ESP32 Bluetooth Reflow-Ofen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

In diesem Tutorial zeige ich Ihnen, wie Sie Ihren eigenen drahtlosen Reflow-Ofen bauen, damit Sie hochwertige Leiterplatten in Ihrer Küche montieren können, ohne sich Gedanken über das manuelle Drehen der Knöpfe und die Sorge machen zu müssen, ob Ihre Platinen zu heiß werden! Darüber hinaus werden wir die integrierte Bluetooth Low Energy (BLE)-Funktionalität des ESP32 verwenden (denn was würden Sie 2018 sonst noch verwenden) sowie ein Add-On-Modul, das ich als Teil eines Open gebaut habe -Source-Reflow-Control-Ökosystem namens "Reflowduino". Wir werden auch alles in der Arduino IDE-Umgebung programmieren und das, was wir in einem vorherigen Tutorial gelernt haben, verwenden, um das Reflow-Setup mit einer benutzerdefinierten Android-App zu steuern. Ich habe alle Designdateien, Beispiel-Arduino-Skizzen, Demo-App und Projekt-Wiki (viele Informationen!) auf meiner Reflowduino Github-Seite bereitgestellt.

Wenn Sie es noch nicht getan haben, lesen Sie bitte dieses Tutorial zur Verwendung der Bluetooth Low Energy-Funktion des ESP32 mit Arduino IDE und zum Herstellen einer Zwei-Wege-Kommunikation mit einer benutzerdefinierten Android-App, da es viele relevante Informationen zu dem enthält, was wir hier behandeln werden. Wenn Sie sich jedoch nicht wirklich für das Innenleben von Bluetooth und App interessieren, lesen Sie einfach weiter und ich zeige Ihnen, wie Sie Ihr Reflow-Ofen-Setup schmerzfrei zum Laufen bringen! Mein Ziel für dieses Tutorial ist es, es kurz und bündig zu machen und gleichzeitig die wichtigsten Botschaften zu vermitteln!

Sicherheitshinweis

Wenn Sie ein Anfänger in der Elektronik sind oder nicht über die richtige Erfahrung im Umgang mit Netzspannung verfügen, würde ich vorschlagen, dass Sie sich entweder nicht damit herumschlagen, einen Fachmann konsultieren oder weiterlernen, bis Sie ausreichend geübt sind! Ich hafte nicht für Missgeschicke, die durch Missbrauch des Reflowduino oder seiner zugehörigen Komponenten oder des elektrischen Systems (einschließlich Netzstrom) auftreten können. Treffen Sie alle erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen, wie Handschuhe und zertifizierte Schutzbrillen. Darüber hinaus wird davon abgeraten, dasselbe Gerät zum Aufschmelzen von Leiterplatten und auch zum Garen von Speisen für den Verzehr zu verwenden, da dies zu Lebensmittelvergiftungen führen kann, insbesondere bei bleihaltigem Lot. Sie sind für Ihre Handlungen voll verantwortlich und führen diese auf eigenes Risiko durch!

Damit legen wir los!

Schritt 1: Teile sammeln

Für dieses Tutorial benötigen Sie die folgenden Komponenten:

• DOIT ESP32-Entwicklungsboard
• Micro-USB-Kabel (um Code hochzuladen und die ESP32-Entwicklungsplatine mit Strom zu versorgen)
• Reflowduino32 "Rucksack"-Modul für das ESP32-Entwicklungsboard
• Toasterofen (lesen Sie die Kommentare unten für weitere Details)
• Thermoelement vom Typ K (im Lieferumfang von Reflowduino32 enthalten)
• Sidekick-Relaismodul (wird mit einem robusten C13-Stromkabel geliefert)
• 2x männlich-männlich Dupont Jumperdrähte (um den Reflowduino32 mit dem Relaismodul zu verbinden)
• Kleiner Schlitzschraubendreher (zum Anziehen der Schraubklemmen)

