ESP32 Bluetooth Reflow Oven: 6 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Sa tutorial na ito ipapakita ko sa iyo kung paano bumuo ng iyong sariling wireless refow oven upang maaari mong tipunin ang kalidad ng mga PCB sa iyong kusina nang hindi nag-aalala tungkol sa manu-manong pag-on ng mga knob at nag-aalala kung ang iyong mga board ay masyadong mainit! Hindi lamang iyon ngunit gagamitin namin ang built-in na pag-andar ng Bluetooth Low Energy (BLE) ng ESP32 (dahil ano pa ang gagamitin mo sa 2018) pati na rin isang add-on na module na itinayo ko bilang bahagi ng isang bukas -source sumasalamin control ecosystem na tinatawag na "Reflowduino". Magpo-program din kami ng lahat sa kapaligiran ng Arduino IDE at gagamitin ang natutunan namin sa nakaraang tutorial upang makontrol ang pag-setup ng reflow gamit ang isang pasadyang Android app. Naibigay ko ang lahat ng mga file ng disenyo, halimbawa ng mga sketch ng Arduino, demo app, at wiki ng proyekto (maraming impormasyon!) Sa aking pahina ng Reflowduino Github.

Kung hindi mo pa nagagawa, mangyaring tingnan ang tutorial na ito sa paggamit ng tampok na Bluetooth Mababang Enerhiya ng ESP32 gamit ang Arduino IDE at pagtaguyod ng dalawang-daan na komunikasyon sa isang pasadyang Android app dahil mayroon itong maraming kaugnay na impormasyon na nauugnay sa kung ano ang sasakupin namin dito. Gayunpaman, kung hindi mo talaga pinahahalagahan ang panloob na pagtatrabaho ng Bluetooth at app, patuloy lamang na basahin at ipapakita ko sa iyo kung paano makagawa nang walang sakit ang iyong pag-setup ng oven na oven! Ang aking layunin para sa tutorial na ito ay upang gawin itong maikli at kaibig-ibig habang nakakakuha pa rin ng mga pangunahing mensahe!

Kaligtasang Pagwawaksi

Kung ikaw ay isang nagsisimula sa electronics o walang tamang karanasan upang magtrabaho kasama ang boltahe ng mains, iminumungkahi ko na hindi ka makagulo dito, kumunsulta sa isang propesyonal, o panatilihin ang pag-aaral hanggang sa sapat ang iyong husay! Hindi ako mananagot para sa anumang mga hindi magandang nangyari na maaaring mangyari dahil sa maling paggamit ng Reflowduino o mga kaugnay na bahagi o sistemang elektrikal (kabilang ang lakas ng mains). Gawin ang lahat ng pag-iingat sa kaligtasan kung kinakailangan, tulad ng guwantes at sertipikadong mga baso sa kaligtasan. Bukod dito, hindi inirerekumenda na gumamit ka ng parehong kagamitan upang maipakita ang PCB at magluto din ng pagkain para sa pagkonsumo, na maaaring magresulta sa pagkalason sa pagkain, lalo na sa leaded solder. Ganap kang responsable para sa iyong mga aksyon, at isagawa ang mga ito sa iyong sariling peligro!

Sa pamamagitan nito, magsimula na tayo!

Hakbang 1: Ipunin ang Mga Bahagi

Para sa tutorial na ito kakailanganin mo ang mga sumusunod na sangkap:

• Board ng pag-unlad ng DOIT ESP32
• Micro USB cable (upang mag-upload ng code at lakas ang ESP32 dev board)
• Reflowduino32 "backpack" module para sa ESP32 dev board
• Toaster oven (basahin ang mga komento sa ibaba para sa higit pang mga detalye)
• K-type thermocouple (kasama sa Reflowduino32)
• Modul ng relek ng Sidekick (may kasamang mabibigat na tungkulin na C13 power cable)
• 2x male-male Dupont jumper wires (upang ikonekta ang Reflowduino32 sa module ng relay)
• Maliit na flat head screwdriver (para sa paghihigpit ng mga screw terminal)

