ESP32 Bluetooth pećnica za pretakanje: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

U ovom tutorijalu pokazat ću vam kako izgraditi vlastitu bežičnu pećnicu s reflowom kako biste mogli sastaviti kvalitetne PCB -ove u svojoj kuhinji bez brige o ručnom okretanju gumba i brinuti ako vam se ploče prevruće! I ne samo to, već ćemo koristiti ugrađenu Bluetooth niskoenergetsku (BLE) funkcionalnost ESP32 (jer šta biste drugo koristili u 2018.), kao i dodatni modul koji sam izgradio kao dio otvorenog -ekosistem za kontrolu povratnog izvora izvora pod nazivom "Reflowduino". Također ćemo programirati sve u Arduino IDE okruženju i koristiti ono što smo naučili u prethodnom vodiču za kontrolu postavljanja reflow -a pomoću prilagođene Android aplikacije. Na mojoj stranici Reflowduino Github pružio sam sve dizajnerske datoteke, primjerice Arduino skice, demo aplikaciju i projektnu wiki (puno informacija!).

Ako već niste, pogledajte ovaj vodič o korištenju Bluetooth niskoenergetske funkcije ESP32 s Arduino IDE-om i uspostavljanju dvosmjerne komunikacije s prilagođenom Android aplikacijom jer ima mnogo relevantnih informacija vezanih za ono što ćemo ovdje pokriti. Međutim, ako vas baš ne zanima unutarnji rad Bluetootha i aplikacije, samo nastavite čitati i pokazat ću vam kako bezbolno raditi s vašom pećnicom! Moj cilj ovog vodiča je da bude kratak i sladak, a da se i dalje prenose ključne poruke!

Odricanje od odgovornosti

Ako ste početnik u elektronici ili nemate odgovarajuće iskustvo za rad s mrežnim naponom, predlažem da se ne petljate s tim, obratite se stručnjaku ili nastavite učiti dok ne budete dovoljno vješti! Ne snosim odgovornost za bilo kakve nezgode koje bi mogle nastati uslijed zloupotrebe Reflowduina ili njegovih povezanih komponenti ili električnog sistema (uključujući napajanje iz mreže). Poduzmite sve potrebne mjere opreza, kao što su rukavice i certificirane zaštitne naočale. Osim toga, ne preporučuje se upotreba istog uređaja za pretapanje PCB -a, kao i za kuhanje hrane za potrošnju, što može dovesti do trovanja hranom, posebno olovnim lemljenjem. Vi ste u potpunosti odgovorni za svoje postupke i radite ih na vlastitu odgovornost!

S tim, počnimo!

Korak 1: Prikupite dijelove

Za ovaj vodič trebat će vam sljedeće komponente:

• DOIT ESP32 razvojna ploča
• Mikro USB kabel (za učitavanje koda i napajanje ESP32 ploče za razvoj)
• Reflowduino32 "ruksak" modul za ESP32 dev ploču
• Toster (za više detalja pročitajte komentare ispod)
• Termopar K-tipa (uključen u Reflowduino32)
• Bočni relejni modul (dolazi sa snažnim kabelom za napajanje C13)
• 2x muško-muške Dupont žice kratkospojnika (za spajanje Reflowduino32 na relejni modul)
• Mali odvijač s ravnom glavom (za pritezanje vijčanih stezaljki)

Glavni sastojci ovdje su ESP32 ploča za razvoj, Reflowduino32 i Sidekick relejni modul i, naravno, sama toster pećnica. Ukratko ću objasniti svaku stavku u nastavku:

ESP32 Dev ploča + Reflowduino32

Trenutno je Reflowduino32 dizajniran za uključivanje u ESP32 dev ploču tako da dev ploča mora imati odgovarajući razmak između zaglavlja i pinouts kako bi ovo funkcioniralo. Dizajnirao sam Reflowduino32 ruksak posebno za razvojnu ploču "DOIT" ESP32 jer sam primijetio da je to lako dostupno na Internetu i čini se da se široko koristi. Međutim, ako ipak pronađete drugu ESP32 dev ploču sa istim pinout -ovima i razmakom između pinova, javite mi jer bi i to trebalo funkcionirati!

