ESP32 Bluetooth Reflow -uuni: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tässä opetusohjelmassa näytän sinulle, miten voit rakentaa oman langattoman reflow -uunisi, jotta voit koota laadukkaita piirilevyjä keittiössäsi ilman, että sinun tarvitsee huolehtia nuppien kääntämisestä käsin ja huolestua, jos levyt kuumenevat liikaa! Ei vain sitä, mutta käytämme ESP32: n sisäänrakennettua Bluetooth Low Energy (BLE) -toimintoa (koska mitä muuta käyttäisit vuonna 2018) sekä lisämoduulia, jonka olen rakentanut osana avointa -lähde reflow control ekosysteemi nimeltä "Reflowduino". Ohjelmoimme myös kaiken Arduino IDE -ympäristössä ja käytämme edellisessä opetusohjelmassa opittua ohjaamaan uudelleenvirtausasetuksia mukautetulla Android -sovelluksella. Olen toimittanut kaikki suunnittelutiedostot, esimerkiksi Arduino -luonnokset, demosovelluksen ja projekti -wikin (paljon tietoa!) Reflowduino Github -sivullani.

Jos et ole jo tehnyt niin, katso tämä opetusohjelma ESP32: n Bluetooth Low Energy -ominaisuuden käyttämisestä Arduino IDE: n kanssa ja kaksisuuntaisen viestinnän luomisesta mukautetun Android-sovelluksen kanssa, koska siinä on paljon asiaankuuluvaa tietoa siitä, mitä käsittelemme täällä. Jos et kuitenkaan välitä Bluetoothin ja sovelluksen sisäisestä toiminnasta, jatka lukemista, ja näytän sinulle, kuinka saat reflow -uunisi toimimaan kivuttomasti! Tavoitteeni tässä opetusohjelmassa on tehdä siitä lyhyt ja suloinen ja silti saada tärkeimmät viestit perille!

Vastuuvapauslauseke

Jos olet aloittelija elektroniikan parissa tai sinulla ei ole asianmukaista kokemusta verkkojännitteen kanssa työskentelystä, suosittelen, että et joko sekoita siihen, ota yhteyttä ammattilaiseen tai jatka oppimista, kunnes olet tarpeeksi taitava! En ole vastuussa mistään häiriöistä, jotka voivat johtua Reflowduinon tai siihen liittyvien osien tai sähköjärjestelmän (mukaan lukien verkkovirta) väärinkäytöstä. Noudata tarvittaessa kaikkia varotoimenpiteitä, kuten käsineitä ja sertifioituja suojalaseja. Lisäksi ei ole suositeltavaa käyttää samaa laitetta piirilevyjen palauttamiseen ja myös ruoan valmistamiseen kulutukseen, mikä voi johtaa ruokamyrkytykseen erityisesti lyijyjuotoksella. Olet täysin vastuussa teoistasi ja suoritat ne omalla vastuullasi!

Aloitetaan sillä!

Vaihe 1: Kerää osat

Tätä opetusohjelmaa varten tarvitset seuraavat komponentit:

• DOIT ESP32 -kehityskortti
• Mikro -USB -kaapeli (koodin lataamiseen ja ESP32 -kehityskortin virran kytkemiseen)
• Reflowduino32 "reppu" -moduuli ESP32 -kehityskortille
• Leivänpaahdin (lisätietoja alla olevista kommenteista)
• K-tyypin termopari (sisältyy Reflowduino32: een)
• Sidekick -relemoduuli (mukana raskaan C13 -virtajohdon)
• 2x uros-uros Dupont-hyppyjohdot (Reflowduino32: n liittämiseksi relemoduuliin)
• Pieni litteä ruuvitaltta (ruuviliittimien kiristämiseen)

Tärkeimmät ainesosat ovat ESP32 -kehityskortti, Reflowduino32 ja Sidekick -relemoduuli sekä tietysti itse leivänpaahdin. Selitän lyhyesti kunkin kohteen alla:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

Tällä hetkellä Reflowduino32 on suunniteltu liitettäväksi ESP32 -kehityskorttiin, joten kehityskortilla on oltava oikea otsikkoväli ja pinoutit, jotta tämä toimisi. Olen suunnitellut Reflowduino32 -reppun erityisesti "DOIT" ESP32 -kehityslevylle, koska huomasin, että tämä oli helposti saatavilla verkossa ja näyttää olevan laajalti käytetty. Jos kuitenkin löydät toisen ESP32 -kehityskortin, jolla on samat nastat ja nastavälit, kerro siitä minulle, koska sen pitäisi toimia myös!

