ESP32 Bluetooth Reflow Ovn: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

I denne opplæringen vil jeg vise deg hvordan du bygger din egen trådløse reflow -ovn, slik at du kan montere kvalitets -kretskort på kjøkkenet ditt uten å måtte bekymre deg for å vri knottene manuelt og bekymre deg om platene blir for varme! Ikke bare det, men vi kommer til å bruke den innebygde Bluetooth Low Energy (BLE) -funksjonaliteten til ESP32 (fordi hva annet vil du bruke i 2018) samt en tilleggsmodul jeg har bygget som en del av en åpen -kilde for tilbakestrømningskontrolløkosystem kalt "Reflowduino". Vi skal også programmere alt i Arduino IDE -miljøet og bruke det vi har lært i en tidligere opplæring for å kontrollere oppsettet for tilbakespyling med en tilpasset Android -app. Jeg har levert alle designfiler, eksempel Arduino -skisser, demo -app og prosjektwiki (mye informasjon!) På Reflowduino Github -siden min.

Hvis du ikke allerede har gjort det, kan du se denne opplæringen om bruk av ESP32s Bluetooth Low Energy-funksjon med Arduino IDE og etablere toveiskommunikasjon med en tilpasset Android-app fordi den har mye relevant informasjon relatert til det vi skal dekke her. Imidlertid, hvis du ikke bryr deg om Bluetooth og appens indre virkning, er det bare å fortsette å lese, så viser jeg deg hvordan du får oppsettet til refow -ovnen til å fungere smertefritt! Målet mitt med denne opplæringen er å gjøre det kort og godt mens du fremdeles får frem de viktigste meldingene!

Ansvarsfraskrivelse

Hvis du er nybegynner innen elektronikk eller ikke har riktig erfaring til å jobbe med nettspenning, vil jeg foreslå at du enten ikke roter med det, konsulterer en profesjonell eller fortsetter å lære til du er dyktig nok! Jeg er ikke ansvarlig for uhell som kan oppstå på grunn av misbruk av Reflowduino eller tilhørende komponenter eller elektriske system (inkludert strøm). Ta alle sikkerhetstiltak etter behov, for eksempel hansker og sertifiserte vernebriller. Videre anbefales det ikke at du bruker det samme apparatet til å fylle PCB på nytt og tilberede mat til forbruk, noe som kan føre til matforgiftning, spesielt med blyet loddetinn. Du er fullt ansvarlig for handlingene dine, og utfør dem på egen risiko!

Med det, la oss komme i gang!

Trinn 1: Samle deler

For denne opplæringen trenger du følgende komponenter:

• DOIT ESP32 utviklingstavle
• Micro USB -kabel (for å laste opp kode og slå på ESP32 dev -kortet)
• Reflowduino32 "ryggsekk" -modul for ESP32 dev -kortet
• Brødrister (les kommentarene nedenfor for mer informasjon)
• K-type termoelement (følger med Reflowduino32)
• Sidekick -relemodul (leveres med en kraftig C13 -strømkabel)
• 2x mannlige hann-Dupont-jumperledninger (for å koble Reflowduino32 til relemodulen)
• Liten skrutrekker med flat hode (for stramming av skrueterminalene)

Hovedingrediensene her er ESP32 dev -brettet, Reflowduino32 og Sidekick -relemodulen, og selvfølgelig brødristerovnen selv. Jeg vil kort forklare hvert element nedenfor:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

For øyeblikket er Reflowduino32 designet for å koble til ESP32 dev -kortet, slik at dev -kortet må ha riktig mellomrom og pinouts for overskriften for at dette skal fungere. Jeg har designet Reflowduino32 -ryggsekken spesielt for "DOIT" ESP32 dev -brettet siden jeg la merke til at dette var lett tilgjengelig på nettet og ser ut til å bli mye brukt. Imidlertid, hvis du finner et annet ESP32 dev -kort som har samme pinouts og pinavstand, vennligst gi meg beskjed fordi det burde fungere også!

Brødrister

Det burde være ganske åpenbart hva dette gjør i det store opplegget, men det er kanskje ikke så åpenbart hvilken type og modell som skal velges. Personlig testet jeg denne billige Walmart brødristeren som er vurdert til 1100W og er ganske generisk. Jeg tror alt over 1000W burde være tilstrekkelig for hobbybrukere, men det er visse hensyn. De viktigste tingene du bør se etter i en brødrister er wattstyrken (> 1000W helst), størrelsen (hvor mange brett vil du passe inn i den?), Skuffkonfigurasjonen (har den en fin, flat skuff du kan bruke til å sette kretskortet er på?) og om det er en varmluftsovn eller ikke (kanskje du skal lage større mengder brett og ønsker en jevnere temperaturfordeling i hele ovnen?). Alle disse faktorene er virkelig avhengig av din personlige applikasjon, men for meg fungerte den billige, generiske Walmart -brødristeren helt fint.:)

Du kan spørre, hva med kokeplater? Etter min mening vil jeg styre unna kokeplater fordi de har en høy termisk masse. Dette betyr at de vil varme opp og fortsette å varme opp selv etter at du har slått det av. Dette gjør det veldig uforutsigbart for presis temperaturkontroll fordi temperaturen kan overskride store mengder og potensielt skade eventuelle sårbare komponenter på brettene dine. I utgangspunktet ville bruk av en kokeplate beseire formålet med å bruke en reflow -kontroller i utgangspunktet.