Ang mga pangunahing sangkap dito ay ang ESP32 dev board, Reflowduino32, at Sidekick relay module, at syempre, ang toaster oven mismo. Maikli kong ipaliwanag ang bawat item sa ibaba:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

Sa kasalukuyan ang Reflowduino32 ay idinisenyo upang mai-plug in ang board ng ESP32 dev kaya kailangang magkaroon ng tamang spacing ng header at mga pinout ang dev board upang gumana ito. Dinisenyo ko ang Reflowduino32 backpack na partikular para sa "DOIT" ESP32 dev board dahil napansin ko na ito ay madaling magagamit sa online at tila malawak na ginagamit. Gayunpaman, kung makakahanap ka ng isa pang ESP32 dev board na may parehong mga pinout at spacing ng pin pagkatapos mangyaring ipaalam sa akin dahil dapat itong gumana din!

Toaster Oven

Dapat ay malinaw na malinaw kung ano ang ginagawa nito sa mahusay na pamamaraan ng mga bagay ngunit maaaring hindi ito halata kung aling uri at modelo ang pipiliin. Personal kong sinubukan ang murang Walmart toaster oven na na-rate sa 1100W at medyo generic. Sa palagay ko ang anumang bagay sa itaas ng 1000W ay dapat na sapat para sa paggamit ng hobbyist ngunit may ilang mga pagsasaalang-alang. Ang mga pangunahing bagay na hahanapin sa isang toaster ay ang wattage (> 1000W mas mabuti), laki (kung gaano karaming mga board ang nais mong magkasya dito?), Ang pagsasaayos ng tray (mayroon ba itong magandang, flat tray na maaari mong gamitin upang ilagay ang PCB ay nasa?) at kung o hindi ito ay isang convection toaster oven (marahil ay magluluto ka ng mas malaking mga batch ng board at nais ng isang pantay na pamamahagi ng temperatura sa buong oven?). Ang lahat ng mga kadahilanang ito ay talagang nakasalalay sa iyong personal na aplikasyon ngunit para sa akin ang murang, pangkaraniwang Walmart toaster ay nagtrabaho nang maayos.:)

Maaari kang magtanong, paano ang tungkol sa mainit na mga plato? Sa palagay ko, maaalis ko ang mga maiinit na plato dahil may posibilidad silang magkaroon ng mataas na thermal mass. Ang ibig sabihin nito ay magpapainit sila at magpainit ng maayos kahit na patayin mo ito. Ginagawa nitong talagang hindi mahuhulaan para sa tumpak na kontrol sa temperatura dahil ang temperatura ay maaaring mag-overshoot ng maraming halaga at potensyal na saktan ang anumang mahina na sangkap sa iyong mga board. Karaniwan ang paggamit ng isang mainit na plato ay talunin ang layunin ng paggamit ng isang reflow controller sa unang lugar.

Relay Module

Upang makontrol ang temperatura na kailangan natin upang makontrol ang toaster on at off alinsunod sa temperatura na nabasa natin mula sa thermocouple. Gayunpaman, ang oven ng toaster ay isang appliance ng AC at medyo mataas ang lakas (na may 120VAC toasters karaniwang gumuhit tungkol sa 8-10A) kaya kailangan nating tiyakin na maaari nating maitaboy nang maayos nang hindi labis na pag-relay. Ang isa pang pagsasaalang-alang ay ang boltahe ng kontrol ng relay. Karamihan sa mga hobbyist relay (Arduino-compatible) na may kakayahang lumipat ng mataas na alon ay na-rate para sa mga 5V input ngunit sa tutorial na ito nakikipag-usap kami sa isang ESP32 na nagpapatakbo sa 3.3V. Nangangahulugan ito na ang average na module ng Joe relay ay maaaring hindi gumana para sa amin. Gayunpaman, kung nais mong gumamit ng ibang module ng relay na dinisenyo ko ang isang tampok kung saan maaari mong baguhin ang boltahe ng relay control mula sa default na 3.3V sa boltahe na "VIN" ng ESP32 dev board, na bilang default ay ~ 5V kapag pinalakas sa pamamagitan ng USB. Gayunpaman, maaari mo itong teoretikal na gawing panlabas-kapangyarihan ito sa isang bagay na mas mataas sa 5V, sabihin 9V, at pagkatapos ay ang boltahe ng relay control ay 9V. Sinabi na, hindi mo karaniwang kakailanganin ang anumang higit sa 5V.