Die Hauptzutaten hier sind das ESP32-Entwicklungsboard, Reflowduino32 und das Sidekick-Relaismodul und natürlich der Toaster selbst. Ich werde jeden Punkt im Folgenden kurz erklären:

ESP32-Entwicklungsboard + Reflowduino32

Derzeit ist der Reflowduino32 so konzipiert, dass er an die ESP32-Entwicklungsplatine angeschlossen werden kann. Ich habe den Reflowduino32-Rucksack speziell für das ESP32-Entwicklerboard "DOIT" entworfen, da ich festgestellt habe, dass dieser online leicht verfügbar ist und weit verbreitet zu sein scheint. Wenn Sie jedoch ein anderes ESP32-Entwicklungsboard mit den gleichen Pinbelegungen und dem gleichen Pinabstand finden, lassen Sie es mich bitte wissen, denn das sollte auch funktionieren!

Toaster

Es sollte ziemlich offensichtlich sein, was dies im Großen und Ganzen bewirkt, aber es ist möglicherweise nicht so offensichtlich, welchen Typ und welches Modell man wählen sollte. Persönlich habe ich diesen billigen Walmart-Toasterofen getestet, der mit 1100 W bewertet wird und ziemlich allgemein ist. Ich denke, alles über 1000 W sollte für den Hobbygebrauch ausreichend sein, aber es gibt bestimmte Überlegungen. Die wichtigsten Dinge, auf die Sie bei einem Toaster achten sollten, sind die Leistung (vorzugsweise > 1000 W), die Größe (wie viele Platinen möchten Sie darin unterbringen?), die Tablettkonfiguration (hat er ein schönes, flaches Tablett, das Sie verwenden können?) die Leiterplatten eingeschaltet?) und ob es sich um einen Konvektions-Toaster-Ofen handelt oder nicht (vielleicht kochen Sie größere Plattenchargen und möchten eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im gesamten Ofen?). All diese Faktoren hängen wirklich von Ihrer persönlichen Anwendung ab, aber für mich hat der billige, generische Walmart-Toaster gut funktioniert.:)

Sie fragen sich vielleicht, was ist mit Kochplatten? Meiner Meinung nach würde ich von Kochplatten Abstand nehmen, da sie tendenziell eine hohe thermische Masse haben. Das bedeutet, dass sie sich aufheizen und auch nach dem Ausschalten noch gut aufheizen. Dies macht es für eine präzise Temperaturregelung wirklich unvorhersehbar, da die Temperatur um große Mengen überschwingen und möglicherweise gefährdete Komponenten auf Ihren Boards verletzen kann. Grundsätzlich würde die Verwendung einer Heizplatte den Zweck eines Reflow-Controllers von vornherein zunichte machen.

Relaismodul

Um die Temperatur zu steuern, müssen wir den Toaster entsprechend der vom Thermoelement abgelesenen Temperatur ein- und ausschalten. Der Toasterofen ist jedoch ein Wechselstromgerät und hat eine relativ hohe Leistung (mit 120-VAC-Toastern, die normalerweise etwa 8-10 A verbrauchen), sodass wir sicherstellen müssen, dass wir ihn ordnungsgemäß betreiben können, ohne das Relais zu überlasten. Ein weiterer Aspekt ist die Steuerspannung des Relais. Die meisten Bastlerrelais (Arduino-kompatibel), die hohe Ströme schalten können, sind für 5-V-Eingänge ausgelegt, aber in diesem Tutorial haben wir es mit einem ESP32 zu tun, der mit 3,3 V arbeitet. Dies bedeutet, dass das durchschnittliche Joe-Relaismodul für uns möglicherweise nicht funktioniert. Falls Sie jedoch ein anderes Relaismodul verwenden möchten, habe ich eine Funktion entwickelt, mit der Sie die Relaissteuerspannung von den standardmäßigen 3,3 V auf die "VIN" -Spannung der ESP32-Entwicklungsplatine ändern können, die standardmäßig ~ 5 V beträgt bei Stromversorgung über USB. Sie könnten es jedoch theoretisch mit etwas mehr als 5 V, sagen wir 9 V, extern versorgen, und dann beträgt die Relaissteuerspannung 9 V. Davon abgesehen benötigen Sie normalerweise nichts über 5 V.

