Forn de reflux Bluetooth ESP32: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

En aquest tutorial us mostraré com construir el vostre propi forn de reflux sense fils perquè pugueu muntar PCB de qualitat a la cuina sense haver de preocupar-vos de girar manualment els poms i de preocupar-vos si les taules s’escalfen massa. No només això, sinó que utilitzarem la funcionalitat Bluetooth Low Energy (BLE) integrada de l’ESP32 (perquè què faríeu servir més el 2018), així com un mòdul complementari que he creat com a part d’un obert -ecosistema de control de reflux de fonts anomenat "Reflowduino". També programarem tot a l’entorn IDE d’Arduino i utilitzarem el que hem après en un tutorial anterior per controlar la configuració de reflow amb una aplicació Android personalitzada. He proporcionat tots els fitxers de disseny, per exemple esbossos Arduino, aplicació de demostració i wiki del projecte (molta informació!) A la meva pàgina Reflowduino Github.

Si encara no ho heu fet, consulteu aquest tutorial sobre l'ús de la funció Bluetooth Low Energy de l'ESP32 amb Arduino IDE i l'establiment de comunicacions bidireccionals amb una aplicació personalitzada d'Android perquè té molta informació pertinent relacionada amb el que tractarem aquí.. Tot i això, si realment no us interessa el funcionament intern del Bluetooth i de l’aplicació, seguiu llegint i us mostraré com fer que la configuració del forn de reflux funcioni sense dolor. El meu objectiu per a aquest tutorial és fer-lo breu i dolç sense deixar de rebre els missatges clau.

Avís de seguretat

Si sou principiants en electrònica o no teniu l’experiència adequada per treballar amb tensió de xarxa, us suggeriria que no us enganxeu, consulteu un professional o continueu aprenent fins que tingueu el coneixement suficient. No sóc responsable dels contratemps que es puguin produir a causa d’un mal ús del Reflowduino o dels seus components o sistema elèctric associats (inclosa la xarxa elèctrica). Preneu totes les precaucions de seguretat necessàries, com ara guants i ulleres de seguretat certificades. A més, no es recomana que utilitzeu el mateix aparell per reflotar PCB i també per cuinar aliments per al consum, cosa que pot provocar intoxicacions alimentàries, especialment amb soldadura amb plom. Sou totalment responsable de les vostres accions i les executeu sota la vostra responsabilitat.

Amb això, comencem!

Pas 1: reuniu parts

Per a aquest tutorial necessitareu els components següents:

• Taula de desenvolupament DOIT ESP32
• Cable micro USB (per carregar codi i alimentar la placa de desenvolupament ESP32)
• Mòdul "motxilla" Reflowduino32 per a la placa de desenvolupament ESP32
• Forn de torradora (llegiu els comentaris a continuació per obtenir més detalls)
• Termoparell tipus K (inclòs amb Reflowduino32)
• Mòdul de relé lateral (ve amb un cable d'alimentació C13 de gran resistència)
• 2 cables de pont Dupont mascle-mascle (per connectar el Reflowduino32 al mòdul de relé)
• Tornavís petit de cap pla (per estrènyer els terminals de cargol)

Els ingredients principals aquí són la placa de desenvolupament ESP32, Reflowduino32 i el mòdul de relé Sidekick i, per descomptat, el forn de la torradora. A continuació, explicaré breument cada element:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

Actualment, Reflowduino32 està dissenyat per connectar-se a la placa de programació ESP32, de manera que la placa de programació necessita tenir l’espai i els pinouts adequats per tal que funcioni. He dissenyat la motxilla Reflowduino32 específicament per al tauler de programació "DOIT" ESP32, ja que em vaig adonar que estava fàcilment disponible en línia i sembla que s'utilitza àmpliament. Tanmateix, si trobeu una altra placa de desenvolupament ESP32 que tingui els mateixos pinouts i espaiat de pin, feu-me-ho saber perquè també hauria de funcionar.

