ESP32 Bluetooth Reflow Ugn: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

I den här självstudien visar jag dig hur du bygger din egen trådlösa återflödningsugn så att du kan montera kvalitets -kretskort i ditt kök utan att behöva oroa dig för att vrida vredet manuellt och oroa dig om dina brädor blir för heta! Inte bara det utan vi kommer att använda den inbyggda Bluetooth Low Energy (BLE) -funktionen i ESP32 (för vad skulle du annars använda under 2018) samt en tilläggsmodul som jag har byggt som en del av en öppen -källa för återflödeskontrollekosystem som kallas "Reflowduino". Vi kommer också att programmera allt i Arduino IDE -miljön och använda det vi har lärt oss i en tidigare handledning för att styra återflödesinställningen med en anpassad Android -app. Jag har tillhandahållit alla designfiler, exempelvis Arduino -skisser, demo -app och projektwiki (mycket information!) På min Reflowduino Github -sida.

Om du inte redan har gjort det kan du läsa denna handledning om hur du använder ESP32: s Bluetooth Low Energy-funktion med Arduino IDE och upprättar tvåvägskommunikation med en anpassad Android-app eftersom den har mycket relevant information relaterad till vad vi kommer att täcka här. Men om du inte riktigt bryr dig om Bluetooth och appens inre funktioner, fortsätt bara läsa så ska jag visa dig hur du får din reflow -ugn att fungera smärtfritt! Mitt mål för denna handledning är att göra den kort och söt samtidigt som jag får fram de viktigaste meddelandena!

Säkerhetsfriskrivning

Om du är nybörjare inom elektronik eller inte har rätt erfarenhet av att arbeta med nätspänning, föreslår jag att du antingen inte krånglar till det, konsulterar en professionell eller fortsätter att lära dig tills du är tillräckligt skicklig! Jag ansvarar inte för eventuella olyckor som kan uppstå på grund av missbruk av Reflowduino eller dess tillhörande komponenter eller elektriska system (inklusive nätström). Vidta alla nödvändiga säkerhetsåtgärder, t.ex. handskar och certifierade skyddsglasögon. Dessutom rekommenderas det inte att du använder samma apparat för att återfylla PCB och för att tillaga mat för konsumtion, vilket kan leda till matförgiftning, särskilt med blyad lödning. Du är fullt ansvarig för dina handlingar och utför dem på egen risk!

Med det, låt oss komma igång!

Steg 1: Samla delar

För denna handledning behöver du följande komponenter:

• DOIT ESP32 utvecklingskort
• Micro USB -kabel (för att ladda upp kod och driva ESP32 dev -kortet)
• Reflowduino32 "ryggsäck" -modul för ESP32 dev -kortet
• Brödrost (läs kommentarerna nedan för mer information)
• K-typ termoelement (ingår i Reflowduino32)
• Sidekick -relämodul (levereras med en kraftig C13 -strömkabel)
• 2x man-han Dupont-bygelkablar (för att ansluta Reflowduino32 till relämodulen)
• Liten platt skruvmejsel (för åtdragning av skruvplintarna)

Huvudingredienserna här är ESP32 dev board, Reflowduino32 och Sidekick relämodul, och naturligtvis själva brödrostugnen. Jag ska kort förklara varje objekt nedan:

ESP32 Dev Board + Reflowduino32

För närvarande är Reflowduino32 utformad för att anslutas till ESP32 dev -kortet så att dev -kortet måste ha rätt sidhuvudavstånd och pinouts för att detta ska fungera. Jag har designat Reflowduino32 ryggsäcken speciellt för "DOIT" ESP32 dev -kortet eftersom jag märkte att detta var lätt tillgängligt online och verkar användas i stor utsträckning. Men om du hittar ett annat ESP32 dev -kort som har samma pinouts och stiftavstånd, vänligen meddela mig eftersom det borde fungera också!

Smörgåsgrill

Det borde vara ganska uppenbart vad detta gör i det stora upplägget av saker, men det kanske inte är så uppenbart om vilken typ och modell som ska väljas. Personligen testade jag denna billiga Walmart -brödrostugn som är klassad till 1100W och är ganska generisk. Jag tror att allt över 1000W borde vara tillräckligt för hobbybrukare men det finns vissa överväganden. De viktigaste sakerna att leta efter i en brödrost är wattstyrkan (> 1000W helst), storlek (hur många brädor vill du passa i den?), Brickkonfigurationen (har den en fin, platt bricka du kan använda för att lägga är kretskortet på?) och om det är en konvektionsbrödrost eller inte (kanske lagar du större skivor och vill ha en jämnare temperaturfördelning i hela ugnen?). Alla dessa faktorer beror verkligen på din personliga applikation men för mig fungerade den billiga, generiska Walmart -brödrosten alldeles utmärkt.:)