Aus diesem Grund habe ich das Sidekick-Relaismodul entwickelt, ein Hochleistungs-Solid-State-Relais, das jedes legale 120-VAC-Gerät schalten kann und das ohne Klickgeräusch (Solid-State) wie herkömmliche Relais! Es hat auch sehr sichere und bequeme Anschlüsse und zum einfachen Anschließen des Geräts, des Mikrocontrollers und des Netzstroms (der Wechselstromsteckdose), daher werde ich dies hier verwenden. Das Coole daran ist, dass Sie nicht einmal den Toaster öffnen müssen, um ihn zu steuern!

Schritt 2: Hardware-Setup

Steuerungskonzepte

Eigentlich ist das Konzept ziemlich einfach: Unser Ziel ist es letztendlich, die Temperatur im Toaster zu kontrollieren. Dazu müssen wir den Toaster mit dem Relaismodul periodisch ein- und ausschalten, analog zu PWM, aber eine wirklich langsame Version davon (jedes Zeitfenster ist 2s, also könnte es für 1,5s an und für 0,5s ausgeschaltet sein).. Um das Relais anzusteuern, müssen wir ihm eine richtige Spannung an den Relaissteuerstiften geben (logisch HIGH = ON, LOW = OFF). In unserem Fall verbinden wir einfach die beiden Relais-Steuereingänge mit der Relais-Schraubklemme des Reflowduino32. Der Grund, warum wir die digitalen ESP32-Pins nicht direkt mit dem Relais verbinden, liegt darin, dass das Relais viel Strom zieht (im Vergleich zu dem, was die IO-Pins verarbeiten können) und wir den ESP32 nicht überlasten möchten. Der Reflowduino32 verfügt über eine MOSFET-Low-Side-Schaltung und kann einen Strom von über 200 mA verarbeiten, wodurch die Pins des ESP32 vor möglichen Schäden bewahrt werden.

Folgen Sie im Grunde einfach dem obigen Schaltplan "Reflowduino32 + Sidekick Control" und Sie sollten startklar sein!

Toaster-Ofen-Knöpfe

Ob Sie es glauben oder nicht, dies ist ein entscheidender Abschnitt in diesem Tutorial! Wenn Sie hier nicht aufpassen, werden Sie sich fragen, warum sich Ihr Toaster nicht einschaltet, obwohl Sie alles andere perfekt befolgt haben. Wieso den? Nun, damit wir den Toaster von außen (über sein Netzkabel) steuern können, ohne ihn zu öffnen, müssen wir den Toaster so machen, als ob er immer eingeschaltet wäre, wenn wir ihn direkt in die Wand stecken. Da der Toaster durch das Relais geschaltet wird, können wir steuern, wann der Toaster ausgeschaltet ist, aber wenn der Toaster manchmal eingeschaltet oder manchmal ausgeschaltet ist, wenn das Relais aktiv ist, dann stellen wir uns auf Fehler ein. Deshalb müssen wir als erstes die Knöpfe des Toasters einstellen. Die meisten Toaster haben drei Knöpfe: einen für die Temperatur, einen für die Backeinstellung und einen weiteren für den Timer. Was Sie tun müssen, ist Folgendes:

• Maximieren Sie die Temperatur (wir möchten nicht, dass unser Reflow-Prozess auf halbem Weg stoppt!)
• Stellen Sie die Kochoption auf "Backen" oder was auch immer alle Heizfäden im Inneren einschalten lässt!
• Maximiere den Timer oder drehe im Fall meines Toasters den Timer-Knopf auf "Bleib an", damit er sich nie ausschaltet!