Relémodul

For å kontrollere temperaturen må vi kontrollere brødristeren av og på i henhold til temperaturen vi leser fra termoelementet. Brødristeren er imidlertid et AC-apparat og har relativt høy effekt (med 120VAC brødristere som vanligvis tegner omtrent 8-10A), så vi må sørge for at vi kan kjøre den på riktig måte uten å overbelaste reléet. En annen vurdering er styrespenningen til reléet. De fleste hobbyistreléer (Arduino-kompatible) som er i stand til å bytte høye strømmer, er vurdert for 5V-innganger, men i denne opplæringen har vi å gjøre med en ESP32 som opererer på 3.3V. Dette betyr at den gjennomsnittlige Joe -relemodulen kanskje ikke fungerer for oss. Men hvis du ønsker å bruke en annen relemodul, har jeg designet en funksjon der du kan endre relékontrollspenningen fra standard 3.3V til "VIN" -spenningen på ESP32 dev -kortet, som som standard er ~ 5V når den drives via USB. Imidlertid kan du teoretisk sett eksternt drive den med noe høyere enn 5V, si 9V, og deretter vil relékontrollspenningen være 9V. Når det er sagt, trenger du normalt ikke noe over 5V.

Dette er delvis grunnen til at jeg opprettet Sidekick-relemodulen, et kraftig solid state-relé som er i stand til å bytte ethvert lovlig 120VAC-apparat og uten klikkelyd (solid state) som tradisjonelle reléer! Den har også veldig trygge og praktiske kontakter og for enkel tilkobling av apparatet, mikrokontrolleren og nettstrømmen (stikkontakten), så dette er hva jeg skal bruke her. Den kule delen er at du ikke engang trenger å åpne brødristeren for å kontrollere den!

Trinn 2: Maskinvareoppsett

Kontrollkonsepter

Konseptet er egentlig ganske enkelt: Til syvende og sist er målet vårt å kontrollere temperaturen inne i brødristerovnen. For å gjøre dette må vi slå brødristeren på og av med relémodulen, analogt med PWM, men en veldig sakte versjon av den (hvert tidsvindu er 2s, så det kan være på i 1,5s og av i 0,5s). For å drive reléet må vi gi det en riktig spenning på relékontrollpinnene (logikk HØY = PÅ, LAV = AV). I vårt tilfelle kobler vi ganske enkelt de to relékontrollinngangene til Reflowduino32s reléskrueterminal. Grunnen til at vi ikke kobler de digitale ESP32 -pinnene direkte til reléet, er fordi reléet trekker en god del strøm (sammenlignet med hva IO -pinnene kan håndtere) og vi ikke ønsker å overbelaste ESP32. Reflowduino32 inkluderer MOSFET lavsideskobling og kan håndtere over 200mA strøm, og sparer dermed ESP32-pinnene for potensiell skade.

I utgangspunktet bare følg koblingsskjemaet "Reflowduino32 + Sidekick Control" ovenfor, og du bør være god til å gå!

Brødrister med ovner

Tro det eller ei, dette er en avgjørende seksjon i denne opplæringen! Hvis du ikke tar hensyn her, vil du lure på hvorfor brødristeren ikke slås på selv om du fulgte alt annet perfekt. Hvorfor? Vel, for at vi skal kunne styre brødristeren eksternt (via strømledningen) uten å åpne den, må vi lage brødristeren som om den alltid var på hvis vi skulle koble den direkte til veggen. Fordi brødristeren byttes av reléet, kan vi kontrollere når brødristeren er slått av, men hvis brødristeren noen ganger er på eller noen ganger av når reléet er aktivt, setter vi oss opp for feil. Det er derfor det første vi må gjøre er å sette knappene på brødristeren. De fleste brødristerovner vil ha tre knapper: en for temperaturen, en for innstillingen for steking og en for timeren. Det du trenger å gjøre er følgende:

• Maksimal temperatur (vi vil ikke at vår tilbakeløpsprosess skal stoppe midtveis!)
• Sett matlagingsalternativet til "Bake" eller hva som gjør at alle varmefilamentene slås på inni!
• Maksimer timeren eller, i tilfelle brødristeren min, skru tidtakerknappen til "Stay on" slik at den aldri slår seg av!

