ESP32 Bluetooth Reflow Oven: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

В этом уроке я покажу вам, как построить свою собственную беспроводную печь оплавления, чтобы вы могли собирать качественные печатные платы на своей кухне, не беспокоясь о ручном повороте регуляторов и беспокойстве, если ваши платы становятся слишком горячими! Не только это, но и мы будем использовать встроенную функцию Bluetooth Low Energy (BLE) ESP32 (потому что что еще вы использовали бы в 2018 году), а также дополнительный модуль, который я создал как часть открытого -экосистема управления оплавлением источников под названием «Reflowduino». Мы также будем программировать все в среде Arduino IDE и использовать то, что мы узнали в предыдущем руководстве, для управления настройкой перекомпоновки с помощью специального приложения для Android. Я предоставил все файлы дизайна, примеры эскизов Arduino, демонстрационное приложение и вики проекта (много информации!) На моей странице Reflowduino Github.

Если вы еще этого не сделали, просмотрите это руководство по использованию функции Bluetooth Low Energy ESP32 с Arduino IDE и установлению двусторонней связи с пользовательским приложением Android, потому что в нем содержится много соответствующей информации, связанной с тем, что мы здесь рассмотрим.. Однако, если вас не волнует внутренняя работа Bluetooth и приложения, просто продолжайте читать, и я покажу вам, как настроить печь для оплавления и безболезненно! Моя цель в этом уроке - сделать его коротким и приятным, но при этом донести до него ключевые идеи!

Заявление об отказе от ответственности

Если вы новичок в электронике или не имеете должного опыта работы с сетевым напряжением, я бы посоветовал вам либо не связываться с этим, проконсультироваться с профессионалом, либо продолжать учиться, пока вы не станете достаточно опытным! Я не несу ответственности за любые сбои, которые могут произойти из-за неправильного использования Reflowduino или связанных с ним компонентов или электрической системы (включая сетевое питание). Примите все необходимые меры безопасности, например перчатки и сертифицированные защитные очки. Более того, не рекомендуется использовать одно и то же устройство для оплавления печатных плат, а также для приготовления пищи для употребления в пищу, что может привести к пищевому отравлению, особенно свинцовым припоем. Вы несете полную ответственность за свои действия и выполняете их на свой страх и риск!

Итак, приступим!

Шаг 1: Соберите детали

Для этого урока вам понадобятся следующие компоненты:

• Плата разработки DOIT ESP32
• Кабель Micro USB (для загрузки кода и питания платы разработчика ESP32)
• Модуль "рюкзак" Reflowduino32 для платы разработчика ESP32
• Тостер-печь (подробности читайте в комментариях ниже)
• Термопара типа K (входит в комплект Reflowduino32)
• Модуль реле Sidekick (поставляется с мощным силовым кабелем C13)
• 2x перемычки Dupont папа-папа (для подключения Reflowduino32 к релейному модулю)
• Маленькая отвертка с плоской головкой (для затягивания винтовых клемм)

Основными составляющими здесь являются плата разработчика ESP32, Reflowduino32 и модуль реле Sidekick, и, конечно же, сама печь тостера. Я кратко объясню каждый пункт ниже:

Плата разработчика ESP32 + Reflowduino32

В настоящее время Reflowduino32 предназначен для подключения к плате разработчика ESP32, поэтому плата разработчика должна иметь правильный интервал заголовка и распиновку, чтобы это работало. Я разработал рюкзак Reflowduino32 специально для платы разработчиков «DOIT» ESP32, так как заметил, что он легко доступен в Интернете и, кажется, широко используется. Однако, если вы найдете другую плату разработчика ESP32 с такой же распиновкой и расстоянием между выводами, дайте мне знать, потому что это тоже должно сработать!

Тостер

Должно быть довольно очевидно, что это делает в общей схеме вещей, но может быть не так очевидно, какой тип и модель выбрать. Лично я тестировал эту дешевую тостерную печь Walmart, которая рассчитана на 1100 Вт и является довольно универсальной. Я думаю, что все, что выше 1000 Вт, должно быть подходящим для использования любителями, но есть определенные соображения. Ключевые вещи, которые следует искать в тостере, - это мощность (предпочтительно> 1000 Вт), размер (сколько досок вы хотите в него поместить?), Конфигурация лотка (есть ли у него красивый плоский лоток, который вы можете использовать, чтобы поставить Печатная плата включена?) и будет ли это духовка с конвекцией (может быть, вы будете готовить большие партии досок и захотите более равномерное распределение температуры по всей духовке?). Все эти факторы действительно зависят от вашего личного приложения, но для меня дешевый универсальный тостер Walmart работал отлично.:)

Вы спросите, а как насчет плиток? На мой взгляд, я бы держался подальше от горячих плит, потому что они, как правило, имеют большую тепловую массу. Это означает, что они будут нагреваться и продолжать нагреваться даже после того, как вы его выключите. Это делает его действительно непредсказуемым для точного контроля температуры, потому что температура может сильно перескочить и потенциально повредить любые уязвимые компоненты на ваших платах. По сути, использование горячей плиты в первую очередь лишило бы смысла использование контроллера оплавления.