Paahdinuuni

Pitäisi olla melko selvää, mitä tämä tekee suuressa asioiden järjestelmässä, mutta se ei ehkä ole niin ilmeistä, minkä tyyppinen ja malli valita. Itse testasin tätä halpaa Walmart -leivänpaahdin -uunia, jonka nimellisteho on 1100 W ja joka on melko yleinen. Mielestäni kaiken yli 1000 W: n pitäisi riittää harrastajien käyttöön, mutta on tiettyjä näkökohtia. Tärkeimmät asiat, joita leivänpaahtimessa kannattaa etsiä, ovat teho (mieluiten> 1000 W), koko (kuinka monta lautaa haluat mahtua siihen?), Lokeron kokoonpano (onko siinä mukava, litteä lokero, jota voit käyttää onko piirilevy päällä?) ja onko se konvektio -leivänpaahdin (ehkä keität suurempia levyjä ja haluat tasaisemman lämpötilan jakautumisen uunissa?). Kaikki nämä tekijät riippuvat todella henkilökohtaisesta sovelluksestasi, mutta minulle halpa, yleinen Walmart -leivänpaahdin toimi hyvin.:)

Saatat kysyä, entä keittolevyt? Mielestäni välttäisin keittolevyt, koska niillä on yleensä korkea lämpömassa. Tämä tarkoittaa sitä, että ne lämpenevät ja kuumenevat hyvin myös sen jälkeen, kun olet sammuttanut sen. Tämä tekee siitä todella arvaamattoman tarkan lämpötilan säädön, koska lämpötila voi ylittää suuria määriä ja mahdollisesti vahingoittaa levyjen haavoittuvia komponentteja. Pohjimmiltaan keittolevyn käyttäminen kumoaisi tarkoituksen käyttää uudelleenvirtauksen ohjainta.

Relemoduuli

Lämpötilan hallitsemiseksi meidän on ohjattava leivänpaahdin päälle ja pois lämpötilan mukaan, jonka luemme lämpöparista. Leivänpaahdin on kuitenkin vaihtovirtalaite ja se on suhteellisen suuritehoinen (120 VAC: n leivänpaahtimet tyypillisesti vetävät noin 8-10A), joten meidän on varmistettava, että voimme ajaa sitä oikein ilman, että rele ylikuormittuu. Toinen huomio on releen ohjausjännite. Useimmat harrastajareleet (Arduino-yhteensopivat), jotka kykenevät vaihtamaan suuria virtoja, on luokiteltu 5 V: n tuloille, mutta tässä opetusohjelmassa on kyse ESP32: sta, joka toimii 3,3 V: n jännitteellä. Tämä tarkoittaa, että keskimääräinen Joe -relemoduuli ei ehkä toimi meille. Jos kuitenkin haluat käyttää toista relemoduulia, olen suunnitellut ominaisuuden, jossa voit muuttaa releen ohjausjännitteen oletusarvoisesta 3,3 V ESP32 -kehityskortin "VIN" -jännitteeksi, joka oletuksena on ~ 5V kun virtaa syötetään USB: n kautta. Voisit kuitenkin teoriassa käyttää ulkoisesti virtaa jollakin korkeammalla kuin 5 V, esimerkiksi 9 V, ja sitten releen ohjausjännite on 9 V. Tästä huolimatta et yleensä tarvitse mitään yli 5 V: n.

Osittain tästä syystä loin Sidekick-relemoduulin, suuritehoisen puolijohdereleen, joka pystyy kytkemään minkä tahansa laillisen 120 VAC -laitteen ja ilman napsautusääntä (solid-state), kuten perinteiset releet! Siinä on myös erittäin turvalliset ja kätevät liittimet sekä laitteen, mikrokytkimen ja verkkovirran (verkkovirta) liittämiseksi helposti, joten tätä käytän täällä. Viileä osa on, että sinun ei tarvitse edes avata leivänpaahdin uunia hallitaksesi sitä!