Torradora de forn

Hauria de ser bastant obvi què fa això en el gran esquema de les coses, però potser no sigui tan obvi quant a quin tipus i model triar. Personalment he provat aquest forn torrador Walmart que té una potència de 1100 W i és bastant genèric. Crec que qualsevol cosa que superi els 1000W hauria de ser adequada per a l’ús dels aficionats, però hi ha certes consideracions. El que cal tenir en compte en una torradora és la potència (> 1000W preferentment), la mida (quantes taules hi voleu encabir?), La configuració de la safata (té una safata plana i agradable que podeu posar per posar-hi) el PCB està encès?) i si es tracta o no d’un forn de torradora de convecció (potser cuireu lots de taules més grans i voleu una distribució de la temperatura més uniforme a tot el forn?). Tots aquests factors depenen realment de la vostra aplicació personal, però per a mi la torradora Walmart genèrica i econòmica va funcionar molt bé.:)

Us podeu preguntar, i les plaques calentes? Al meu parer, m’allunyaria de les plaques calentes perquè solen tenir una massa tèrmica elevada. Això vol dir que s’escalfaran i continuaran escalfant-se fins i tot després d’apagar-lo. Això fa que sigui realment impredictible per a un control de temperatura precís, ja que la temperatura pot superar-se en grans quantitats i pot fer mal a qualsevol component vulnerable de les vostres taules. Bàsicament, utilitzar una placa calenta derrotaria l’objectiu d’utilitzar un controlador de reflux en primer lloc.

Mòdul de relés

Per controlar la temperatura hem de controlar la torradora encesa i apagada segons la temperatura que llegim del termoparell. Tanmateix, el forn de torradora és un aparell de corrent altern i té una potència relativament elevada (amb torradores de 120 VCA que solen consumir entre 8 i 10 A), de manera que hem d’assegurar-nos que el podem conduir correctament sense sobrecarregar el relé. Una altra consideració és la tensió de control del relé. La majoria dels relés aficionats (compatibles amb Arduino) capaços de canviar corrents elevats estan classificats per a entrades de 5V, però en aquest tutorial es tracta d’un ESP32 que funciona a 3,3V. Això vol dir que és possible que el mòdul de relé Joe mitjà no funcioni per a nosaltres. Tanmateix, en cas que vulgueu utilitzar un mòdul de relé diferent, he dissenyat una característica on podeu canviar la tensió de control del relé del 3.3V per defecte al voltatge "VIN" de la placa de desenvolupament ESP32, que per defecte és ~ 5V quan s’alimenta mitjançant USB. Tot i això, teòricament podríeu alimentar-lo externament amb una cosa superior a 5V, per exemple, 9V, i llavors la tensió de control del relé serà de 9V. Dit això, normalment no necessiteu res superior a 5V.

En part, és per això que he creat el mòdul de relés Sidekick, un relé d’estat sòlid d’alta potència capaç de canviar qualsevol aparell legal de 120VAC i sense cap soroll de clic (estat sòlid) com els relés tradicionals. També té connectors molt segurs i convenients i per connectar fàcilment l’aparell, el microcontrolador i l’alimentació de la xarxa elèctrica (la presa de corrent de CA), de manera que això és el que faré servir aquí. El més fresc és que ni tan sols haureu d’obrir el forn de la torradora per controlar-lo.

Pas 2: Configuració del maquinari

Conceptes de control

Realment, el concepte és bastant senzill: en última instància, el nostre objectiu és controlar la temperatura dins del forn de torradora. Per fer-ho, hem de controlar el forn de la torradora periòdicament amb el mòdul de relés, de manera anàloga a PWM, però amb una versió molt lenta (cada finestra és de 2 segons, de manera que podria estar activada durant 1,5 segons i apagada durant 0,5 segons). Per accionar el relé hem de donar-li una tensió adequada als pins de control del relé (lògica HIGH = ON, LOW = OFF). En el nostre cas, simplement connectem les dues entrades de control del relé al terminal de cargol del relé del Reflowduino32. La raó per la qual no connectem directament els pins digitals ESP32 al relé és perquè el relé treu una bona part de corrent (en comparació amb el que poden controlar els pins IO) i no volem sobrecarregar l’ESP32. El Reflowduino32 inclou commutació de banda baixa MOSFET i pot suportar més de 200 mA de corrent, estalviant així els pins de l’ESP32 de qualsevol dany potencial.

