ESP32 Bluetooth Reflow Oven: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Trong hướng dẫn này, tôi sẽ chỉ cho bạn cách xây dựng lò nướng không dây của riêng bạn để bạn có thể lắp ráp PCB chất lượng trong nhà bếp của mình mà không phải lo lắng về việc vặn các nút theo cách thủ công và lo lắng nếu bo mạch của bạn quá nóng! Không chỉ vậy, chúng tôi sẽ sử dụng chức năng Bluetooth Low Energy (BLE) tích hợp sẵn của ESP32 (vì bạn sẽ sử dụng những gì khác vào năm 2018) cũng như một mô-đun bổ trợ mà tôi đã xây dựng như một phần của một chương trình mở -source hệ sinh thái kiểm soát dòng chảy lại được gọi là "Reflowduino". Chúng tôi cũng sẽ lập trình mọi thứ trong môi trường Arduino IDE và sử dụng những gì chúng tôi đã học được trong hướng dẫn trước để kiểm soát thiết lập chỉnh lại dòng bằng ứng dụng Android tùy chỉnh. Tôi đã cung cấp tất cả các tệp thiết kế, bản phác thảo Arduino ví dụ, ứng dụng demo và wiki dự án (rất nhiều thông tin!) Trên trang Reflowduino Github của tôi.

Nếu bạn chưa có, vui lòng xem hướng dẫn này về cách sử dụng tính năng Năng lượng thấp Bluetooth của ESP32 với Arduino IDE và thiết lập giao tiếp hai chiều với ứng dụng Android tùy chỉnh vì nó có rất nhiều thông tin thích hợp liên quan đến những gì chúng tôi sẽ đề cập ở đây. Tuy nhiên, nếu bạn không thực sự quan tâm đến hoạt động bên trong của Bluetooth và ứng dụng, chỉ cần tiếp tục đọc và tôi sẽ chỉ cho bạn cách thiết lập lò chỉnh nhiệt hoạt động dễ dàng! Mục tiêu của tôi cho hướng dẫn này là làm cho nó ngắn gọn và hấp dẫn trong khi vẫn truyền tải được các thông điệp chính!

Tuyên bố từ chối trách nhiệm về an toàn

Nếu bạn là người mới bắt đầu về điện tử hoặc không có kinh nghiệm thích hợp để làm việc với điện áp chính, tôi khuyên bạn không nên làm phiền nó, tham khảo ý kiến chuyên gia hoặc tiếp tục học cho đến khi bạn đủ thành thạo! Tôi không chịu trách nhiệm về bất kỳ rủi ro nào có thể xảy ra do sử dụng sai Reflowduino hoặc các thành phần liên quan hoặc hệ thống điện của nó (bao gồm cả nguồn điện lưới). Thực hiện tất cả các biện pháp phòng ngừa an toàn khi cần thiết, chẳng hạn như găng tay và kính an toàn đã được chứng nhận. Hơn nữa, bạn không nên sử dụng cùng một thiết bị để làm nóng lại PCB và cũng để nấu thức ăn để tiêu thụ, điều này có thể dẫn đến ngộ độc thực phẩm, đặc biệt là với chất hàn có chì. Bạn hoàn toàn chịu trách nhiệm về các hành động của mình và tự chịu rủi ro khi thực hiện chúng!

Với điều đó, chúng ta hãy bắt đầu!

Bước 1: Thu thập các bộ phận

Đối với hướng dẫn này, bạn sẽ cần các thành phần sau:

• DOIT Ban phát triển ESP32
• Cáp micro USB (để tải mã lên và cấp nguồn cho bảng nhà phát triển ESP32)
• Mô-đun "ba lô" Reflowduino32 cho bảng nhà phát triển ESP32
• Lò nướng bánh mì (đọc bình luận bên dưới để biết thêm chi tiết)
• Cặp nhiệt điện loại K (đi kèm với Reflowduino32)
• Mô-đun chuyển tiếp Sidekick (đi kèm với cáp nguồn C13 hạng nặng)
• 2x dây nhảy Dupont nam-nam (để kết nối Reflowduino32 với mô-đun tiếp sức)
• Tua vít đầu dẹt nhỏ (để siết chặt các đầu vít)

Các thành phần chính ở đây là bảng nhà phát triển ESP32, Reflowduino32, và mô-đun tiếp sức Sidekick, và tất nhiên, chính lò nướng bánh mì. Tôi sẽ giải thích ngắn gọn từng mục dưới đây:

Bảng nhà phát triển ESP32 + Reflowduino32

Hiện tại Reflowduino32 được thiết kế để cắm vào bảng nhà phát triển ESP32 vì vậy bảng nhà phát triển cần có khoảng cách tiêu đề và sơ đồ chân thích hợp để điều này hoạt động. Tôi đã thiết kế ba lô Reflowduino32 đặc biệt cho bảng nhà phát triển "DOIT" ESP32 vì tôi nhận thấy điều này đã có sẵn trên mạng và dường như được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, nếu bạn tìm thấy một bảng nhà phát triển ESP32 khác có cùng sơ đồ chân và khoảng cách chân, vui lòng cho tôi biết vì điều đó cũng sẽ hoạt động!