Toster pećnica

Trebalo bi biti prilično očito šta ovo čini u velikoj shemi stvari, ali možda nije tako očigledno koji tip i model odabrati. Osobno sam testirao ovu jeftinu Walmart toster pećnicu čija je snaga 1100W i prilično je općenita. Mislim da bi sve iznad 1000 W trebalo biti dovoljno za hobističku upotrebu, ali postoje određena razmatranja. Ključne stvari koje trebate tražiti u tosteru su snaga (po mogućnosti> 1000 W), veličina (koliko ploča želite staviti u nju?), Konfiguracija ladice (ima li lijepu, ravnu ladicu koju možete koristiti za stavljanje PCB je uključen?) i da li je to konvekcijska toster pećnica (možda ćete kuhati veće ploče ploča i želite ravnomjerniju raspodjelu temperature po pećnici?). Svi ovi faktori zaista ovise o vašoj ličnoj primjeni, ali za mene je jeftini, generički Walmart toster radio sasvim u redu.:)

Možda ćete pitati, a šta je sa ringlama? Po mom mišljenju, ja bih se klonio vrućih ploča jer imaju tendenciju da imaju visoku toplinsku masu. To znači da će se zagrijati i nastaviti zagrijavati čak i nakon što ga isključite. To ga čini zaista nepredvidivim za preciznu kontrolu temperature jer temperatura može preći velike količine i potencijalno ozlijediti sve osjetljive komponente na vašim pločama. U osnovi bi korištenje vruće ploče poništilo svrhu korištenja kontrolera reflow -a.

Relejni modul

Da bismo kontrolirali temperaturu, moramo kontrolirati uključivanje i isključivanje tostera prema temperaturi koju očitavamo s termoelementa. Međutim, toster je aparat za izmjeničnu struju i relativno je velike snage (sa tosterima od 120 VAC koji obično crpe oko 8-10A) pa moramo biti sigurni da ga možemo ispravno pokretati bez preopterećenja releja. Drugo razmatranje je upravljački napon releja. Većina releja hobista (kompatibilnih s Arduinom) sposobnih za prebacivanje velikih struja ocijenjeni su za 5V ulaze, ali u ovom vodiču imamo posla s ESP32 koji radi na 3.3V. To znači da nam prosječni Joe relejni modul možda neće raditi. Međutim, u slučaju da želite koristiti drugi relejni modul, osmislio sam funkciju u kojoj možete promijeniti upravljački napon releja sa zadanih 3,3 V na "VIN" napon ESP32 dev ploče, koji je prema zadanim postavkama ~ 5 V kada se napaja preko USB -a. Međutim, teoretski biste ga mogli napajati izvana s nečim većim od 5V, recimo 9V, a tada će upravljački napon releja biti 9V. S obzirom na to, obično vam neće trebati ništa iznad 5V.

Ovo je djelomično razlog zašto sam stvorio Sidekick relejni modul, poluprovodnički relej velike snage sposoban za prebacivanje bilo kojeg legalnog uređaja od 120VAC i bez ikakvog klika (solid-state) poput tradicionalnih releja! Takođe ima vrlo sigurne i praktične konektore i za jednostavno povezivanje uređaja, mikrokontrolera i napajanja (zidna utičnica naizmjenične struje), pa ću ovo ovdje koristiti. Zgodan dio je što čak ni ne morate otvarati toster pećnicu da biste je kontrolirali!