Stecken Sie danach das Netzkabel des Toasters in eine Steckdose und Sie sollten hören und sehen, wie er sich einschaltet. Bingo! Falls Sie befürchten, dass Sie die Knöpfe versehentlich verlegen, können Sie sie mit Heißkleber anbringen, damit sie sich nicht bewegen!

Jetzt, da unser Toaster immer eingeschaltet ist, wenn er mit Strom versorgt wird, können wir ihn mit dem Relais ein- oder ausschalten, mit der Gewissheit, dass er sich tatsächlich einschaltet, wenn das Relais aktiv ist.

Verdrahtungshinweise

Hier sind nur einige Hinweise, die Ihnen bei der Zusammenstellung helfen können oder auch nicht:

• Das erste, was Sie tun möchten, ist den Reflowduino32-Rucksack in die ersten sechs Pins des DOIT ESP32-Entwicklungsboards zu stecken (so dass die Schraubklemmen auf der gleichen Seite wie der Micro-USB auf dem Dev-Board sind). Falls Sie sich fragen, ist der Rucksack so konzipiert, dass Sie weiterhin Dupont-Drähte in die ESP32-Entwicklungsplatine neben dem Reflowduino32 einführen können, wie im Bild oben gezeigt.
• Zu beachten ist auch die Polarität der Relaiseingänge. Sie sind beide neben den Schraubklemmen beschriftet, aber ich möchte Sie davor bewahren, sie versehentlich zu vertauschen und sich zu fragen, was los ist, wenn sich der Toaster nicht einschaltet!
• Außerdem müssen Sie das Thermoelement in der Schraubklemme des Reflowduino32-Rucksacks anschließen. Anfangs ist es möglicherweise schwer zu erkennen, welcher Draht welche Farbe hat (gelb oder rot), daher müssen Sie möglicherweise Ihren Fingernagel verwenden und die Isolierung vorsichtig leicht abziehen. Tun Sie dies jedoch nicht mit Gewalt, um das Ausfransen zu minimieren!
• Ich habe von einigen Leuten gelesen, dass Sie möglicherweise genauere Ergebnisse erhalten, wenn Sie das Thermoelement so in eine Schrottplatine einfädeln, dass die Spitze die Oberfläche der Platine berührt. Eine Schrottplatte ähnlicher Größe wie die Platten, die Sie zusammenbauen, verleiht dem Thermoelement eine vergleichbare thermische Masse und macht die Messwerte daher genauer. Dies ist sinnvoll, wenn Sie an eine Abkühlung denken; Ohne die Schrottplatine kühlt die Thermoelementspitze viel schneller ab als die Platinen, die Sie zusammenbauen, und das gleiche gilt für das Aufheizen viel schneller.
• Am Sidekick-Relaismodul befindet sich ein Netzschalter. Wenn dies nicht eingeschaltet ist, heizt der Toaster nicht auf! Lassen Sie es jedoch vorerst einfach weg, bevor wir den Code auf das ESP32-Board hochladen.

Schritt 3: ESP32 Arduino IDE-Setup

Nachdem Sie nun die gesamte Hardware eingerichtet haben, werfen wir einen Blick auf die Software, die Sie benötigen, um alles zum Laufen zu bringen.

Hinweis: Diese ESP32 Arduino-Installationsanweisungen unten stammen direkt aus Schritt 2 meines vorherigen ESP32-Bluetooth-Tutorials. Dies ist einer der Orte, an denen es eine gute Idee sein könnte, sich dieses Tutorial anzusehen, um mehr über die Bluetooth-Funktionen des ESP32 zu erfahren.

Dies ist ziemlich offensichtlich, aber das erste, was Sie tun müssen, ist die Arduino IDE zu installieren. Genug gesagt.