Bahagi ito kung bakit nilikha ko ang module ng relay ng Sidekick, isang mataas na kapangyarihan na solid-state relay na may kakayahang lumipat ng anumang ligal na 120VAC appliance at walang anumang pag-click sa ingay (solid-state) tulad ng tradisyunal na relay! Mayroon din itong napaka ligtas at maginhawang konektor at para sa madaling pagkonekta sa appliance, microcontroller, at mains power (ang AC wall outlet) kaya ito ang gagamitin ko dito. Ang cool na bahagi ay hindi mo na kailangang buksan ang toaster oven upang makontrol ito!

Hakbang 2: Pag-setup ng Hardware

Mga Konsepto sa Pagkontrol

Talaga, ang konsepto ay medyo prangka: Sa huli ang aming layunin ay upang makontrol ang temperatura sa loob ng oven ng toaster. Upang magawa ito kailangan nating kontrolin ang toaster oven on at off pana-panahon gamit ang relay module, na kahalintulad sa PWM ngunit isang mabagal na mabagal na bersyon nito (sa bawat oras na window ay 2s, kaya't maaari itong nasa 1.5s at off para sa 0.5s). Upang maihimok ang relay kailangan nating bigyan ito ng tamang boltahe sa mga relo control pin (lohika HATAAS = ON, LOW = OFF). Sa aming kaso ay ikonekta lamang namin ang dalawang mga input ng control ng relay sa terminal ng relay na tornilyo ng Reflowduino32. Ang dahilan kung bakit hindi namin direktang kumokonekta ang mga digital na pin ng ESP32 sa relay ay dahil ang relay ay nakakakuha ng mahusay na kasalukuyang (kumpara sa kung ano ang maaaring hawakan ng mga IO pin) at hindi namin nais na labis na karga ang ESP32. Kasama sa Reflowduino32 ang MOSFET low-side switching at maaaring hawakan ang higit sa 200mA ng kasalukuyang, sa gayon ay matipid ang mga pin ng ESP32 mula sa anumang potensyal na pinsala.

Karaniwan sundin lamang ang "Reflowduino32 + Sidekick Control" diagram ng mga kable sa itaas at dapat kang maging mahusay na pumunta!

Mga Toaster Oven Knobs

Maniwala ka o hindi, ito ay isang mahalagang seksyon sa tutorial na ito! Kung hindi ka magbayad ng pansin dito magtataka ka kung bakit hindi bumukas ang iyong toaster kahit na sundin mo nang perpekto ang lahat. Bakit? Sa gayon, upang makontrol namin ang toaster ng panlabas (sa pamamagitan ng kurdon ng kuryente nito) nang hindi ito binubuksan, kailangan nating gawin ang toaster na parang palagi itong nasa kung idikit namin ito nang direkta sa dingding. Dahil ang toaster ay inililipat ng relay maaari naming makontrol kapag ang toaster ay naka-off, ngunit kung ang toaster ay paminsan-minsan ay naka-on o kung minsan ay naka-off kapag ang relay ay aktibo sa gayon ay inaayos namin ang ating sarili para sa kabiguan. Ito ang dahilan kung bakit ang unang bagay na kailangan nating gawin ay itakda ang mga knobs ng toaster. Karamihan sa mga oven sa toaster ay magkakaroon ng tatlong mga knobs: isa para sa temperatura, isa para sa setting ng paghurno, at isa pa para sa timer. Ang kailangan mong gawin ay ang sumusunod:

• I-maximize ang temperatura (hindi namin nais na huminto ang mid-proseso!)
• Itakda ang pagpipilian sa pagluluto sa "Maghurno" o kung ano man ang nakaka-on sa loob ng lahat ng mga filament ng pag-init!
• I-maximize ang timer o, sa kaso ng aking toaster, i-on ang timer knob sa "Manatiling" upang hindi ito patayin!

