Reflow pec ESP32 Bluetooth: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

V tomto návode vám ukážem, ako si postaviť vlastnú bezdrôtovú reflow rúru, aby ste si vo svojej kuchyni mohli zostaviť kvalitné DPS bez toho, aby ste si museli robiť starosti s ručným otáčaním gombíkov a s obavami, či sa vám dosky príliš zahrievajú! Nielen to, ale budeme používať vstavanú funkciu Bluetooth Low Energy (BLE) ESP32 (pretože čo iné by ste použili v roku 2018), ako aj prídavný modul, ktorý som postavil ako súčasť otvoreného -ekosystém riadenia spätného toku zdrojov s názvom „Reflowduino“. Budeme tiež programovať všetko v prostredí Arduino IDE a pomocou toho, čo sme sa naučili v predchádzajúcom návode, ovládať nastavenie pretavenia pomocou vlastnej aplikácie pre Android. Na svojej stránke Reflowduino Github som poskytol všetky návrhové súbory, príklady skíc Arduino, demo aplikáciu a wiki projektu (veľa informácií!).

Ak ste to ešte neurobili, prečítajte si tento návod na používanie funkcie Bluetooth Low Energy ESP32 s Arduino IDE a vytvorenie obojsmernej komunikácie s vlastnou aplikáciou pre Android, pretože obsahuje veľa relevantných informácií o tom, čo tu budeme pokrývať.. Ak vás však skutočne nezaujíma vnútorné fungovanie Bluetooth a aplikácie, pokračujte v čítaní a ja vám ukážem, ako bezbolestne fungovať nastavenie vašej reflow pece! Mojím cieľom v tomto návode je, aby bol krátky a príjemný, a zároveň poskytoval kľúčové správy!

Bezpečnostné vyhlásenie

Ak ste začiatočník v elektronike alebo nemáte dostatočné skúsenosti s prácou so sieťovým napätím, navrhoval by som vám, aby ste si s tým buď nezahrávali, poradili sa s odborníkom alebo sa učili ďalej, kým nebudete dostatočne zdatní! Nezodpovedám za žiadne nehody, ktoré sa môžu vyskytnúť v dôsledku nesprávneho použitia Reflowduino alebo jeho súvisiacich komponentov alebo elektrického systému (vrátane sieťového napájania). Vykonajte všetky potrebné bezpečnostné opatrenia, ako sú rukavice a certifikované ochranné okuliare. Okrem toho sa neodporúča používať ten istý spotrebič na opätovné tavenie PCB a tiež na varenie potravín na konzumáciu, čo môže mať za následok otravu jedlom, najmä s olovnatou spájkou. Ste plne zodpovední za svoje činy a robíte ich na vlastné riziko!

S tým začnime!

Krok 1: Zhromaždite diely

Na tento tutoriál budete potrebovať nasledujúce komponenty:

• DOIT ESP32 vývojová doska
• Kábel Micro USB (na nahranie kódu a napájanie dosky pre vývojárov ESP32)
• „Batohový“modul Reflowduino32 pre dosku pre vývojárov ESP32
• Rúra na pečenie (ďalšie podrobnosti nájdete v nižšie uvedených komentároch)
• Termočlánok typu K (súčasťou dodávky Reflowduino32)
• Pomocný reléový modul (dodáva sa s výkonným napájacím káblom C13)
• 2x prepojovací káblik Dupont samec-samec (na pripojenie Reflowduino32 k reléovému modulu)
• Malý plochý skrutkovač (na utiahnutie skrutkových svoriek)

Hlavnými zložkami sú doska pre vývojárov ESP32, reléový modul Reflowduino32 a Sidekick a samozrejme samotná hriankovač. Stručne vysvetlím každú položku nižšie:

Vývojová doska ESP32 + Reflowduino32

V súčasnej dobe je Reflowduino32 navrhnutý tak, aby sa zapojil do vývojovej dosky ESP32, takže aby vývojová doska fungovala, musí mať správnu vzdialenosť medzi hlavičkami a vývody. Batoh Reflowduino32 som navrhol špeciálne pre vývojovú dosku ESP32 „DOIT“, pretože som si všimol, že je ľahko dostupný online a zdá sa, že je široko používaný. Ak však nájdete inú dosku pre vývojárov ESP32, ktorá má rovnaké vývody a rozstupy pinov, dajte mi prosím vedieť, pretože aj to by malo fungovať!