ESP32-Paketinstallation

Als nächstes müssen Sie das ESP32-Paket für Arduino IDE installieren, indem Sie den Windows-Anweisungen oder den Mac-Anweisungen folgen. Ich werde sagen, dass Sie für Windows, wenn Sie in den Anweisungen zum Öffnen von "Git GUI" aufgefordert werden, "Git" über den bereitgestellten Link herunterladen und einrichten müssen. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, eine Anwendung namens "Git GUI" zu finden, benötigen Sie alles, was Sie brauchen Dazu suchen Sie im Startmenü nach "Git GUI" und Sie sehen ein kleines Eingabeaufforderungssymbol (siehe angehängten Screenshot oben). Es befindet sich auch standardmäßig in "C:\Programme\Git\cmd\git-gui.exe". Befolgen Sie von dort aus die Anweisungen und Sie können loslegen! Hinweis: Wenn Sie das ESP32-Paket bereits in der Arduino IDE installiert haben, es aber nicht erhalten haben, nachdem dem Paket BLE-Unterstützung hinzugefügt wurde, würde ich empfehlen, zu "Documents/hardware/espressif" zu gehen und den Ordner "esp32" zu löschen und Wiederholen Sie die obigen Setup-Anweisungen. Ich sage dies, weil ich auf ein Problem gestoßen bin, bei dem die BLE-Beispiele auch nach Befolgen des Aktualisierungsverfahrens am Ende der Anweisungen nicht in den "Beispielen" unter "Beispiele für ESP32-Entwicklungsmodul" in der Arduino IDE angezeigt wurden.

ESP32-Test

In der Arduino IDE sollten Sie als erstes zu Tools / Board gehen und das entsprechende Board auswählen. Es spielt normalerweise keine Rolle, welches Sie wählen, aber einige Dinge können Board-spezifisch sein (normalerweise die GPIO-Nummerierung und ähnliches), also passen Sie auf! Ich habe "ESP32 Dev Module" für mein Board gewählt. Fahren Sie auch fort und wählen Sie den richtigen COM-Port, nachdem Sie das Board über das USB-Kabel mit Ihrem Computer verbunden haben.

Um zu überprüfen, ob die ESP32-Installation gut gelaufen ist, gehen Sie zu Datei / Beispiele / ESP32 BLE Arduino und Sie sollten mehrere Beispielskizzen wie "BLE_scan", "BLE_notify" usw. sehen. Dies bedeutet, dass in der Arduino IDE alles richtig eingerichtet ist!

Nachdem die Arduino IDE eingerichtet ist, testen Sie, ob sie wirklich funktioniert, indem Sie das Blink-Beispiel unter Datei -> Beispiele -> 01. Basics -> Blink öffnen und alle Instanzen von "LED_BUILTIN" auf "2" ändern (die Standard-GPIO-Nummer, die steuert die LED auf der DOIT ESP32-Entwicklungsplatine). Nach dem Hochladen der Skizze sollte die blaue LED jede Sekunde blinken!

Schritt 4: Reflowduino32-Demoskizze

Bibliothek einrichten

Nachdem Sie das ESP32 Arduino-Paket installiert haben, gehen Sie zum Reflowduino Github-Repository und laden Sie die Skizze Reflowduino_ESP32_Demo.ino herunter. (Wenn Sie versuchen, es zu öffnen, fragt Arduino Sie, ob Sie einen Ordner mit demselben Namen wie die Skizze erstellen möchten. Klicken Sie in diesem Fall auf "Ja", um ihn zu öffnen). Diese Skizze ist eine umfassende Reflow-Ofen-Demo, die die Temperatur vom Thermoelement liest, diese Messwerte regelmäßig an eine benutzerdefinierte Android-App sendet (im nächsten Abschnitt erwähnt), das Relais (und letztendlich den Toaster) entsprechend der PID-Steuerung steuert und empfängt Befehle aus der App. All dies auf dem ESP32! Ziemlich ordentlich oder?

Um diese Skizze zu kompilieren, benötigen Sie nun die folgenden Bibliotheken:

• Adafruit MAX31855-Bibliothek
• Arduino PID-Bibliothek

Installieren Sie diese Bibliotheken und überprüfen Sie, ob die Reflowduino32-Skizze kompiliert wird, und laden Sie sie dann auf Ihr ESP32-Entwicklungsboard hoch!