Matapos gawin ito, isaksak ang power cord ng toaster sa isang outlet at dapat mong marinig at makita na nakabukas ito. Bingo! Kung sakaling matakot ka na hindi mo sinasadyang mailagay ang mga knob, huwag mag-atubiling mainit na idikit ang mga ito sa lugar upang hindi sila makagalaw!

Ngayon na ang aming toaster ay laging naka-on kapag pinapagana, maaari nating i-on o i-off ito gamit ang relay na may kapayapaan ng isip na talaga itong bubukas kapag ang relay ay aktibo.

Mga Tala ng Kable

Narito ang ilang mga tala lamang na maaaring makatulong sa iyo o hindi kapag pinagsama ang lahat:

• Ang unang bagay na nais mong gawin ay isaksak ang Reflowduino32 backpack sa unang anim na pin ng DOIT ESP32 dev board (upang ang mga terminal ng tornilyo ay nasa parehong bahagi tulad ng micro USB sa dev board). Kung sakaling nagtataka ka, ang backpack ay idinisenyo upang maipasok mo pa rin ang mga Dupont wires sa ESP32 dev board na katabi ng Reflowduino32 tulad ng ipinakita sa larawan sa itaas.
• Ang isa pang bagay na dapat pansinin ay ang polarity ng mga relay input. Pareho silang may label sa tabi ng mga terminal ng tornilyo ngunit nais kong iligtas ka mula sa hindi sinasadyang pagpapalit sa kanila at nagtataka kung ano ang nangyayari kapag hindi nag-on ang toaster!
• Kailangan mo ring ikonekta ang thermocouple sa screw terminal sa Reflowduino32 backpack. Sa una ay maaaring mahirap makita kung aling kawad ang kung aling kulay (dilaw o pula) kaya maaaring kailanganin mong gamitin ang iyong kuko at dahan-dahang balatan ang pagkakabukod. Gayunpaman, huwag gawin ito ng pilit upang i-minimize ang fraying!
• Nabasa ko mula sa ilang mga tao na maaari kang makakuha ng mas tumpak na mga resulta kung i-thread mo ang thermocouple sa isang scrap PCB tulad na ang tip ay nakikipag-ugnay sa ibabaw ng PCB. Ang isang scrap board na may katulad na laki sa mga board na iyong pinagsasama-sama ay magbibigay sa thermocouple na maihahambing na thermal mass at samakatuwid ay gawing mas tumpak ang mga pagbabasa. Makatuwiran kung iisipin mo ang tungkol sa paglamig; nang walang scrap PCB ang tip ng thermocouple ay magpapalamig nang mas mabilis kaysa sa PCB na iyong pinagtitipon, at pareho din sa pag-init ng mas mabilis.
• Mayroong isang power switch sa Sidekick relay module. Kung hindi ito naka-on ang toaster ay hindi magpapainit! Gayunpaman, sa ngayon iwanan lamang ito bago namin mai-upload ang code sa board ng ESP32.

Hakbang 3: Pag-set up ng ESP32 Arduino IDE

Ngayon na na-set up mo na ang lahat ng hardware, tingnan natin ang software na kinakailangan upang maiayos ang lahat.

Tandaan: Ang mga tagubilin sa pag-install ng ESP32 Arduino sa ibaba ay diretso mula sa Hakbang 2 ng aking nakaraang tutorial sa Bluetooth na ESP32. Ito ay isa sa mga lugar kung saan kung hindi mo pa ito maaaring maging isang magandang ideya na suriin ang tutorial na iyon upang malaman ang higit pa tungkol sa mga kakayahan ng Bluetooth ng ESP32.

Ito ay medyo halata, ngunit ang unang bagay na kailangan mong gawin ay i-install ang Arduino IDE. Sapat na sinabi.