Rúra na pečenie

Malo by byť zrejmé, čo to robí vo veľkej schéme vecí, ale nemusí byť také zrejmé, aký typ a model si vybrať. Osobne som testoval túto lacnú hriankovač Walmart, ktorá má výkon 1 100 W a je celkom všeobecná. Myslím si, že čokoľvek nad 1 000 W by malo byť dostatočné na použitie pre domácich majstrov, ale existujú určité úvahy. Kľúčové veci, ktoré je potrebné pri hriankovači hľadať, je príkon (podľa možnosti> 1 000 W), veľkosť (koľko dosiek doň chcete vložiť?), Konfigurácia zásobníka (má pekný, plochý podnos, ktorý môžete použiť na vloženie je zapnutá doska plošných spojov?) a či je to konvekčná hriankovač (možno budete variť väčšie dávky dosiek a chcete rovnomernejšie rozloženie teploty v celej rúre?). Všetky tieto faktory skutočne závisia od vašej osobnej aplikácie, ale pre mňa lacný generický toastovač Walmart fungoval dobre.:)

Môžete sa opýtať, čo varné dosky? Podľa môjho názoru by som sa vyhýbal horúcim platniam, pretože majú tendenciu mať vysokú tepelnú hmotnosť. Čo to znamená, že sa zahrejú a udržia v teple aj potom, čo ho vypnete. Vďaka tomu je skutočne nepredvídateľné pre presné ovládanie teploty, pretože teplota môže vo veľkom prekročiť a potenciálne poškodiť všetky citlivé komponenty na vašich doskách. V zásade by použitie horúcej platne v prvom rade porazilo účel použitia ovládača spätného toku.

Reléový modul

Aby sme mohli ovládať teplotu, musíme zapínať a vypínať hriankovač podľa teploty, ktorú čítame z termočlánku. Rúra na pečenie je však spotrebičom na striedavý prúd a má relatívne vysoký výkon (s hriankovačmi 120 VAC obvykle odoberá asi 8-10 A), takže sa musíme uistiť, že ju dokážeme správne ovládať bez preťaženia relé. Ďalšou úvahou je riadiace napätie relé. Väčšina hobby relé (kompatibilných s Arduino) schopných spínať vysoké prúdy je dimenzovaná na vstupy 5 V, ale v tomto návode sa zaoberáme ESP32, ktorý pracuje na 3,3 V. To znamená, že priemerný reléový modul Joe pre nás nemusí fungovať. V prípade, že však chcete použiť iný reléový modul, navrhol som funkciu, v ktorej môžete zmeniť riadiace napätie relé z predvoleného 3,3 V na napätie „VIN“na doske ESP32 dev, ktoré je v predvolenom nastavení ~ 5 V pri napájaní cez USB. Teoreticky by ste však mohli externe napájať niečo vyššie ako 5 V, povedzme 9 V, a potom bude riadiace napätie relé 9 V. To znamená, že za normálnych okolností nebudete potrebovať nič nad 5V.

To je čiastočne dôvod, prečo som vytvoril reléový modul Sidekick, vysokovýkonné polovodičové relé schopné spínať akékoľvek legálne zariadenie 120 VAC a bez akéhokoľvek klikania (polovodičového) ako tradičné relé! Má tiež veľmi bezpečné a praktické konektory a jednoduché pripojenie spotrebiča, mikrokontroléra a elektrickej siete (sieťová zásuvka), takže tu budem používať toto. Super na tom je, že nemusíte ani otvárať hriankovač, aby ste ho mohli ovládať!

Krok 2: Nastavenie hardvéru

Koncepty ovládania

Tento koncept je skutočne veľmi jednoduchý: Našim cieľom je v konečnom dôsledku regulovať teplotu vo vnútri hriankovača. Aby sme to dosiahli, musíme periodicky ovládať a vypínať hriankovač pomocou reléového modulu, analogického k PWM, ale jeho skutočne pomalej verzie (každé časové okno je 2 s, takže by mohlo byť zapnuté 1,5 s a vypnuté 0,5 s). Aby bolo možné relé napájať, musíme mu dať správne napätie na ovládacích kolíkoch relé (logika VYSOKÁ = ZAPNUTÁ, NÍZKA = VYPNUTÁ). V našom prípade jednoducho pripojíme dva reléové vstupy k reléovému skrutkovaciemu relé Reflowduino32. Dôvod, prečo nepripojujeme digitálne piny ESP32 priamo k relé, je ten, že relé odoberá dobrý prúd (v porovnaní s tým, čo zvládnu piny IO) a nechceme preťažovať ESP32. Reflowduino32 obsahuje prepínanie MOSFET na spodnej strane a dokáže spracovať prúd viac ako 200 mA, čím šetrí kolíky ESP32 pred akýmkoľvek potenciálnym poškodením.