Модуль реле

Чтобы контролировать температуру, нам нужно включать и выключать тостер в соответствии с температурой, которую мы считываем с термопары. Однако тостер - это устройство переменного тока и относительно высокая мощность (тостеры на 120 В переменного тока обычно потребляют около 8-10 А), поэтому нам нужно убедиться, что мы можем правильно управлять им, не перегружая реле. Еще одно соображение - это управляющее напряжение реле. Большинство реле для любителей (совместимых с Arduino), способных переключать большие токи, рассчитаны на входы 5 В, но в этом руководстве мы имеем дело с ESP32, который работает от 3,3 В. Это означает, что средний релейный модуль Джо может нам не подойти. Однако, если вы хотите использовать другой модуль реле, я разработал функцию, с помощью которой вы можете изменить управляющее напряжение реле со значения по умолчанию 3,3 В на напряжение VIN платы разработчика ESP32, которое по умолчанию составляет ~ 5 В. при питании через USB. Однако теоретически вы можете запитать его от внешнего источника напряжением выше 5 В, скажем, 9 В, и тогда управляющее напряжение реле будет 9 В. При этом вам обычно не нужно ничего выше 5 В.

Отчасти поэтому я создал релейный модуль Sidekick, мощное твердотельное реле, способное переключать любое разрешенное устройство на 120 В переменного тока и без какого-либо щелчка (твердотельное), как традиционные реле! Он также имеет очень безопасные и удобные разъемы для легкого подключения устройства, микроконтроллера и источника питания (настенная розетка переменного тока), поэтому я буду использовать их здесь. Самое интересное в том, что вам даже не нужно открывать тостер, чтобы управлять им!

Шаг 2: Настройка оборудования

Концепции управления

На самом деле концепция довольно проста: в конечном итоге наша цель - контролировать температуру внутри тостерной печи. Для этого нам нужно периодически управлять включением и выключением тостерной печи с помощью релейного модуля, аналогично ШИМ, но очень медленной его версии (каждое временное окно составляет 2 секунды, поэтому он может быть включен на 1,5 секунды и выключен на 0,5 секунды).. Для управления реле нам необходимо подать на него соответствующее напряжение на управляющих контактах реле (логика ВЫСОКИЙ = ВКЛ, НИЗКИЙ = ВЫКЛ). В нашем случае мы просто подключаем два входа управления реле к винтовой клемме реле Reflowduino32. Причина, по которой мы не подключаем цифровые выводы ESP32 напрямую к реле, заключается в том, что реле потребляет значительный ток (по сравнению с тем, что могут обрабатывать выводы ввода-вывода), и мы не хотим перегружать ESP32. Reflowduino32 включает в себя переключение нижнего уровня MOSFET и может выдерживать ток более 200 мА, тем самым защищая контакты ESP32 от любого потенциального повреждения.

В основном просто следуйте схеме подключения «Reflowduino32 + Sidekick Control» выше, и все будет в порядке!

Ручки духовки тостера

Вы не поверите, но это важный раздел в этом уроке! Если вы не обратите на это внимание, вам будет интересно, почему ваш тостер не включается, даже если вы следовали всем остальным безупречно. Почему? Что ж, для того, чтобы мы могли управлять тостером извне (через шнур питания), не открывая его, мы должны сделать тостер таким, как если бы он был всегда включен, если бы мы подключили его непосредственно к стене. Поскольку тостер переключается с помощью реле, мы можем контролировать, когда тостер выключен, но если тостер иногда включен или иногда выключен, когда реле активно, мы настраиваем себя на сбой. Вот почему первое, что нам нужно сделать, это установить ручки тостера. У большинства тостеров есть три ручки: одна для температуры, одна для настройки выпечки и другая для таймера. Что вам нужно сделать, это следующее:

• Максимально увеличьте температуру (мы не хотим, чтобы наш процесс оплавления останавливался на полпути!)
• Установите вариант приготовления на «Выпечку» или что-то еще, что заставляет все нагревательные нити внутри включаться!
• Выключите таймер или, в случае с моим тостером, поверните ручку таймера в положение «Оставаться включенным», чтобы он никогда не выключался!