Pag-install ng Package ng ESP32

Ang susunod na bagay na kailangan mong gawin ay i-install ang pakete ng ESP32 para sa Arduino IDE sa pamamagitan ng pagsunod sa mga tagubilin sa Windows o mga tagubilin sa Mac. Sasabihin ko iyon para sa Windows kapag sinabi sa iyo ng mga tagubilin na buksan ang "Git GUI" kailangan mong i-download at i-set up ang "Git" mula sa ibinigay na link at kung nahihirapan kang maghanap ng application na tinatawag na "Git GUI" kung gayon ang kailangan mo lang ang dapat gawin ay maghanap ng "Git GUI" sa menu ng pagsisimula at makikita mo ang isang maliit na icon ng pagtingin ng prompt na utos (tingnan ang naka-attach na screenshot sa itaas). Matatagpuan din ito sa "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" bilang default. Mula doon, sundin ang mga tagubilin at dapat kang maging mahusay na pumunta! Tandaan: Kung mayroon ka nang naka-install na pakete ng ESP32 sa Arduino IDE ngunit hindi mo nakuha ito pagkatapos na idagdag ang suporta sa BLE sa package, inirerekumenda kong pumunta sa "Documents / hardware / espressif" at tatanggalin ang folder na "esp32" at muling ginagawa ang mga tagubilin sa pag-set up sa itaas. Sinasabi ko ito dahil naranasan ko ang isang isyu kung saan kahit na sundin ang pamamaraan ng pag-update sa ilalim ng mga tagubilin ang mga halimbawa ng BLE ay hindi lilitaw sa "Mga Halimbawa" sa ilalim ng "Mga Halimbawa para sa ESP32 Dev Module" sa Arduino IDE.

Pagsubok sa ESP32

Sa Arduino IDE ang unang bagay na dapat mong gawin ay pumunta sa Tools / Board at piliin ang naaangkop na board. Kadalasan ay hindi talaga mahalaga kung alin ang pipiliin mo, ngunit ang ilang mga bagay ay maaaring maging tukoy sa board (karaniwang ang bilang ng GPIO at mga bagay na tulad nito) kaya't magbantay! Pinili ko ang "ESP32 Dev Module" para sa aking board. Magpatuloy din at piliin ang tamang COM port pagkatapos ikonekta ang board sa iyong computer sa pamamagitan ng USB cable.

Upang masuri kung ang pag-install ng ESP32 ay naging maayos, pumunta sa File / Mga halimbawa / ESP32 BLE Arduino at dapat mong makita ang maraming mga halimbawa ng sketch, tulad ng "BLE_scan", "BLE_notify", atbp Nangangahulugan ito na ang lahat ay maayos na na-set up sa Arduino IDE!

Ngayon na ang Arduino IDE ay naka-set up na, subukan kung gumagana talaga ito sa pamamagitan ng pagbubukas ng halimbawa ng Blink sa ilalim ng File -> Mga Halimbawa -> 01. Basics -> Blink at palitan ang lahat ng mga pagkakataon ng "LED_BUILTIN" sa "2" (ang default na numero ng GPIO na kinokontrol ang LED sa board ng DOIT ESP32 dev). Matapos i-upload ang sketch dapat mong makita ang asul na LED na kumukurap bawat segundo!

Hakbang 4: Reflowduino32 Demo Sketch

Pag-setup ng Library

Ngayon na mayroon ka ng naka-install na pakete ng ESP32 Arduino, pumunta sa Reflowduino Github repository at i-download ang Reflowduino_ESP32_Demo.ino sketch. (Kapag sinubukan mong buksan ito ay tatanungin ka ni Arduino kung nais mong lumikha ng isang naglalaman ng folder na may parehong pangalan tulad ng sketch, kung saan i-click ang "Oo" upang buksan ito). Ang sketch na ito ay isang komprehensibong demo ng oven na reflow na binabasa ang temperatura mula sa thermocouple, pana-panahong nagpapadala ng mga pagbabasa sa isang pasadyang Android app (nabanggit sa susunod na seksyon), kinokontrol ang relay (at sa huli ang toaster) alinsunod sa kontrol ng PID, at tumatanggap mga utos mula sa app. Ang lahat ng ito sa ESP32! Medyo maayos ha?