V zásade postupujte podľa vyššie uvedenej schémy zapojenia „Reflowduino32 + Sidekick Control“a mali by ste ísť!

Gombíky hriankovača

Verte či neverte, toto je zásadná časť tohto tutoriálu! Ak tu nebudete venovať pozornosť, budete sa čudovať, prečo sa váš hriankovač nezapne, aj keď ste všetko ostatné dodržali dokonale. Prečo? Aby sme mohli hriankovač ovládať externe (prostredníctvom napájacieho kábla) bez toho, aby sme ho museli otvárať, musíme hriankovač vyrobiť tak, ako keby bol vždy zapnutý, ak by sme ho chceli zapojiť priamo do steny. Pretože hriankovač je spínaný relé, môžeme ovládať, keď je hriankovač vypnutý, ale ak je hriankovač niekedy zapnutý alebo niekedy vypnutý, keď je relé aktívne, pripravujeme sa na zlyhanie. To je dôvod, prečo prvú vec, ktorú musíme urobiť, je nastaviť gombíky hriankovača. Väčšina hriankovačov má tri gombíky: jeden pre teplotu, jeden pre nastavenie pečenia a druhý pre časovač. Čo musíte urobiť, je nasledovné:

• Maximalizujte teplotu (nechceme, aby sa náš proces pretavenia zastavil uprostred cesty!)
• Nastavte možnosť varenia na „Pečieme“alebo čokoľvek, čo spôsobí, že sa vo vnútri zapnú všetky vykurovacie vlákna!
• Maximalizujte časovač alebo v prípade môjho hriankovača otočte gombík časovača na „Zostať zapnutý“, aby sa nikdy nevypol!

Potom zapojte napájací kábel hriankovača do zásuvky a mali by ste počuť, ako sa zapne. Bingo! Ak sa obávate, že gombíky omylom stratíte, neváhajte ich za tepla prilepiť tak, aby sa nikdy nepohybovali!

Teraz, keď je náš hriankovač vždy zapnutý, môžeme ho zapnúť alebo vypnúť pomocou relé s pokojom, že sa skutočne zapne, keď je relé aktívne.

Poznámky k zapojeniu

Tu je niekoľko poznámok, ktoré vám pri zostavovaní všetkého môžu, ale nemusia pomôcť:

• Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je zapojiť batoh Reflowduino32 do prvých šiestich kolíkov dosky DOIT ESP32 dev (aby boli skrutkové svorky na rovnakej strane ako micro USB na doske pre vývojárov). Ak vás zaujíma, batoh je navrhnutý tak, aby ste stále mohli vkladať káble Dupont na dosku pre vývojárov ESP32 susediacu s Reflowduino32, ako je to znázornené na obrázku vyššie.
• Ďalšou vecou, ktorú je potrebné vziať na vedomie, je polarita reléových vstupov. Oba sú označené vedľa skrutkových svoriek, ale chcem vás ušetriť od ich náhodnej výmeny a premýšľania, čo sa deje, keď sa hriankovač nezapne!
• Tiež musíte pripojiť termočlánok k skrutkovaciemu terminálu na batohu Reflowduino32. Na začiatku môže byť ťažké zistiť, ktorý drôt je akej farby (žltý alebo červený), takže budete musieť použiť necht a jemne jemne odlepiť izoláciu. Nerobte to však násilne, aby ste minimalizovali rozstrapkanie!
• Od niektorých ľudí som čítal, že by ste mohli získať presnejšie výsledky, ak termočlánok navlečiete do šrotovej DPS tak, aby sa hrot dotýkal povrchu DPS. Šrotová doska podobnej veľkosti ako dosky, ktoré montujete, poskytne termočlánku porovnateľnú tepelnú hmotnosť, a preto zvýši presnosť meraní. To dáva zmysel, ak uvažujete o ochladení; bez šrotu PCB sa hrot termočlánku ochladí oveľa rýchlejšie ako PCB, ktoré montujete, a to isté platí pre oveľa rýchlejšie zahriatie.
• Na reléovom module Sidekick je vypínač. Ak nie je zapnuté, hriankovač sa nezahreje! To však zatiaľ nechajte, než nahráme kód na dosku ESP32.