После этого вставьте шнур питания тостера в розетку, и вы должны услышать и увидеть, как он включился. Бинго! Если вы опасаетесь, что вы случайно потеряете ручки, не стесняйтесь приклеивать их горячим клеем, чтобы они никогда не двигались!

Теперь, когда наш тостер всегда включен при подаче питания, мы можем включать и выключать его с помощью реле, не сомневаясь, что он действительно включится, когда реле будет активным.

Примечания по подключению

Вот лишь несколько примечаний, которые могут помочь вам, а могут и не помочь при объединении всего:

• Первое, что вам нужно сделать, это подключить рюкзак Reflowduino32 к первым шести контактам платы разработчика DOIT ESP32 (так, чтобы винтовые клеммы находились на той же стороне, что и микро-USB на плате разработчика). Если вам интересно, рюкзак спроектирован так, что вы все еще можете вставлять провода Dupont в плату разработчика ESP32 рядом с Reflowduino32, как показано на рисунке выше.
• Еще одна вещь, на которую следует обратить внимание, - это полярность релейных входов. Обе они помечены рядом с винтовыми клеммами, но я хочу избавить вас от случайной замены их местами и возникновения вопросов о том, что происходит, когда тостер не включается!
• Также необходимо подключить термопару к винтовой клемме на рюкзаке Reflowduino32. Сначала может быть трудно понять, какой провод какого цвета (желтый или красный), поэтому вам, возможно, придется использовать ноготь и осторожно отодрать изоляцию. Однако не делайте этого насильно, чтобы свести к минимуму изнашивание!
• Я читал от некоторых людей, что вы можете получить более точные результаты, если ввинтите термопару в лом печатной платы так, чтобы наконечник соприкасался с поверхностью печатной платы. Макулатура такого же размера, что и платы, которые вы собираете, придаст термопаре сравнимую тепловую массу и, следовательно, сделает показания более точными. Это имеет смысл, если вы думаете об остывании; без лома печатной платы наконечник термопары остынет намного быстрее, чем печатная плата, которую вы собираете, и то же самое происходит с гораздо более быстрым нагревом.
• На модуле реле Sidekick есть выключатель питания. Если он не включен, тостер не нагреется! Однако пока просто оставьте это, прежде чем мы загрузим код на плату ESP32.

Шаг 3: Настройка ESP32 Arduino IDE

Теперь, когда у вас настроено все оборудование, давайте взглянем на программное обеспечение, необходимое для того, чтобы все настроить и запустить.

Примечание. Эти инструкции по установке ESP32 Arduino ниже взяты прямо из шага 2 моего предыдущего руководства по ESP32 Bluetooth. Это одно из тех мест, где, если вы еще этого не сделали, было бы неплохо проверить это руководство, чтобы узнать больше о возможностях Bluetooth ESP32.

Это довольно очевидно, но первое, что вам нужно сделать, это установить Arduino IDE. Достаточно сказано.

Установка пакета ESP32

Следующее, что вам нужно сделать, это установить пакет ESP32 для Arduino IDE, следуя инструкциям Windows или инструкциям Mac. Я скажу, что для Windows, когда инструкции говорят вам открыть «Git GUI», вам нужно загрузить и настроить «Git» по предоставленной ссылке, и если вам сложно найти приложение под названием «Git GUI», тогда все, что вам нужно нужно выполнить поиск «Git GUI» в меню «Пуск», и вы увидите небольшой значок, напоминающий командную строку (см. прикрепленный снимок экрана выше). По умолчанию он также находится в папке «C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe». Оттуда следуйте инструкциям, и все будет в порядке! Примечание. Если у вас уже установлен пакет ESP32 в Arduino IDE, но вы не получили его после того, как в пакет была добавлена поддержка BLE, я бы рекомендовал перейти в «Documents / hardware / espressif» и удалить папку «esp32» и повторить приведенные выше инструкции по установке. Я говорю это, потому что столкнулся с проблемой, когда даже после выполнения процедуры обновления в нижней части инструкций примеры BLE не отображались в «Примеры» раздела «Примеры для модуля ESP32 Dev» в Arduino IDE.

ESP32 Тест

В Arduino IDE первое, что вам нужно сделать, это перейти в Tools / Board и выбрать соответствующую плату. Обычно не имеет значения, какой из них вы выберете, но некоторые вещи могут быть специфичными для платы (обычно нумерация GPIO и тому подобное), так что будьте осторожны! Я выбрал для своей платы "ESP32 Dev Module". Также выберите правильный COM-порт после подключения платы к компьютеру через USB-кабель.