Bàsicament, seguiu el diagrama de cablejat "Reflowduino32 + Sidekick Control" anterior i hauríeu d'anar bé.

Manetes de forn de torradora

Ho creguis o no, aquesta és una secció crucial d’aquest tutorial. Si no hi feu cas, us preguntareu per què no s’encén la torradora, encara que seguiu la resta perfectament. Per què? Doncs bé, perquè puguem controlar la torradora externament (a través del seu cable d’alimentació) sense obrir-la, hem de fer la torradora com si estigués sempre encesa si l’haguéssim de connectar directament a la paret. Com que la torradora es commuta mitjançant el relé, podem controlar quan la torradora està apagada, però si la torradora està de vegades encesa o de vegades apagada quan el relé està actiu, ens configurem per a un error. Per això, el primer que hem de fer és configurar els poms de la torradora. La majoria de forns de torradora tindran tres comandaments: un per a la temperatura, un per a la cocció i un altre per al temporitzador. El que heu de fer és el següent:

• Màxima temperatura (no volem que el nostre procés de reflux s’aturi a mig camí).
• Establiu l'opció de cocció a "Forn" o el que faci que tots els filaments de calefacció s'encenguin a l'interior.
• Reduïu el temporitzador o, en el cas de la meva torradora, gireu el comandament del temporitzador a "Continua activat" perquè no s'apagui mai.

Després de fer això, connecteu el cable d'alimentació de la torradora a una presa de corrent i hauríeu d'escoltar-lo i veure'l encendre. Bingo! Si en cas que tingueu por de perdre els comandaments accidentalment, no dubteu a enganxar-los al seu lloc perquè no es moguin mai.

Ara que la nostra torradora sempre està encesa quan l’alimentem, podem encendre-la o apagar-la amb el relé amb la tranquil·litat que s’encendrà quan el relé estigui actiu.

Notes de cablejat

Aquí teniu algunes notes que us poden ajudar o no a l’hora de muntar-ho tot:

• El primer que heu de fer és connectar la motxilla Reflowduino32 als sis primers pins de la placa de desenvolupament DOIT ESP32 (de manera que els terminals de cargol estiguin al mateix costat que el micro USB de la placa de desenvolupament). En cas que us ho pregunteu, la motxilla està dissenyada perquè pugueu inserir cables Dupont a la placa de desenvolupament ESP32 adjacent al Reflowduino32, tal com es mostra a la imatge superior.
• Una altra cosa a tenir en compte és la polaritat de les entrades del relé. Tots dos estan etiquetats al costat dels terminals de cargol, però vull estalviar-vos que no els canvieu accidentalment i no us pregunteu què passa quan la torradora no s’encén.
• També heu de connectar el termoparell al terminal de cargol de la motxilla Reflowduino32. Al principi, pot ser difícil veure quin filferro té quin color (groc o vermell), de manera que és possible que hagueu d’utilitzar l’ungla i desprendre lleugerament l’aïllament. Tot i això, no feu això amb força per minimitzar el desgast.
• Algunes persones he llegit que és possible que obtingueu resultats més precisos si envieu el termoparell a una ferralla de manera que la punta estigui en contacte amb la superfície del PCB. Un tauler de ferralla de mida similar a les taules que esteu muntant donarà al termopar una massa tèrmica comparable i, per tant, farà que les lectures siguin més precises. Això té sentit si es pensa en refrescar-se; sense el PCB de rebuig, la punta del termopar es refredarà molt més ràpidament que el PCB que esteu muntant, i el mateix passa amb l'escalfament molt més ràpid.
• Hi ha un interruptor d’alimentació al mòdul de relé Sidekick. Si això no està engegat, la torradora no s'escalfarà. Tot i això, ara per ara només cal deixar-lo abans de penjar el codi a la placa ESP32.