Korak 2: Postavljanje hardvera

Koncepti kontrole

Zaista, koncept je prilično jednostavan: Na kraju nam je cilj kontrolirati temperaturu u pećnici za toster. Da bismo to učinili, moramo periodično uključivati i isključivati toster pećnicu pomoću relejnog modula, analognog PWM -u, ali zaista spore njegove verzije (svaki vremenski prozor je 2s, pa bi mogao biti uključen 1,5s, a isključen 0,5s). Da bismo pokrenuli relej, moramo mu dati odgovarajući napon na upravljačkim pinovima releja (logika HIGH = ON, LOW = OFF). U našem slučaju jednostavno povezujemo dva upravljačka ulaza releja na relejni vijčani priključak Reflowduino32. Razlog zašto ne povezujemo izravno digitalne pinove ESP32 s relejem je taj što rele vuče dobar dio struje (u usporedbi s onim što IO pinovi mogu podnijeti) i ne želimo preopteretiti ESP32. Reflowduino32 uključuje MOSFET prekidač na niskoj strani i može podnijeti preko 200mA struje, čime se čuvaju pinovi ESP32 od bilo kakvog potencijalnog oštećenja.

U osnovi samo slijedite gornji dijagram ožičenja "Reflowduino32 + Sidekick Control" i trebali biste biti spremni!

Ručice za pećnicu tostera

Vjerovali ili ne, ovo je ključni dio ovog vodiča! Ako ovdje ne obratite pažnju, zapitat ćete se zašto se vaš toster ne uključuje čak i ako ste sve ostalo savršeno slijedili. Zašto? Pa, da bismo mogli kontrolirati toster izvana (preko njegovog kabela za napajanje) bez otvaranja, moramo napraviti toster kao da je uvijek uključen ako ga priključimo direktno na zid. Budući da je toster uključen relejem, možemo kontrolirati kada je toster isključen, ali ako je toster ponekad uključen ili ponekad isključen kada je relej aktivan, tada se postavljamo za kvar. Zbog toga prvo što moramo učiniti je postaviti gumb tostera. Većina pećnica za toster će imati tri dugmeta: jedno za temperaturu, jedno za podešavanje pečenja i drugo za mjerenje vremena. Ono što trebate učiniti je sljedeće:

• Maksimalno smanjite temperaturu (ne želimo da naš proces ponovnog punjenja prestane na pola puta!)
• Opciju kuhanja postavite na "Pečenje" ili bilo što što čini da se svi grijaći niti uključe unutra!
• Isključite mjerač vremena ili, u slučaju mog tostera, okrenite gumb mjerača na "Ostani uključen" tako da se nikada ne isključi!

Nakon što to učinite, priključite kabel za napajanje tostera u utičnicu i trebali biste čuti i vidjeti kako se uključuje. Bingo! Ako se u slučaju da se bojite da ćete slučajno izgubiti gumbe, slobodno ih zalijepite vrućim mjestima kako se nikada ne bi pomaknuli!

Sada kada je naš toster uvijek uključen kad je uključen, možemo ga uključiti ili isključiti s relejem bez imalo razmišljanja da će se zaista uključiti kada je relej aktivan.

Napomene o ožičenju

Evo samo nekoliko napomena koje vam mogu, ali i ne moraju pomoći pri sastavljanju svega:

• Prvo što želite učiniti je priključiti ruksak Reflowduino32 u prvih šest pinova DOIT ESP32 dev ploče (tako da su vijčani priključci na istoj strani kao i mikro USB na razvojnoj ploči). U slučaju da se pitate, ruksak je dizajniran tako da još uvijek možete umetnuti Dupont žice u ESP32 dev ploču uz Reflowduino32 kao što je prikazano na gornjoj slici.
• Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir je polaritet ulaza releja. Oboje su označeni pored vijčanih stezaljki, ali želim vas poštedjeti da ih slučajno ne zamijenite i pitate se što se događa kad se toster ne uključi!
• Također morate spojiti termopar na vijčani terminal na Reflowduino32 ruksaku. U početku bi moglo biti teško vidjeti koja je žica koje boje (žuta ili crvena) pa ćete možda morati upotrijebiti nokat i lagano malo odlijepiti izolaciju. Međutim, nemojte to činiti nasilno kako biste smanjili trošenje!
• Čitao sam od nekih ljudi da biste mogli dobiti preciznije rezultate ako termoelement uvučete u staru PCB ploču tako da vrh dodiruje površinu PCB -a. Daska za otpad slične veličine kao ploče koje sastavljate dat će termoelementu uporedivu toplinsku masu i stoga učiniti očitanja točnijim. Ovo ima smisla ako razmišljate o hlađenju; bez otpadnog PCB -a vrh termopara će se ohladiti mnogo brže od PCB -a koji sastavljate, a isto vrijedi i za brže zagrijavanje.
• Na relejnom modulu Sidekick nalazi se prekidač za napajanje. Ako ovo nije uključeno, toster se neće zagrijati! Međutim, za sada to ostavite isključeno prije nego što učitamo kôd na ESP32 ploču.