Krok 3: Nastavenie ESP32 Arduino IDE

Teraz, keď máte všetok hardvér nastavený, pozrime sa na softvér potrebný na spustenie všetkého.

Poznámka: Tieto nižšie uvedené pokyny pre inštaláciu ESP32 Arduino pochádzajú priamo z kroku 2 môjho predchádzajúceho tutoriálu o ESP32 Bluetooth. Toto je jedno z miest, kde ak ešte nie ste, môže byť vhodné pozrieť sa na tento tutoriál, aby ste sa dozvedeli viac o funkciách Bluetooth ESP32.

Je to celkom zrejmé, ale prvá vec, ktorú musíte urobiť, je nainštalovať Arduino IDE. Dosť bolo povedané.

Inštalácia balíka ESP32

Ďalšia vec, ktorú musíte urobiť, je nainštalovať balík ESP32 pre Arduino IDE podľa pokynov pre Windows alebo Mac. Poviem, že pre Windows, keď vám pokyny povedia, aby ste otvorili „Git GUI“, musíte si stiahnuť a nastaviť „Git“z uvedeného odkazu a ak je pre vás ťažké nájsť aplikáciu s názvom „Git GUI“, potom všetko, čo potrebujete To urobíte tak, že v ponuke Štart vyhľadáte „Git GUI“a uvidíte malú ikonu príkazového riadka (pozri priložený obrázok vyššie). Štandardne sa tiež nachádza v "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe". Odtiaľ postupujte podľa pokynov a mali by ste ísť dobre! Poznámka: Ak už máte balík ESP32 nainštalovaný v Arduino IDE, ale nedostali ste ho po pridaní podpory BLE do balíka, odporučil by som prejsť na „Dokumenty/hardvér/espressif“a odstrániť priečinok „esp32“a zopakujte vyššie uvedené pokyny pre nastavenie. Hovorím to preto, že som narazil na problém, keď sa ani po vykonaní postupu aktualizácie v spodnej časti pokynov príklady BLE nezobrazovali v časti „Príklady“v časti „Príklady pre vývojový modul ESP32“v Arduino IDE.

Test ESP32

V Arduino IDE prvá vec, ktorú by ste mali urobiť, je prejsť na Nástroje / Doska a vybrať príslušnú dosku. Obvykle nezáleží na tom, ktorý z nich si vyberiete, ale niektoré veci môžu byť špecifické pre konkrétnu dosku (zvyčajne číslovanie GPIO a podobné veci), takže dávajte pozor! Pre svoju dosku som vybral „ESP32 Dev Module“. Pokračujte tiež a po pripojení dosky k počítaču pomocou kábla USB vyberte správny port COM.

Ak chcete skontrolovať, či inštalácia ESP32 prebehla dobre, prejdite na Súbor / Príklady / ESP32 BLE Arduino a mali by ste vidieť niekoľko ukážkových skíc, ako „BLE_scan“, „BLE_notify“atď. To znamená, že v Arduino IDE je všetko správne nastavené!

Teraz, keď je Arduino IDE nastavené, vyskúšajte, či skutočne funguje, otvorením príkladu Blink v časti Súbor -> Príklady -> 01. Základy -> Mrknite a zmeňte všetky inštancie „LED_BUILTIN“na „2“(predvolené číslo GPIO, ktoré ovláda LED na doske DOIT ESP32 dev). Po nahraní náčrtu by ste mali vidieť modrú diódu LED blikať každú sekundu!