Pas 3: configuració ESP32 Arduino IDE

Ara que teniu tot el maquinari configurat, fem una ullada al programari necessari per posar-ho tot en marxa.

Nota: Aquestes instruccions d'instal·lació d'ESP32 Arduino que apareixen a continuació provenen directament del pas 2 del meu anterior tutorial de l'ESP32 Bluetooth. Aquest és un d'aquests llocs on, si encara no ho heu fet, pot ser una bona idea consultar aquest tutorial per obtenir més informació sobre les capacitats Bluetooth de l'ESP32.

Això és bastant obvi, però el primer que heu de fer és instal·lar Arduino IDE. No dic més.

Instal·lació del paquet ESP32

El següent que heu de fer és instal·lar el paquet ESP32 per a Arduino IDE seguint les instruccions de Windows o les instruccions de Mac. Diré que per a Windows, quan les instruccions us indiquin que obriu "Git GUI", heu de descarregar i configurar "Git" des de l'enllaç proporcionat i, si teniu dificultats per trobar una aplicació anomenada "Git GUI", tot el que necessiteu fer és cercar "Git GUI" al menú d'inici i veureu una petita icona de símbol del sistema (vegeu la captura de pantalla adjunta més amunt). També es troba a "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" per defecte. A partir d’aquí, seguiu les instruccions i hauríeu d’anar bé. Nota: Si ja teniu instal·lat el paquet ESP32 a Arduino IDE però no l’heu obtingut després d’afegir el suport BLE al paquet, us recomanaria anar a "Documents / hardware / espressif" i suprimir la carpeta "esp32" i tornant a fer les instruccions de configuració anteriors. Ho dic perquè em vaig trobar amb un problema en què, fins i tot després de seguir el procediment d'actualització a la part inferior de les instruccions, els exemples BLE no apareixien als "Exemples" de "Exemples per al mòdul de desenvolupament ESP32" a Arduino IDE.

Prova ESP32

A Arduino IDE el primer que heu de fer és anar a Eines / Tauler i seleccionar el tauler adequat. Normalment no importa quina trieu, però algunes coses poden ser específiques de la junta (normalment la numeració GPIO i coses per l'estil), així que vés amb compte! Vaig triar "ESP32 Dev Module" per al meu tauler. Seguiu endavant i trieu el port COM correcte després de connectar la placa a l’ordinador mitjançant el cable USB.

Per comprovar si la instal·lació de l'ESP32 ha funcionat bé, aneu a Fitxer / Exemples / ESP32 BLE Arduino i hauríeu de veure diversos esbossos d'exemple, com ara "BLE_scan", "BLE_notify", etc. Això vol dir que tot està configurat correctament a Arduino IDE.

Ara que Arduino IDE està tot configurat, proveu si realment funciona obrint l'exemple Blink a Fitxer -> Exemples -> 01. Bàsics -> Parpelleu i canvieu totes les instàncies de "LED_BUILTIN" a "2" (el número GPIO per defecte que controla el LED de la placa de desenvolupament DOIT ESP32). Després de penjar l'esbós, hauríeu de veure el LED blau parpellejant cada segon.