Korak 3: Postavljanje ESP32 Arduino IDE -a

Sada kada ste postavili sav hardver, pogledajmo softver koji je potreban da se sve pokrene.

Napomena: Ova donja uputstva za instalaciju ESP32 Arduina dolaze izravno iz 2. koraka mog prethodnog vodiča za ESP32 Bluetooth. Ovo je jedno od onih mjesta na kojima ako već niste, možda bi bilo dobro provjeriti taj vodič kako biste saznali više o Bluetooth mogućnostima ESP32.

Ovo je prilično očito, ali prvo što trebate učiniti je instalirati Arduino IDE. Dosta je rečeno.

Instalacija ESP32 paketa

Sljedeća stvar koju trebate učiniti je instalirati paket ESP32 za Arduino IDE slijedeći upute za Windows ili upute za Mac. Reći ću da za Windows kad vam upute kažu da otvorite "Git GUI" morate preuzeti i postaviti "Git" s navedene veze, a ako vam je teško pronaći aplikaciju pod nazivom "Git GUI" onda vam sve treba trebate pretražiti "Git GUI" u izborniku Start i vidjet ćete malu ikonu koja izgleda poput naredbenog retka (pogledajte priloženi snimak zaslona gore). Podrazumevano se nalazi i u "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe". Odatle slijedite upute i trebali biste krenuti! Napomena: Ako već imate instaliran paket ESP32 u Arduino IDE -u, ali ga niste dobili nakon što je BLE podrška dodana u paket, preporučio bih da odete na "Dokumenti/hardver/espressif" i izbrišete mapu "esp32" i ponovite gore navedena uputstva za postavljanje. Govorim to jer sam naišao na problem u kojem se ni nakon što su slijedili postupak ažuriranja na dnu uputstava, BLE primjeri nisu pojavljivali u "Primjerima" pod "Primjeri za ESP32 Dev modul" u Arduino IDE -u.

ESP32 Test

U Arduino IDE -u prvo što trebate učiniti je otići na Tools / Board i odabrati odgovarajuću ploču. Obično nije važno koje ćete odabrati, ali neke stvari mogu biti specifične za ploču (obično GPIO numeriranje i slične stvari) pa pripazite! Izabrao sam "ESP32 Dev Module" za svoju ploču. Idite naprijed i odaberite odgovarajući COM port nakon što ste ploču povezali s računarom putem USB kabela.

Da biste provjerili je li instalacija ESP32 prošla dobro, idite na Datoteka / Primjeri / ESP32 BLE Arduino i trebali biste vidjeti nekoliko primjera skica, poput "BLE_scan", "BLE_notify" itd. To znači da je sve ispravno postavljeno u Arduino IDE -u!

Sada kada je Arduino IDE sve postavljeno, provjerite radi li zaista tako što ćete otvoriti Blink primjer pod Datoteka -> Primjeri -> 01. Osnove -> Trepni i promijenite sve instance "LED_BUILTIN" u "2" (zadani GPIO broj koji kontrolira LED na razvojnoj ploči DOIT ESP32). Nakon postavljanja skice trebali biste vidjeti plavu LED lampicu koja treperi svake sekunde!

Korak 4: Reflowduino32 demo skica

Podešavanje biblioteke

Sada kada imate instaliran ESP32 Arduino paket, idite u Reflowduino Github spremište i preuzmite skicu Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Kada ga pokušate otvoriti, Arduino će vas pitati želite li stvoriti mapu koja sadrži isto ime kao i skica, u tom slučaju kliknite "Da" da biste je otvorili). Ova skica je sveobuhvatna demonstracija pećnice s reflowom koja očitava temperaturu iz termoelementa, povremeno šalje ta očitanja prilagođenoj Android aplikaciji (spomenuto u sljedećem odjeljku), kontrolira relej (i na kraju toster) na osnovu PID kontrole i prima naredbe iz aplikacije. Sve ovo na ESP32! Prilično uredno, ha?