Reflow-Einstellungen

In der Nähe des oberen Teils des Codes befinden sich eine Reihe von #define-Zeilen. Dies sind Dinge, die Sie nach Ihren Bedürfnissen ändern können. Sie möchten beispielsweise, dass die Reflow-Temperatur niedriger ist, wenn Sie Lötpaste mit niedriger Temperatur verwenden, oder höher, wenn Sie bleihaltige Lötpaste verwenden. Sie werden feststellen, dass ich einige typische Werte für das Reflow-Profil angegeben habe und der Standardwert mit bleifreier Niedertemperatur-Lötpaste gut funktionieren sollte. Möglicherweise möchten Sie die PID-Konstanten später auch abhängig von Ihrem physischen Setup anpassen (obwohl dies wahrscheinlich nicht erforderlich ist). Weitere Informationen zu Lotpasten- und Reflow-Profilen finden Sie auf dieser Github-Wiki-Seite.

Schritt 5: App-Setup

Nachdem Sie die Demo-Skizze auf Ihren ESP32 hochgeladen haben, müssen Sie als letzten Schritt die Reflowduino32-Android-App installieren, damit unser Setup funktioniert! Laden Sie einfach die.apk-Datei herunter, installieren Sie sie auf einem Android-Gerät mit Bluetooth 4.0 oder höher und öffnen Sie die App!

Wenn Bluetooth noch nicht aktiviert ist, werden Sie von der App aufgefordert, es einzuschalten. Stellen Sie sicher, dass Ihr ESP32-Entwicklungsboard eingeschaltet ist und die Demoskizze ausgeführt wird. Als erstes muss man sich über die App per Bluetooth mit dem ESP32 verbinden, kurz darauf sagt der Button oben links "Verbunden!" Sie sollten Temperaturmesswerte auf dem Bildschirm sehen, wenn Sie das Thermoelement richtig angeschlossen haben. Falls nicht, überprüfen Sie bitte das Thermoelement und stellen Sie sicher, dass Sie eine sichere Verbindung in der Schraubklemme haben.

Jetzt ist es Zeit, die lustigen Sachen zu testen! Stellen Sie den Schalter am Sidekick-Modul in die Position „Ein“und drücken Sie die „START“-Taste in der App. Das Licht des Toasterofens sollte aufleuchten und Sie sollten hören, dass die Filamente ein schwaches klapperndes Geräusch machen und schließlich beim Aufheizen leuchten sehen! Sie sollten auch die blaue LED auf der ESP32-Entwicklungsplatine aufleuchten sehen, um anzuzeigen, dass der Reflow-Prozess im Gange ist.

Während der Reflow-Prozess fortgesetzt wird, sollten Sie ein schönes Reflow-Profil in der App sehen. Wenn die Temperatur die Reflow-Temperatur erreicht, empfiehlt es sich, die Ofentür des Toasters zu öffnen, damit die Hitze entweichen kann, damit die Platine abkühlen kann, andernfalls wird die Temperatur für einige Zeit ansteigen. Auf dem klassischen Reflowduino-Board gibt es einen Summer, der Sie darauf aufmerksam macht, aber hier müssen Sie nur nach der in der App angezeigten Temperatur urteilen, was nicht schwer ist.

Nachdem das Board auf einen bestimmten Schwellenwert abgekühlt ist (standardmäßig 40 * C, aber Sie können dies im Code ändern), gilt der Reflow-Prozess als abgeschlossen und die blaue LED erlischt und die App speichert die Reflow-Daten in einer Datei auf Ihr Telefon, damit Sie es in Excel importieren können. Weitere Informationen zum Importieren der gespeicherten Daten in Excel finden Sie auf dieser Github-Wiki-Seite.

Das wars so ziemlich!