Vaihe 2: Laitteiston asennus

Ohjauskäsitteet

Itse asiassa konsepti on melko suoraviivainen: Viime kädessä tavoitteemme on ohjata leivänpaahtimen sisälämpötilaa. Tätä varten meidän on ohjattava leivänpaahdin päälle ja pois päältä säännöllisesti relemoduulilla, joka on analoginen PWM: lle, mutta todella hidas versio siitä (joka ikkunassa on 2 sekuntia, joten se voi olla päällä 1,5 sekuntia ja pois päältä 0,5 sekuntia). Releen käyttämiseksi meidän on annettava sille oikea jännite releen ohjaustapeille (logiikka HIGH = ON, LOW = OFF). Meidän tapauksessamme yksinkertaisesti liitämme molemmat releohjaustulot Reflowduino32: n releruuviliittimeen. Syy siihen, ettemme liitä ESP32 -digitaalisia nastoja suoraan releeseen, on se, että rele ottaa hyvän virran (verrattuna siihen, mitä IO -nastat pystyvät käsittelemään) emmekä halua ylikuormittaa ESP32: ta. Reflowduino32 sisältää MOSFET-matalan sivukytkimen, ja se pystyy käsittelemään yli 200 mA virtaa, mikä säästää ESP32-nastat mahdollisilta vaurioilta.

Pohjimmiltaan seuraa vain yllä olevaa "Reflowduino32 + Sidekick Control" -kytkentäkaaviota ja sinun pitäisi olla hyvä mennä!

Leivänpaahtimen uunin nupit

Usko tai älä, tämä on tärkeä osa tässä opetusohjelmassa! Jos et kiinnitä huomiota tähän, ihmettelet, miksi leivänpaahdin ei käynnisty, vaikka seurasit kaikkea muuta täydellisesti. Miksi? No, jotta voimme ohjata leivänpaahdinta ulkoisesti (virtajohdon kautta) avaamatta sitä, meidän on tehtävä leivänpaahdin ikään kuin se olisi aina päällä, jos kytketään se suoraan seinään. Koska rele kytkee leivänpaahtimen päälle, voimme ohjata sitä, kun leivänpaahdin on pois päältä, mutta jos leivänpaahdin on joskus päällä tai joskus pois päältä, kun rele on aktiivinen, asetamme itsemme epäonnistumaan. Siksi meidän on ensin asetettava leivänpaahtimen nupit. Useimmissa leivänpaahdin -uuneissa on kolme nuppia: yksi lämpötilaa, toinen leivonta -asetusta ja toinen ajastinta varten. Sinun on tehtävä seuraavat asiat:

• Maksimoi lämpötila (emme halua, että reflow-prosessimme pysähtyy puolivälissä!)
• Aseta kypsennysvaihtoehdoksi "Paista" tai mikä tahansa, joka saa kaikki lämmityslangat päälle!
• Maksimoi ajastin tai, jos kyseessä on leivänpaahdin, käännä ajastimen nuppi "Pysy päällä" -tilaan, jotta se ei koskaan sammu!

Kun olet tehnyt tämän, kytke leivänpaahdin virtajohto pistorasiaan ja kuulet ja näet sen kytkeytyvän päälle. Bingo! Jos pelkäät, että saat vahingossa väärin nupit, liimaa ne kuumalla liimalla paikalleen, jotta ne eivät koskaan liiku!

Nyt kun leivänpaahdin on aina päällä, kun se saa virtaa, voimme kytkeä sen päälle tai pois päältä releen kanssa rauhallisesti, että se todella syttyy, kun rele on aktiivinen.

Johdotushuomautuksia

Tässä on vain joitain muistiinpanoja, jotka voivat auttaa tai eivät auta sinua kokoamaan kaiken:

• Ensimmäinen asia, jonka haluat tehdä, on kytkeä Reflowduino32 -reppu DOIT ESP32 -kehityskortin kuuteen ensimmäiseen nastaan (jotta ruuviliittimet ovat samalla puolella kuin kehityskortin mikro -USB). Jos mietit, reppu on suunniteltu siten, että voit silti lisätä Dupont -johdot Reflowduino32: n vieressä olevaan ESP32 -kehityskorttiin, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy.
• Toinen huomioitava asia on releen tulojen napaisuus. Molemmat on merkitty ruuviliittimien viereen, mutta haluan säästää sinua vaihtamasta niitä vahingossa ja ihmettelemään, mitä tapahtuu, kun leivänpaahdin ei käynnisty!
• Sinun on myös kytkettävä termopari Reflowduino32 -repun ruuviliittimeen. Aluksi saattaa olla vaikeaa nähdä, mikä lanka on minkä värinen (keltainen tai punainen), joten sinun on ehkä käytettävä kynsiäsi ja kuorittava eristys varovasti hieman. Älä kuitenkaan tee tätä voimakkaasti minimoidaksesi kulumisen!
• Olen lukenut joiltakin ihmisiltä, että saatat saada tarkempia tuloksia, jos pujotat lämpöparin romu -PCB: ksi niin, että kärki koskettaa piirilevyn pintaa. Samankokoinen romulevy kuin kokoamasi levyt antavat lämpöparille vertailukelpoisen lämpömassan ja tekevät siten lukemista tarkempia. Tämä on järkevää, jos ajattelet jäähtymistä; Ilman PCB -romua termoelementin kärki jäähtyy paljon nopeammin kuin kokoamasi piirilevy, ja sama koskee lämpenemistä paljon nopeammin.
• Sidekick -relemoduulissa on virtakytkin. Jos tätä ei kytketä päälle, leivänpaahdin ei kuumene! Jätä se nyt kuitenkin pois päältä, ennen kuin lähetämme koodin ESP32 -kortille.