Du kanske frågar, hur är det med kokplattor? Enligt min mening skulle jag undvika kokplattor eftersom de tenderar att ha hög termisk massa. Vad detta betyder är att de kommer att värmas upp och fortsätta värmas upp även efter att du har stängt av den. Detta gör det verkligen oförutsägbart för exakt temperaturkontroll eftersom temperaturen kan överskjuta i stora mängder och eventuellt skada sårbara komponenter på dina brädor. I grund och botten skulle en värmeplatta besegra syftet med att använda en återflödesregulator i första hand.

Relämodul

För att kontrollera temperaturen måste vi styra och stänga av brödrosten enligt temperaturen vi läser från termoelementet. Brödrostugnen är emellertid en AC-apparat och har relativt hög effekt (med 120VAC-brödrostar som normalt drar cirka 8-10A) så vi måste se till att vi kan köra den ordentligt utan att överbelasta reläet. En annan faktor är reläets styrspänning. De flesta hobbyreläer (Arduino-kompatibla) som kan växla höga strömmar är klassade för 5V-ingångar, men i den här handledningen har vi att göra med en ESP32 som fungerar på 3,3V. Det betyder att den genomsnittliga Joe -relämodulen kanske inte fungerar för oss. Men om du vill använda en annan relämodul har jag designat en funktion där du kan ändra relästyrspänningen från standard 3.3V till "VIN" -spänningen på ESP32 dev -kortet, som som standard är ~ 5V när den drivs via USB. Men du kan teoretiskt externt driva den med något högre än 5V, säg 9V, och då kommer relästyrspänningen att vara 9V. Med detta sagt behöver du normalt ingenting över 5V.

Detta är delvis varför jag skapade Sidekick-relämodulen, ett högeffekts solid-state-relä som kan byta alla lagliga 120VAC-apparater och utan klickljud (solid-state) som traditionella reläer! Den har också mycket säkra och bekväma kontakter och för enkel anslutning av apparaten, mikrokontrollern och nätströmmen (vägguttaget) så det här är vad jag kommer att använda här. Den coola delen är att du inte ens behöver öppna brödrostugnen för att styra den!

Steg 2: Maskinvaruinstallation

Kontrollkoncept

Konceptet är verkligen ganska enkelt: I slutändan är vårt mål att kontrollera temperaturen inuti brödrostugnen. För att göra detta måste vi regelbundet slå på och stänga av brödrostugnen med relämodulen, analog med PWM men en riktigt långsam version av den (varje fönster är 2s, så det kan vara på i 1,5s och av i 0,5s). För att driva reläet måste vi ge det en korrekt spänning på reläets styrstift (logik HIGH = ON, LOW = OFF). I vårt fall ansluter vi helt enkelt de två relästyringångarna till Reflowduino32: s reläskruvterminal. Anledningen till att vi inte direkt ansluter de digitala ESP32 -stiften till reläet är att reläet drar en bra bit ström (jämfört med vad IO -stiften kan hantera) och vi vill inte överbelasta ESP32. Reflowduino32 inkluderar MOSFET lågsidesväxling och kan hantera över 200mA ström, vilket sparar ESP32-stiften från eventuella skador.

Följ i princip bara kopplingsschemat "Reflowduino32 + Sidekick Control" ovan och du borde vara bra att gå!

Brödrostsugnar

Tro det eller ej, det här är ett avgörande avsnitt i denna handledning! Om du inte uppmärksammar dig här undrar du varför din brödrost inte slås på även om du följt allt annat perfekt. Varför? Tja, för att vi ska kunna styra brödrosten externt (via nätsladden) utan att öppna den måste vi göra brödrosten som om den alltid var på om vi skulle ansluta den direkt till väggen. Eftersom brödrosten byts av reläet kan vi styra när brödrosten är avstängd, men om brödrosten ibland är på eller ibland av när reläet är aktivt ställer vi upp för fel. Det är därför det första vi måste göra är att ställa in brödrostens rattar. De flesta brödrostugnar kommer att ha tre vred: en för temperaturen, en för bakningsinställningen och en annan för timern. Vad du behöver göra är följande:

• Maximera temperaturen (vi vill inte att vår återflödesprocess ska stanna halvvägs!)
• Ställ tillagningsalternativet på "Baka" eller vad som helst som gör att alla värmefibrer slås på inuti!
• Maximera timern eller, när det gäller min brödrost, vrid timerknappen till "Stay on" så att den aldrig stängs av!