Pas 4: Reflowduino32 Demo Sketch

Configuració de la biblioteca

Ara que teniu instal·lat el paquet ESP32 Arduino, aneu al dipòsit Reflowduino Github i descarregueu l’esbós Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Quan intenteu obrir-lo, Arduino us preguntarà si voleu crear una carpeta que contingui el mateix nom que l'esbós, en aquest cas feu clic a "Sí" per obrir-lo). Aquest esbós és una demostració completa de forn de reflux que llegeix la temperatura del termoparell, envia periòdicament aquestes lectures a una aplicació personalitzada d'Android (esmentada a la secció següent), controla el relé (i en última instància, la torradora) segons el control PID i rep ordres de l'aplicació. Tot això a l’ESP32! Bastant ordenat eh?

Ara, per compilar aquest esbós, necessitareu les biblioteques següents:

• Biblioteca Adafruit MAX31855
• Biblioteca Arduino PID

Instal·leu aquestes biblioteques i verifiqueu que es compila l'esbós Reflowduino32 i, a continuació, pengeu-lo a la vostra placa de desenvolupament ESP32.

Configuració de reflux

A prop de la part superior del codi hi ha un munt de línies #define. Són coses que podeu canviar segons les vostres necessitats. Per exemple, és possible que vulgueu que la temperatura de reflux sigui inferior si teniu pasta de soldadura a baixa temperatura o superior si teniu pasta de soldadura amb plom. Notareu que he inclòs alguns valors típics per al perfil de reflux i que el valor per defecte hauria de funcionar bé amb pasta de soldadura sense plom a baixa temperatura. És possible que també vulgueu ajustar les constants PID més endavant en funció de la configuració física (tot i que probablement no sigui necessari). Per obtenir més informació sobre els perfils de pasta de soldadura i reflow, consulteu aquesta pàgina wiki de Github.

Pas 5: Configuració de l'aplicació

Després de penjar l'esbós de demostració al vostre ESP32, haureu d'instal·lar l'aplicació Reflowduino32 per a Android com a darrer pas perquè la nostra configuració funcioni. Simplement descarregueu i instal·leu el fitxer.apk en un dispositiu Android amb Bluetooth 4.0 o superior i obriu l'aplicació.

Si el Bluetooth encara no està activat, l'aplicació us demanarà que l'activeu. Assegureu-vos que la vostra placa de desenvolupament ESP32 estigui engegada i executi l'esbós de demostració. El primer que heu de fer és connectar-vos a l’ESP32 mitjançant Bluetooth a l’aplicació i, tot seguit, poc després el botó de la part superior esquerra diu "Connectat!" hauríeu de veure que apareixen lectures de temperatura a la pantalla si heu connectat correctament el parell. Si no ho feu, comproveu el termopar i assegureu-vos que teniu una connexió segura al terminal de cargol.

Ara és hora de provar les coses divertides! Gireu l'interruptor a la posició "on" del mòdul Sidekick i premeu el botó "START" de l'aplicació. La llum del forn de la torradora s’hauria d’encendre i hauríeu d’escoltar els filaments fent un petit soroll i, finalment, veure’ls brillar mentre s’escalfen. També hauríeu de veure el LED blau de la placa de desenvolupament ESP32 encès per indicar que el procés de reflux està en marxa.

A mesura que continua el procés de reflux, hauríeu de veure un bon perfil de reflux que es mostra a l'aplicació. Quan la temperatura arriba a la temperatura de reflux, una bona pràctica és obrir la porta del forn de la torradora per deixar escapar la calor perquè el tauler es pugui refredar, en cas contrari la temperatura augmentarà durant un temps addicional. A la clàssica placa Reflowduino hi ha un brunzidor per avisar-vos de quan fer-ho, però aquí només haureu de jutjar segons la temperatura que es mostra a l'aplicació, que no és difícil.

Després que el tauler es refredi fins a un llindar determinat (40 * C per defecte, però podeu canviar-ho al codi), el procés de reflux es considerarà complet i el LED blau s'apagarà i l'aplicació guardarà les dades de reflux en un fitxer el vostre telèfon perquè pugueu importar-lo a Excel. Per obtenir més informació sobre la importació de les dades desades a Excel, consulteu aquesta pàgina wiki de Github.

Això és pràcticament tot això!