Vaihe 3: ESP32 Arduino IDE -asennus

Nyt kun kaikki laitteistot on asennettu, katsotaanpa ohjelmistoa, joka tarvitaan kaiken saamiseen käyttöön.

Huomautus: Nämä alla olevat ESP32 Arduino -asennusohjeet tulevat suoraan edellisen ESP32 Bluetooth -opetusohjelmani vaiheesta 2. Tämä on yksi niistä paikoista, joissa, jos et ole jo tehnyt sitä, saattaa olla hyvä idea tarkistaa tämä opetusohjelma saadaksesi lisätietoja ESP32: n Bluetooth -ominaisuuksista.

Tämä on melko ilmeistä, mutta ensimmäinen asia, joka sinun on tehtävä, on asentaa Arduino IDE. Tarpeeksi sanottu.

ESP32 -paketin asennus

Seuraavaksi sinun on asennettava ESP32 -paketti Arduino IDE: lle noudattamalla Windowsin tai Mac -ohjeita. Sanon, että Windowsissa, kun ohjeet neuvovat sinua avaamaan "Git GUI", sinun on ladattava ja asennettava "Git" annetusta linkistä ja jos sinulla on vaikeuksia löytää "Git GUI" -sovellus, niin kaikki mitä tarvitset sinun tarvitsee vain etsiä "Git GUI" aloitusvalikosta ja näet pienen komentoriviltä näyttävän kuvakkeen (katso liitteenä oleva kuvakaappaus yllä). Se sijaitsee myös oletusarvoisesti kohteessa "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe". Noudata sitten ohjeita ja sinun pitäisi olla hyvä mennä! Huomautus: Jos ESP32 -paketti on jo asennettu Arduino IDE: hen, mutta et saanut sitä BLE -tuen lisäämisen jälkeen pakettiin, suosittelen menemään kohtaan "Documents/hardware/espressif" ja poistamaan "esp32" -kansion ja suorita yllä olevat asennusohjeet uudelleen. Sanon tämän, koska törmäsin ongelmaan, jossa BLE -esimerkit eivät edes näkyneet ohjeiden alareunassa olevan päivitysmenettelyn jälkeen Arduino IDE: n "Esimerkit" -osiossa "Esimerkit ESP32 Dev Module" -kohdasta.

ESP32 -testi

Arduino IDE: ssä ensimmäinen asia, jonka sinun pitäisi tehdä, on mennä Työkalut / Hallitus ja valita sopiva levy. Yleensä sillä ei ole väliä, kumman valitset, mutta jotkut asiat saattavat olla pelikohtaisia (yleensä GPIO-numerointi ja vastaavat), joten varo! Valitsin "ESP32 Dev Module" -levyn. Valitse myös oikea COM -portti sen jälkeen, kun olet liittänyt kortin tietokoneeseen USB -kaapelilla.

Tarkistaaksesi, toimiiko ESP32 -asennus hyvin, siirry kohtaan Tiedosto / Esimerkit / ESP32 BLE Arduino ja sinun pitäisi nähdä useita esimerkkiluonnoksia, kuten "BLE_scan", "BLE_notify" jne. Tämä tarkoittaa, että kaikki on asetettu oikein Arduino IDE: ssä!

Nyt kun Arduino IDE on asetettu, testaa toimiiko se todella avaamalla Blink -esimerkki kohdassa Tiedosto -> Esimerkit -> 01. Perusteet -> Vilkuta ja muuta kaikki "LED_BUILTIN" -tapahtumat arvoon "2" (GPIO -oletusnumero, joka ohjaa DOIT ESP32 dev -levyn LED -valoa). Luonnoksen lataamisen jälkeen sinisen LED -valon pitäisi vilkkua joka sekunti!