Krok 4: Demo skica Reflowduino32

Nastavenie knižnice

Teraz, keď máte nainštalovaný balík ESP32 Arduino, prejdite na úložisko Reflowduino Github a stiahnite si skicu Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Keď sa ho pokúsite otvoriť, Arduino sa vás opýta, či chcete vytvoriť priečinok obsahujúci rovnaký názov ako náčrt, v takom prípade ho otvorte kliknutím na „Áno“). Táto skica je komplexnou ukážkou pretavovacej pece, ktorá sníma teplotu z termočlánku, tieto hodnoty pravidelne odosiela do vlastnej aplikácie pre Android (uvedenej v ďalšej časti), podľa toho riadi relé (a v konečnom dôsledku aj hriankovač) na základe riadenia PID a prijíma. príkazy z aplikácie. To všetko na ESP32! Docela úhľadné čo?

Na zostavenie tohto náčrtu budete teraz potrebovať nasledujúce knižnice:

• Knižnica Adafruit MAX31855
• Knižnica Arduino PID

Nainštalujte tieto knižnice a overte, či sa skript Reflowduino32 kompiluje, a potom ho nahrajte na vývojovú dosku ESP32!

Obnoviť nastavenia

V blízkosti hornej časti kódu je veľa riadkov #definovať. To sú veci, ktoré môžete zmeniť podľa svojich potrieb. Môžete napríklad chcieť, aby bola teplota pretavenia nižšia, ak máte nízkoteplotnú spájkovaciu pastu, alebo vyššia, ak ste použili spájkovaciu pastu s olovom. Všimnite si, že som zahrnul niektoré typické hodnoty pre profil pretavenia a predvolené nastavenie by malo fungovať dobre s nízkoteplotnou bezolovnatou spájkovacou pastou. Môžete tiež chcieť vyladiť konštanty PID neskôr po ceste v závislosti od vášho fyzického nastavenia (aj keď to pravdepodobne nie je potrebné). Viac informácií o profiloch spájkovacej pasty a pretavenia nájdete na tejto wiki stránke Github.

Krok 5: Nastavenie aplikácie

Po nahraní demo náčrtu do vášho ESP32 budete musieť nainštalovať aplikáciu Reflowduino32 pre Android ako posledný krok k spusteniu nášho nastavenia! Jednoducho si stiahnite a nainštalujte súbor.apk do zariadenia Android s Bluetooth 4.0 alebo novším a otvorte aplikáciu!

Ak Bluetooth ešte nie je povolené, aplikácia vás vyzve, aby ste ju zapli. Uistite sa, že je vaša doska ESP32 dev zapnutá a necháva spustenú ukážku. Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je pripojiť sa k ESP32 cez Bluetooth v aplikácii, potom krátko po tom, čo tlačidlo vľavo hore hovorí „Pripojené!“Ak ste správne pripojili termočlánok, na obrazovke by sa mali zobrazovať hodnoty teploty. Ak nie, skontrolujte termočlánok a uistite sa, že máte v skrutkovom termináli bezpečné pripojenie.

Teraz je čas vyskúšať zábavné veci! Prepnite prepínač do polohy „zapnuté“na module Sidekick a stlačte tlačidlo „ŠTART“na aplikácii. Svetlo v hriankovači by sa malo rozsvietiť a mali by ste počuť, ako filamenty vydávajú slabý rachotivý zvuk a nakoniec ich uvidíte žiariť, keď sa zahrievajú! Mali by ste tiež vidieť rozsvietenie modrej diódy LED na doske ESP32, čo znamená, že prebieha proces pretavenia.

Ako proces pretavovania pokračuje, mali by ste v aplikácii graficky znázorniť pekný profil pretavenia. Keď teplota dosiahne teplotu spätného toku, je dobrým zvykom otvoriť dvierka hriankovača, aby unikalo teplo, aby doska mohla vychladnúť, inak sa teplota ešte nejaký čas zvýši. Na klasickej doske Reflowduino je bzučiak, ktorý vás upozorní, kedy to urobiť, ale tu budete musieť posúdiť podľa teploty zobrazenej v aplikácii, čo nie je ťažké.

Potom, čo sa doska ochladí na určitú prahovú hodnotu (v predvolenom nastavení je 40 *C, ale v kóde to môžete zmeniť), bude proces preformátovania považovaný za dokončený a modrá dióda LED zhasne a aplikácia uloží údaje o preformátovaní do súboru na telefónu, aby ste ho mohli importovať do Excelu. Ďalšie informácie o importe uložených údajov do Excelu nájdete na tejto wiki stránke Github.

To je skoro všetko!