Etter at du har gjort dette, kobler du brødristerens strømledning til en stikkontakt, og du bør høre og se at den slås på. Bingo! Hvis du frykter at du ved et uhell vil miste knappene, kan du varme dem på plass slik at de aldri beveger seg!

Nå som brødristeren vår alltid er på når den er slått på, kan vi slå den på eller av med reléet med ro i sjelen at den faktisk vil slå seg på når reléet er aktivt.

Ledningsnotater

Her er bare noen notater som kanskje eller ikke kan hjelpe deg når du setter alt sammen:

• Det første du vil gjøre er å plugge inn Reflowduino32 -ryggsekken i de seks første pinnene på DOIT ESP32 dev -kortet (slik at skrueterminalene er på samme side som mikro -USB på dev -kortet). Hvis du lurer på, er ryggsekken designet slik at du fortsatt kan sette inn Dupont -ledninger i ESP32 dev -kortet ved siden av Reflowduino32 som vist på bildet ovenfor.
• En annen ting å merke seg er polariteten til reléinngangene. De er begge merket ved siden av skrueterminalene, men jeg vil spare deg for å bytte dem ved et uhell og lure på hva som skjer når brødristeren ikke slås på!
• Du må også koble termoelementet i skrueterminalen på Reflowduino32 -ryggsekken. Først kan det være vanskelig å se hvilken ledning som har hvilken farge (gul eller rød), så du må kanskje bruke neglen og forsiktig fjerne isolasjonen litt. Imidlertid, ikke gjør dette for å minimere floss!
• Jeg har lest fra noen mennesker at du kan få mer nøyaktige resultater hvis du trer termoelementet inn i en PCB -skrap slik at spissen kommer i kontakt med overflaten på kretskortet. Et skrapebrett av samme størrelse som brettene du monterer, vil gi termoelementet en sammenlignbar termisk masse og derfor gjøre avlesningene mer nøyaktige. Dette er fornuftig hvis du tenker på å kjøle deg ned; uten kretskortet vil termoelementspissen avkjøles mye raskere enn kretskortet du monterer, og det samme gjelder med oppvarming mye raskere.
• Det er en strømbryter på Sidekick -relemodulen. Hvis dette ikke er slått på, vil brødristeren ikke varme opp! Men nå er det bare å la den være av før vi laster opp koden til ESP32 -kortet.

Trinn 3: ESP32 Arduino IDE -oppsett

Nå som du har installert all maskinvare, la oss ta en titt på programvaren som trengs for å få alt i gang.

Merk: Disse ESP32 Arduino installasjonsinstruksjonene nedenfor kommer rett fra trinn 2 i min tidligere ESP32 Bluetooth -opplæring. Dette er et av de stedene der hvis du ikke allerede har gjort det, kan det være lurt å sjekke opplæringen for å lære mer om ESP32s Bluetooth -funksjoner.

Dette er ganske åpenbart, men det første du må gjøre er å installere Arduino IDE. Nok sagt.

ESP32 -pakkeinstallasjon

Det neste du må gjøre er å installere ESP32 -pakken for Arduino IDE ved å følge Windows -instruksjonene eller Mac -instruksjonene. Jeg vil si at for Windows når instruksjonene forteller deg å åpne "Git GUI" må du laste ned og sette opp "Git" fra lenken som er gitt, og hvis du har vanskelig for å finne et program som heter "Git GUI", trenger du alt du trenger å gjøre er å søke etter "Git GUI" i startmenyen, og du vil se et lite kommandoprompt-ikon som ser ut (se vedlagte skjermbilde ovenfor). Den ligger også i "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" som standard. Derfra følger du instruksjonene, og du bør være i gang! Merk: Hvis du allerede har ESP32 -pakken installert i Arduino IDE, men du ikke fikk den etter at BLE -støtte ble lagt til i pakken, vil jeg anbefale å gå til "Dokumenter/maskinvare/espressif" og slette "esp32" -mappen og gjenta installasjonsinstruksjonene ovenfor. Jeg sier dette fordi jeg løp inn i et problem der BLE -eksemplene ikke dukket opp i "Eksempler" under "Eksempler for ESP32 Dev Module" i Arduino IDE selv etter å ha fulgt oppdateringsprosedyren nederst i instruksjonene.

ESP32 -test

I Arduino IDE er det første du bør gjøre å gå til Tools / Board og velge det passende kortet. Det spiller vanligvis ingen rolle hvilken du velger, men noen ting kan være brettspesifikke (vanligvis GPIO-nummerering og slike ting), så pass på! Jeg valgte "ESP32 Dev Module" for brettet mitt. Gå også videre og velg riktig COM -port etter at du har koblet kortet til datamaskinen din via USB -kabelen.