Ngayon upang maipon ang sketch na ito kakailanganin mo ang mga sumusunod na aklatan:

• Adafruit MAX31855 library
• Library ng Arduino PID

I-install ang mga aklatan na ito at i-verify na ang Reflowduino32 sketch ay nag-iipon pagkatapos i-upload ito sa iyong ESP32 dev board!

Mga Setting ng Reflow

Malapit sa tuktok na bahagi ng code mayroong isang bungkos ng mga #tukoy na mga linya. Ito ang mga bagay na maaari mong baguhin ayon sa iyong mga pangangailangan. Halimbawa, baka gusto mong mas mababa ang temperatura ng reflow kung mayroon kang low-temp solder paste, o mas mataas kung nanguna ka sa solder paste. Mapapansin mo na nagsama ako ng ilang mga tipikal na halaga para sa profile ng reflow at ang default ay dapat na gumana nang maayos sa low-temp lead-free solder paste. Maaari mo ring paganahin ang mga PID Constant sa paglaon sa kalsada depende sa iyong pisikal na pag-setup (kahit na marahil ito ay hindi kinakailangan). Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa solder paste at mga profile ng refow mangyaring tingnan ang pahina ng wiki na Github na ito.

Hakbang 5: Pag-setup ng App

Matapos i-upload ang demo sketch sa iyong ESP32 kakailanganin mong i-install ang Reflowduino32 Android app bilang huling hakbang sa paggana ng aming pag-set up! I-download lamang at mai-install ang.apk file sa isang Android device na may Bluetooth 4.0 o mas mataas at buksan ang app!

Kung hindi pa pinagana ang Bluetooth ay hihilingin sa iyo ng app na i-on ito. Tiyaking ang iyong ESP32 dev board ay pinapagana at pinapatakbo ang demo sketch. Ang unang bagay na dapat mong gawin ay kumonekta sa ESP32 sa pamamagitan ng Bluetooth sa app, pagkatapos ay ilang sandali matapos ang pindutan sa kaliwang tuktok ay nagsabing "Nakakonekta!" dapat mong makita ang mga pagbabasa ng temperatura na lilitaw sa screen kung ikinonekta mo nang tama ang themocouple. Kung hindi, mangyaring suriin ang thermocouple at tiyaking mayroon kang isang ligtas na koneksyon sa terminal ng tornilyo.

Ngayon ay oras na upang subukan ang mga nakakatuwang bagay! I-flip ang switch sa posisyon na "on" sa module ng Sidekick at pindutin ang pindutang "SIMULA" sa app. Ang ilaw ng toaster oven ay dapat na mag-ilaw at dapat mong marinig ang mga filament na gumawa ng isang mahinang ingay na kumakalabog at sa paglaon ay makita silang kumikinang habang umiinit sila! Dapat mo ring makita ang asul na LED sa ESP32 dev board na ilaw up upang ipahiwatig na ang proseso ng pagsasalamin ay isinasagawa.

Habang nagpapatuloy ang proseso ng reflow dapat mong makita ang isang magandang profile ng reflow na na-graphed sa app. Kapag naabot ng temperatura ang temperatura ng refow isang mahusay na kasanayan ay upang buksan ang pintuan ng oven ng toaster upang hayaang makatakas ang board upang ang cool na board, kung hindi man ay tumaas ang temperatura para sa ilang karagdagang oras. Sa klasikong Reflowduino board mayroong isang buzzer upang alertuhan ka kung kailan mo ito gagawin, ngunit dito mo lang hatulan ayon sa temperatura na ipinakita sa app na hindi mahirap.

Matapos ang board ay lumalamig sa isang tiyak na threshold (40 * C bilang default ngunit maaari mo itong palitan sa code) ang proseso ng pag-iisip ay magiging kumpleto at ang asul na LED ay papatayin at mai-save ng app ang data ng pagsasalamin sa isang file sa ang iyong telepono upang ma-import mo ito sa Excel. Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa pag-import ng naka-save na data sa Excel mangyaring tingnan ang pahina ng wiki na Github na ito.

Iyan na iyun!