v "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe". Odtud postupujte podle pokynů a měli byste být v pořádku! Poznámka: Pokud již máte balíček ESP32 nainstalován v Arduino IDE, ale nedostali jste ho po přidání podpory BLE do balíčku, doporučil bych přejít na „Dokumenty/hardware/espressif“a odstranit složku „esp32“a opakujte výše uvedené pokyny k nastavení. Říkám to proto, že jsem narazil na problém, kdy se i po provedení postupu aktualizace v dolní části pokynů příklady BLE nezobrazovaly v „Příklady“v části „Příklady pro modul ESP32 Dev Module“v Arduino IDE.

Test ESP32

V Arduino IDE první věc, kterou byste měli udělat, je jít do Nástroje / Deska a vybrat příslušnou desku. Obvykle nezáleží na tom, který z nich si vyberete, ale některé věci mohou být specifické pro desku (obvykle číslování GPIO a podobné věci), takže pozor! Pro svoji desku jsem zvolil „ESP32 Dev Module“. Pokračujte také a po připojení desky k počítači pomocí kabelu USB vyberte správný port COM.

Chcete -li zkontrolovat, zda instalace ESP32 proběhla dobře, přejděte na Soubor / Příklady / ESP32 BLE Arduino a měli byste vidět několik ukázkových skic, jako „BLE_scan“, „BLE_notify“atd. To znamená, že v Arduino IDE je vše správně nastaveno!

Nyní, když je Arduino IDE nastaveno, vyzkoušejte, zda opravdu funguje, otevřením příkladu Blink v nabídce Soubor -> Příklady -> 01. Základy -> Mrkněte a změňte všechny instance „LED_BUILTIN“na „2“(výchozí číslo GPIO, které ovládá LED na desce DOIT ESP32 dev). Po nahrání náčrtu byste měli vidět modrou LED blikat každou sekundu!

Krok 4: Reflowduino32 Demo Sketch

Nastavení knihovny

Nyní, když máte nainstalovaný balíček ESP32 Arduino, přejděte do úložiště Reflowduino Github a stáhněte si skicu Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Při pokusu o otevření se vás Arduino zeptá, zda chcete vytvořit složku obsahující stejný název jako skica, v takovém případě ji otevřete kliknutím na „Ano“). Tato skica je komplexní ukázkou přetavovací pece, která snímá teplotu z termočlánku, pravidelně tyto hodnoty odesílá do vlastní aplikace pro Android (uvedené v další části), podle toho řídí relé (a nakonec toustovač) na základě řízení PID a přijímá příkazy z aplikace. To vše na ESP32! Docela úhledné co?

Nyní ke kompilaci této skici budete potřebovat následující knihovny:

• Knihovna Adafruit MAX31855
• Arduino PID knihovna

Nainstalujte si tyto knihovny a ověřte, že se skript Reflowduino32 kompiluje, a poté jej nahrajte na vývojovou desku ESP32!

Přeformátovat nastavení

V blízkosti horní části kódu je spousta řádků #define. To jsou věci, které můžete změnit podle svých potřeb. Můžete například chtít, aby teplota přetavení byla nižší, pokud máte pájecí pastu s nízkou teplotou, nebo vyšší, pokud jste použili olovnatou pájecí pastu. Všimnete si, že jsem zahrnoval některé typické hodnoty pro profil přetavení a výchozí by mělo dobře fungovat s nízkoteplotní bezolovnatou pájecí pastou. Také byste mohli chtít naladit konstanty PID později po silnici v závislosti na vašem fyzickém nastavení (i když to pravděpodobně není nutné). Další informace o profilech pájecí pasty a přetavení najdete na této wiki stránce Github.

Krok 5: Nastavení aplikace

Po nahrání ukázky do ESP32 budete muset nainstalovat aplikaci Reflowduino32 pro Android jako poslední krok k tomu, aby naše nastavení fungovalo! Jednoduše stáhněte a nainstalujte soubor.apk na zařízení Android s technologií Bluetooth 4.0 nebo vyšší a otevřete aplikaci!

Pokud Bluetooth ještě není povoleno, aplikace vás vyzve k zapnutí. Ujistěte se, že je vaše deska pro vývojáře ESP32 napájena a běží demo skica. První věc, kterou musíte udělat, je připojit se k ESP32 přes Bluetooth v aplikaci, poté krátce poté, co tlačítko vlevo nahoře říká „Připojeno!“Pokud jste správně připojili termočlánek, na obrazovce by se měly zobrazovat hodnoty teploty. Pokud ne, zkontrolujte termočlánek a ujistěte se, že máte bezpečné připojení ve šroubovém terminálu.

Nyní je čas vyzkoušet zábavné věci! Přepněte přepínač do polohy „zapnuto“na modulu Sidekick a stiskněte tlačítko „START“v aplikaci. Světlo v topinkovači by se mělo rozsvítit a měli byste slyšet, jak filamenty vydávají slabý chrastící zvuk a nakonec je uvidíte, jak září, když se zahřívají! Měli byste také rozsvítit modrou LED na desce vývojáře ESP32, což znamená, že probíhá proces přetavení.

Jak proces přetavování pokračuje, měli byste v aplikaci graficky zobrazit pěkný profil přetavení. Když teplota dosáhne teploty přetavení, je dobrým zvykem otevřít dvířka toustovače, aby uniklo teplo, aby deska mohla vychladnout, jinak teplota ještě nějakou dobu stoupne. Na klasické desce Reflowduino je bzučák, který vás upozorní, kdy to udělat, ale tady budete muset posoudit podle teploty zobrazené v aplikaci, což není těžké.

Poté, co se deska ochladí na určitou prahovou hodnotu (ve výchozím nastavení 40 *C, ale v kódu to můžete změnit), bude proces přetavování považován za dokončený a modrá LED dioda zhasne a aplikace uloží data přeformátování do souboru na telefonu, abyste jej mohli importovat do Excelu. Další informace o importu uložených dat do Excelu najdete na této wiki stránce Github.

To je skoro všechno!