Sada za sastavljanje ove skice trebat će vam sljedeće biblioteke:

• Biblioteka Adafruit MAX31855
• Arduino PID biblioteka

Instalirajte ove biblioteke i provjerite kompilaciju Reflowduino32 skice, a zatim je prenesite na svoju ESP32 ploču za razvoj!

Postavke ponovnog toka

Blizu gornjeg dijela koda nalazi se gomila #define linija. Ovo su stvari koje možete promijeniti prema svojim potrebama. Na primjer, možda biste htjeli da temperatura ponovnog ulijevanja bude niža ako imate pastu za lemljenje niske temperature, ili višu ako imate olovnu pastu za lemljenje. Primijetit ćete da sam uključio neke tipične vrijednosti za profil reflowa, a zadana vrijednost trebala bi dobro funkcionirati s paste za lemljenje bez olova pri niskim temperaturama. Možda ćete kasnije htjeti podesiti PID konstante ovisno o vašim fizičkim postavkama (iako to vjerojatno nije potrebno). Za više informacija o profilima za lemljenje i profilima za reflow, pogledajte ovu Github wiki stranicu.

Korak 5: Postavljanje aplikacije

Nakon što postavite demo skicu na svoj ESP32, morat ćete instalirati aplikaciju Reflowduino32 za Android kao posljednji korak u pokretanju naše postavke! Jednostavno preuzmite i instalirajte.apk datoteku na Android uređaj s Bluetoothom 4.0 ili novijim i otvorite aplikaciju!

Ako Bluetooth već nije omogućen, aplikacija će od vas tražiti da ga uključite. Uvjerite se da je vaša ESP32 dev ploča uključena i da pokreće demo skicu. Prvo što morate učiniti je da se povežete na ESP32 putem Bluetootha u aplikaciji, a zatim nedugo nakon što gumb u gornjem lijevom kutu kaže "Povezano!" trebali biste vidjeti očitanja temperature na ekranu ako ste pravilno spojili par. Ako to ne učinite, provjerite termopar i provjerite imate li sigurnu vezu na vijčanoj stezaljki.

Sada je vrijeme da isprobate zabavne stvari! Postavite prekidač u položaj "uključeno" na Sidekick modulu i pritisnite dugme "START" na aplikaciji. Lampica pećnice za toster bi trebala zasvijetliti i trebali biste čuti kako vlakna proizvode tihu štropotnju i na kraju ih vidjeti kako svijetle dok se zagrijavaju! Također biste trebali vidjeti plavo LED svjetlo na ESP32 ploči za razvoj kako bi označilo da je proces reflowa u toku.

Kako se proces preoblikovanja nastavlja, trebali biste vidjeti lijep profil preljeva koji se iscrtava u aplikaciji. Kada temperatura dosegne temperaturu ponovnog punjenja, dobra je praksa otvoriti vrata pećnice tostera kako bi se pustila toplina kako bi se ploča ohladila, u protivnom će temperatura porasti još neko vrijeme. Na klasičnoj Reflowduino ploči nalazi se zujalica koja vas upozorava kada to morate učiniti, ali ovdje ćete samo morati procijeniti prema temperaturi prikazanoj u aplikaciji koja nije teška.

Nakon što se ploča ohladi na određeni prag (40 *C prema zadanim postavkama, ali to možete promijeniti u kodu), proces ponovnog premještanja smatrat će se dovršenim, a plava LED lampica će se isključiti, a aplikacija će spremiti podatke o ponovnom premještanju u datoteku na telefona kako biste ga mogli uvesti u Excel. Više informacija o uvozu spremljenih podataka u Excel potražite na ovoj Github wiki stranici.

To je otprilike to!