Чтобы проверить, прошла ли установка ESP32, перейдите в Файл / Примеры / ESP32 BLE Arduino, и вы должны увидеть несколько примеров скетчей, таких как «BLE_scan», «BLE_notify» и т. Д. Это означает, что в Arduino IDE все настроено правильно!

Теперь, когда среда Arduino IDE настроена, проверьте, действительно ли она работает, открыв пример Blink в разделе Файл -> Примеры -> 01. Basics -> Blink и измените все экземпляры «LED_BUILTIN» на «2» (номер GPIO по умолчанию, который управляет светодиодом на плате разработчика DOIT ESP32). После загрузки скетча вы должны увидеть, как синий светодиод будет мигать каждую секунду!

Шаг 4: демонстрационный эскиз Reflowduino32

Настройка библиотеки

Теперь, когда у вас установлен пакет ESP32 Arduino, перейдите в репозиторий Reflowduino Github и загрузите эскиз Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Когда вы попытаетесь открыть его, Arduino спросит вас, хотите ли вы создать содержащую папку с тем же именем, что и эскиз, и в этом случае нажмите «Да», чтобы открыть ее). Этот набросок представляет собой комплексную демонстрацию печи оплавления, которая считывает температуру с термопары, периодически отправляет эти показания в пользовательское приложение Android (упомянутое в следующем разделе), управляет реле (и, в конечном итоге, тостером) соответственно на основе ПИД-регулирования и получает команды из приложения. Все это на ESP32! Довольно аккуратно, да?

Теперь, чтобы скомпилировать этот скетч, вам понадобятся следующие библиотеки:

• Библиотека Adafruit MAX31855
• Библиотека Arduino PID

Установите эти библиотеки и убедитесь, что скетч Reflowduino32 компилируется, а затем загрузите его на свою плату разработчика ESP32!

Настройки переформатирования

Рядом с верхней частью кода есть несколько строк #define. Это то, что вы можете изменить в соответствии со своими потребностями. Например, вы можете захотеть, чтобы температура оплавления была ниже, если у вас низкотемпературная паяльная паста, или выше, если у вас свинцовая паяльная паста. Вы заметите, что я включил некоторые типичные значения для профиля оплавления, и значение по умолчанию должно хорошо работать с низкотемпературной бессвинцовой паяльной пастой. Вы также можете позже настроить константы PID в зависимости от вашей физической настройки (хотя это, вероятно, не обязательно). Дополнительные сведения о паяльной пасте и профилях оплавления см. На этой вики-странице Github.

Шаг 5: Настройка приложения

После загрузки демонстрационного скетча на ваш ESP32 вам необходимо будет установить приложение Reflowduino32 для Android в качестве последнего шага к тому, чтобы наша установка заработала! Просто загрузите и установите файл.apk на устройство Android с Bluetooth 4.0 или выше и откройте приложение!

Если Bluetooth еще не включен, приложение попросит вас включить его. Убедитесь, что ваша плата разработчика ESP32 включена и работает демонстрационный скетч. Первое, что вам нужно сделать, это подключиться к ESP32 через Bluetooth в приложении, а затем вскоре после того, как кнопка в верхнем левом углу отобразит «Подключено!» вы должны увидеть показания температуры на экране, если вы правильно подключили пару. В противном случае проверьте термопару и убедитесь, что у вас надежное соединение в винтовой клемме.

Пришло время проверить самое интересное! Переведите переключатель в положение «включено» на модуле Sidekick и нажмите кнопку «СТАРТ» в приложении. В тостере должен загореться свет, и вы должны услышать, как нити издают слабый дребезжащий звук, и в конце концов увидите, как они светятся при нагревании! Вы также должны увидеть, как загорится синий светодиод на плате разработчика ESP32, чтобы указать, что процесс перекомпоновки выполняется.

По мере продолжения процесса перекомпоновки в приложении должен отображаться красивый профиль перекомпоновки. Когда температура достигает температуры оплавления, рекомендуется открыть дверцу духовки тостера, чтобы позволить теплу уйти, чтобы доска могла остыть, в противном случае температура повысится еще на некоторое время. На классической плате Reflowduino есть зуммер, который предупредит вас, когда это сделать, но здесь вам просто нужно будет судить по температуре, отображаемой в приложении, что несложно.

После того, как плата остынет до определенного порога (по умолчанию 40 * C, но вы можете изменить это в коде), процесс перекомпоновки будет считаться завершенным, и синий светодиод погаснет, и приложение сохранит данные перекомпоновки в файл на свой телефон, чтобы вы могли импортировать его в Excel. Дополнительные сведения об импорте сохраненных данных в Excel см. На этой вики-странице Github.

Вот и все!