Vaihe 4: Reflowduino32 -esittelyluonnos

Kirjaston asennus

Nyt kun ESP32 Arduino -paketti on asennettu, siirry Reflowduino Github -varastoon ja lataa Reflowduino_ESP32_Demo.ino -luonnos. (Kun yrität avata sen, Arduino kysyy sinulta, haluatko luoda sisältävän kansion, jolla on sama nimi kuin luonnos, jolloin voit avata sen napsauttamalla "Kyllä"). Tämä luonnos on kattava reflow -uunin esittely, joka lukee lämpöparin lämpötilan, lähettää nämä lukemat ajoittain mukautettuun Android -sovellukseen (mainittu seuraavassa osassa), ohjaa relettä (ja lopulta leivänpaahdin) vastaavasti PID -ohjauksen perusteella ja vastaanottaa komennot sovelluksesta. Kaikki tämä ESP32: ssa! Aika siisti vai?

Tämän luonnoksen kääntämiseksi tarvitset seuraavat kirjastot:

• Adafruit MAX31855 -kirjasto
• Arduino PID -kirjasto

Asenna nämä kirjastot ja varmista, että Reflowduino32 -luonnos kääntää, ja lähetä se sitten ESP32 -kehityskortille!

Reflow -asetukset

Koodin yläosan lähellä on joukko #define -rivejä. Nämä ovat asioita, joita voit muuttaa tarpeidesi mukaan. Voit esimerkiksi haluta palautuslämpötilan olla matalampi, jos sinulla on matalan lämpötilan juotospastaa, tai korkeampi, jos sinulla on lyijyjuotospasta. Huomaat, että olen sisällyttänyt joitakin tyypillisiä arvoja reflow-profiilille ja oletusasetuksen pitäisi toimia hyvin matalan lämpötilan lyijyttömän juotospastan kanssa. Saatat myös haluta virittää PID -vakioita myöhemmin tiellä fyysisen asennuksen mukaan (vaikka tämä ei todennäköisesti ole välttämätöntä). Lisätietoja juotospasta- ja reflow -profiileista on tällä Githubin wikisivulla.

Vaihe 5: Sovelluksen asennus

Kun olet ladannut esittelyluonnoksen ESP32 -laitteeseesi, sinun on asennettava Reflowduino32 -Android -sovellus viimeisenä vaiheena asennuksemme saamiseksi toimimaan! Lataa ja asenna.apk -tiedosto Android -laitteeseen, jossa on Bluetooth 4.0 tai uudempi, ja avaa sovellus!

Jos Bluetooth ei ole vielä käytössä, sovellus pyytää sinua ottamaan sen käyttöön. Varmista, että ESP32 -kehityskorttisi on kytketty päälle ja että esittelyluonnos on käynnissä. Ensimmäinen asia, joka sinun on tehtävä, on muodostaa yhteys ESP32 -laitteeseen sovelluksen Bluetooth -yhteyden kautta ja pian sen jälkeen, kun vasemmassa yläkulmassa oleva painike sanoo "Yhdistetty!" pitäisi nähdä lämpötilalukemat näytöllä, jos liitit parin oikein. Jos et, tarkista termopari ja varmista, että ruuviliittimessä on turvallinen liitäntä.

Nyt on aika testata hauskoja juttuja! Käännä kytkin Sidekick -moduulin "on" -asentoon ja paina sovelluksen "START" -painiketta. Leivänpaahtimen uunin valon pitäisi syttyä ja sinun pitäisi kuulla filamenttien kuuluvan heikkoa kolinaa ja lopulta nähdä niiden hehkuvan kuumennettaessa! Sinun pitäisi myös nähdä ESP32 -kehityskortin sininen LED -valo palamaan, mikä osoittaa, että uudelleensijoitusprosessi on käynnissä.

Kun reflow -prosessi jatkuu, sinun pitäisi nähdä mukava reflow -profiili, joka piirretään sovelluksessa. Kun lämpötila saavuttaa palautuslämpötilan, hyvä käytäntö on avata leivänpaahtimen uuni, jotta lämpö pääsee poistumaan, jotta levy voi jäähtyä, muuten lämpötila nousee vielä jonkin aikaa. Klassisessa Reflowduino -levyssä on summeri, joka varoittaa, milloin tämä tehdään, mutta tässä sinun on vain arvioitava sovelluksessa näytettävän lämpötilan mukaan, mikä ei ole vaikeaa.

Kun kortti on jäähtynyt tiettyyn kynnykseen (oletusarvoisesti 40 *C, mutta voit muuttaa tätä koodissa), palautusprosessin katsotaan olevan valmis ja sininen LED -valo sammuu ja sovellus tallentaa uudelleenvirtaustiedot tiedostoon puhelimeesi, jotta voit tuoda sen Exceliin. Lisätietoja tallennettujen tietojen tuomisesta Exceliin on tällä Githubin wikisivulla.

Siinä se aika on!