När du har gjort detta, koppla in brödrostens nätsladd till ett uttag och du bör höra och se att den slås på. Bingo! Om du är rädd att du av misstag kommer att placera knapparna, kan du varmt limma dem på plats så att de aldrig rör sig!

Nu när vår brödrost alltid är på när den är påslagen kan vi slå på eller av den med reläet med sinnesro att den verkligen kommer att slås på när reläet är aktivt.

Anslutningsnoteringar

Här är bara några anteckningar som kanske eller inte kan hjälpa dig när du sätter ihop allt:

• Det första du vill göra är att ansluta Reflowduino32 -ryggsäcken till de första sex stiften på DOIT ESP32 dev -kortet (så att skruvplintarna sitter på samma sida som mikro -USB på dev -kortet). Om du undrar är ryggsäcken utformad så att du fortfarande kan sätta in Dupont -ledningar i ESP32 dev -kortet intill Reflowduino32 som visas på bilden ovan.
• En annan sak att notera är polariteten hos reläingångarna. De är båda märkta bredvid skruvterminalerna men jag vill skona dig från att av misstag byta dem och undra vad som händer när brödrosten inte slås på!
• Du måste också ansluta termoelementet i skruvterminalen på Reflowduino32 -ryggsäcken. Först kan det vara svårt att se vilken tråd som har vilken färg (gul eller röd) så du kan behöva använda din nagel och försiktigt dra bort isoleringen något. Men gör inte detta kraftfullt för att minimera slitage!
• Jag har läst från vissa människor att du kan få mer exakta resultat om du träder in termoelementet i ett skrotkort så att spetsen kommer i kontakt med ytan på kretskortet. En skiva av samma storlek som de brädor du monterar kommer att ge termoelementet en jämförbar termisk massa och därför göra avläsningarna mer exakta. Detta är vettigt om du tänker på att svalna; utan skrotkortet kommer termoelementspetsen att svalna mycket snabbare än kretskortet du monterar, och samma sak gäller när du värmer upp mycket snabbare.
• Det finns en strömbrytare på Sidekick -relämodulen. Om detta inte sätts på kommer brödrosten inte att värmas upp! Men låt den vara avstängd innan vi laddar upp koden till ESP32 -kortet.

Steg 3: ESP32 Arduino IDE Setup

Nu när du har all hårdvara installerad, låt oss ta en titt på den programvara som behövs för att få allt igång.

Obs! Dessa installationsanvisningar för ESP32 Arduino nedan kommer direkt från steg 2 i min tidigare ESP32 Bluetooth -handledning. Detta är en av de platser där om du inte redan har gjort det kan det vara en bra idé att kolla in denna handledning för att lära dig mer om ESP32: s Bluetooth -funktioner.

Detta är ganska uppenbart, men det första du behöver göra är att installera Arduino IDE. Nog sagt.

ESP32 -paketinstallation

Nästa sak du behöver göra är att installera ESP32 -paketet för Arduino IDE genom att följa Windows -instruktionerna eller Mac -instruktionerna. Jag kommer att säga att för Windows när instruktionerna säger att du ska öppna "Git GUI" måste du ladda ner och konfigurera "Git" från länken och om du har svårt att hitta ett program som heter "Git GUI" behöver du allt du behöver att göra är att söka "Git GUI" i startmenyn och du kommer att se en liten kommandotolk med en snygg ikon (se bifogad skärmdump ovan). Det finns också i "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" som standard. Därifrån, följ instruktionerna och du borde vara bra att gå! Obs! Om du redan har ESP32 -paketet installerat i Arduino IDE men du inte fick det efter att BLE -stöd lades till i paketet, rekommenderar jag att du går till "Dokument/maskinvara/espressif" och tar bort "esp32" -mappen och gör om installationsinstruktionerna ovan. Jag säger detta för att jag stötte på ett problem där även efter att ha följt uppdateringsproceduren längst ner i instruktionerna inte BLE -exemplen förekom i "Exempel" under "Exempel för ESP32 Dev -modul" i Arduino IDE.

ESP32 -test

I Arduino IDE är det första du ska göra att gå till Tools / Board och välja rätt kort. Det spelar vanligtvis ingen roll vilken du väljer, men vissa saker kan vara brädspecifika (vanligtvis GPIO-numrering och liknande) så se upp! Jag valde "ESP32 Dev Module" för mitt kort. Fortsätt också och välj rätt COM -port efter att du har anslutit kortet till din dator via USB -kabeln.