For å sjekke om ESP32 -installasjonen gikk bra, gå til Fil / Eksempler / ESP32 BLE Arduino, og du bør se flere eksempler på skisser, som "BLE_scan", "BLE_notify", etc. Dette betyr at alt er satt opp riktig i Arduino IDE!

Nå som Arduino IDE er konfigurert, kan du teste om det virkelig fungerer ved å åpne Blink -eksempelet under Fil -> Eksempler -> 01. Basics -> Blink og endre alle forekomster av "LED_BUILTIN" til "2" (standard GPIO -nummer som styrer LED -en på DOIT ESP32 dev -kortet). Etter å ha lastet opp skissen, bør du se den blå LED -en blinke hvert sekund!

Trinn 4: Reflowduino32 Demoskisse

Oppsett av bibliotek

Nå som du har ESP32 Arduino -pakken installert, går du til Reflowduino Github -depotet og laster ned Reflowduino_ESP32_Demo.ino -skissen. (Når du prøver å åpne den, vil Arduino spørre deg om du vil opprette en mappe med samme navn som skissen, i så fall klikk "Ja" for å åpne den). Denne skissen er en omfattende reflow -ovndemo som leser temperaturen fra termoelementet, periodisk sender disse avlesningene til en tilpasset Android -app (nevnt i neste avsnitt), styrer reléet (og til slutt brødristeren) deretter basert på PID -kontroll og mottar kommandoer fra appen. Alt dette på ESP32! Ganske pent va?

For å kompilere denne skissen trenger du følgende biblioteker:

• Adafruit MAX31855 bibliotek
• Arduino PID -bibliotek

Installer disse bibliotekene og bekreft at Reflowduino32 -skissen kompilerer, og last den deretter opp til ESP32 dev -kortet!

Reflow -innstillinger

Nær den øvre delen av koden er det en haug med #define linjer. Dette er ting du kan endre i henhold til dine behov. For eksempel vil du kanskje at tilbaketrekkingstemperaturen skal være lavere hvis du har loddemasse med lav temperatur, eller høyere hvis du har blybasert loddemasse. Du vil legge merke til at jeg har tatt med noen typiske verdier for reflow-profilen, og standarden skal fungere bra med blyfri loddemasse med lav temperatur. Det kan også være lurt å stille PID -konstantene senere nedover veien, avhengig av ditt fysiske oppsett (selv om dette sannsynligvis ikke er nødvendig). For mer informasjon om loddemasse og reflow -profiler, se denne Github -wikisiden.

Trinn 5: Appoppsett

Etter at du har lastet opp demoskissen til ESP32, må du installere Reflowduino32 Android -appen som det siste trinnet for å få oppsettet vårt til å fungere! Bare last ned og installer.apk -filen på en Android -enhet med Bluetooth 4.0 eller nyere, og åpne appen!

Hvis Bluetooth ikke allerede er aktivert, ber appen deg om å slå den på. Sørg for at ESP32 dev -kortet er slått på og kjører demoskissen. Det første du må gjøre er å koble til ESP32 via Bluetooth på appen, så kort tid etter at knappen øverst til venstre sier "Tilkoblet!" du bør se temperaturavlesninger vises på skjermen hvis du koblet dem til riktig. Hvis du ikke gjør det, må du sjekke termoelementet og kontrollere at du har en sikker tilkobling i skrueterminalen.

Nå er det på tide å teste de morsomme tingene! Vri bryteren til "på" -posisjonen på Sidekick -modulen og trykk på "START" -knappen på appen. Brødristerens lys skal lyse, og du bør høre filamentene lage en svak raslende lyd og til slutt se dem lyse når de varmes opp! Du bør også se den blå LED -lampen på ESP32 dev -kortet tennes for å indikere at omstrømmingsprosessen er i gang.

Etter hvert som reflow -prosessen fortsetter, bør du se en fin reflow -profil som er tegnet på appen. Når temperaturen når tilstrømningstemperaturen, er det en god praksis å åpne brødristerens ovnsdør for å la varmen slippe ut, slik at brettet kan kjøle seg ned, ellers vil temperaturen stige i ekstra tid. På det klassiske Reflowduino -kortet er det en summer for å varsle deg når du skal gjøre dette, men her må du bare bedømme ut fra temperaturen som vises på appen, noe som ikke er vanskelig.

Etter at tavlen er avkjølt til en viss terskel (40 *C som standard, men du kan endre dette i koden) vil tilbakestrømningsprosessen bli ansett som fullført, og den blå lysdioden slås av, og appen lagrer tilbakeslagsdataene til en fil på telefonen, slik at du kan importere den til Excel. For mer informasjon om import av lagrede data til Excel, se denne Github -wikisiden.

Det er ganske mye det!