För att kontrollera om ESP32 -installationen gick bra, gå till Arkiv / Exempel / ESP32 BLE Arduino och du bör se flera exempelskisser, som "BLE_scan", "BLE_notify", etc. Detta betyder att allt är korrekt konfigurerat i Arduino IDE!

Nu när Arduino IDE är klart, testa om det verkligen fungerar genom att öppna Blink -exemplet under Arkiv -> Exempel -> 01. Basics -> Blink och ändra alla instanser av "LED_BUILTIN" till "2" (standard GPIO -nummer som styr lysdioden på DOIT ESP32 dev -kortet). Efter att ha laddat upp skissen bör du se den blå lysdioden blinka varje sekund!

Steg 4: Reflowduino32 Demoskiss

Installation av bibliotek

Nu när du har ESP32 Arduino -paketet installerat, gå till Reflowduino Github -förvaret och ladda ner Reflowduino_ESP32_Demo.ino -skissen. (När du försöker öppna den kommer Arduino att fråga dig om du vill skapa en innehållande mapp med samma namn som skissen, i så fall klicka på "Ja" för att öppna den). Denna skiss är en omfattande reflow -ugnsdemo som läser temperaturen från termoelementet, periodiskt skickar dessa avläsningar till en anpassad Android -app (nämns i nästa avsnitt), styr reläet (och slutligen brödrosten) baserat på PID -kontroll och tar emot kommandon från appen. Allt detta på ESP32! Ganska snyggt va?

För att kunna sammanställa denna skiss behöver du följande bibliotek:

• Adafruit MAX31855 bibliotek
• Arduino PID -bibliotek

Installera dessa bibliotek och verifiera att Reflowduino32 -skissen kompilerar och ladda upp den till ditt ESP32 dev -kort!

Återflödesinställningar

Nära den övre delen av koden finns det ett gäng #define -rader. Det här är saker du kan ändra efter dina behov. Till exempel kanske du vill att återflödestemperaturen ska vara lägre om du har lödpasta med låg temp eller högre om du har blypasta med bly. Du kommer att märka att jag har inkluderat några typiska värden för återflödesprofilen och standard bör fungera bra med blyfri lödpasta med låg temperatur. Du kanske också vill ställa in PID -konstanterna senare på vägen beroende på din fysiska inställning (även om detta förmodligen inte är nödvändigt). Mer information om lödpasta och återflödesprofiler finns på denna Github -wikisida.

Steg 5: Appinstallation

När du har laddat upp demoskissen till din ESP32 måste du installera Reflowduino32 Android -appen som det sista steget för att få vår installation att fungera! Hämta bara och installera.apk -filen på en Android -enhet med Bluetooth 4.0 eller högre och öppna appen!

Om Bluetooth inte redan är aktiverat kommer appen att be dig slå på den. Se till att ditt ESP32 dev -kort är igång och kör demoskissen. Det första du måste göra är att ansluta till ESP32 via Bluetooth i appen, sedan kort efter knappen längst upp till vänster står det "Ansluten!" du bör se temperaturavläsningar visas på skärmen om du kopplade ihop dem korrekt. Om du inte gör det, kontrollera termoelementet och se till att du har en säker anslutning i skruvterminalen.

Nu är det dags att testa det roliga! Vrid omkopplaren till "på" -läget på Sidekick -modulen och tryck på "START" -knappen i appen. Brödrostens ugns ljus ska lysa och du bör höra filamenten göra ett svagt skramlande ljud och så småningom se dem lysa när de värms upp! Du bör också se den blå lysdioden på ESP32 dev -kortet tändas för att indikera omflödesprocessen pågår.

När återflödesprocessen fortsätter bör du se en fin återflödesprofil som visas på appen. När temperaturen når återflödestemperaturen är det bra att öppna luckan till brödrosten så att värmen släpper ut så att brädan kan svalna, annars stiger temperaturen ytterligare en tid. På det klassiska Reflowduino -kortet finns en summer för att varna dig när du ska göra detta, men här måste du bara döma efter temperaturen som visas i appen, vilket inte är svårt.

Efter att tavlan svalnat till en viss tröskel (40 *C som standard men du kan ändra detta i koden) kommer återflödesprocessen att anses vara klar och den blå lysdioden släcks och appen sparar återflödesdata till en fil på telefonen så att du kan importera den till Excel. Mer information om hur du importerar sparade data till Excel finns på denna Github -wikisida.

Det är i stort sett det!