Lò nướng bánh

Nó sẽ khá rõ ràng những gì điều này làm trong sơ đồ lớn của mọi thứ nhưng nó có thể không quá rõ ràng về loại và mô hình để chọn. Cá nhân tôi đã thử nghiệm lò nướng bánh mì Walmart giá rẻ này được đánh giá ở mức 1100W và khá chung chung. Tôi nghĩ rằng bất kỳ thứ gì trên 1000W sẽ là đủ để sử dụng cho người có sở thích nhưng có một số cân nhắc nhất định. Những điều quan trọng cần tìm ở một máy nướng bánh mì là công suất (tốt nhất là> 1000W), kích thước (bạn muốn lắp bao nhiêu bo mạch vào trong đó?), Cấu hình khay (nó có khay phẳng, đẹp mà bạn có thể sử dụng để đặt không? PCB đang bật?) và liệu đó có phải là lò nướng bánh mì đối lưu hay không (có thể bạn sẽ nấu những mẻ bo mạch lớn hơn và muốn phân bố nhiệt độ đồng đều hơn trong lò?). Tất cả những yếu tố này thực sự phụ thuộc vào ứng dụng cá nhân của bạn nhưng đối với tôi, máy nướng bánh mì Walmart giá rẻ, thông thường hoạt động tốt.:)

Bạn có thể hỏi, những gì về đĩa nóng? Theo ý kiến của tôi, tôi nên tránh xa các tấm nóng vì chúng có xu hướng có khối lượng nhiệt cao. Điều này có nghĩa là chúng sẽ nóng lên và tiếp tục nóng lên ngay cả sau khi bạn tắt nó đi. Điều này khiến việc kiểm soát nhiệt độ chính xác thực sự không thể đoán trước được vì nhiệt độ có thể vượt quá mức lớn và có khả năng làm tổn thương bất kỳ thành phần dễ bị tổn thương nào trên bo mạch của bạn. Về cơ bản, việc sử dụng một đĩa nóng sẽ đánh bại mục đích của việc sử dụng bộ điều khiển chỉnh nhiệt ngay từ đầu.

Mô-đun chuyển tiếp

Để kiểm soát nhiệt độ, chúng ta cần điều khiển bật và tắt máy nướng bánh mì theo nhiệt độ mà chúng ta đọc được từ cặp nhiệt điện. Tuy nhiên, lò nướng bánh mì là thiết bị điện xoay chiều và có công suất tương đối cao (với lò nướng bánh mì 120VAC thường vẽ khoảng 8-10A) vì vậy chúng ta cần đảm bảo rằng chúng ta có thể lái đúng cách mà không làm quá tải rơ le. Một xem xét khác là điện áp điều khiển của rơle. Hầu hết các rơ le theo sở thích (tương thích với Arduino) có khả năng chuyển đổi dòng điện cao được đánh giá cho đầu vào 5V nhưng trong hướng dẫn này, chúng tôi đang xử lý một ESP32 hoạt động trên 3.3V. Điều này có nghĩa là mô-đun chuyển tiếp Joe trung bình có thể không hoạt động đối với chúng tôi. Tuy nhiên, trong trường hợp bạn muốn sử dụng mô-đun rơle khác, tôi đã thiết kế một tính năng mà bạn có thể thay đổi điện áp điều khiển rơle từ 3.3V mặc định thành điện áp "VIN" của bảng nhà phát triển ESP32, theo mặc định là ~ 5V khi được cấp nguồn qua USB. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, bạn có thể cấp nguồn bên ngoài cho nó với thứ gì đó cao hơn 5V, chẳng hạn như 9V, và khi đó điện áp điều khiển rơle sẽ là 9V. Điều đó đang được nói, thông thường bạn sẽ không cần bất cứ thứ gì trên 5V.

Đây là một phần lý do tại sao tôi tạo ra mô-đun rơle Sidekick, một rơle trạng thái rắn công suất cao có khả năng chuyển đổi bất kỳ thiết bị 120VAC hợp pháp nào và không có bất kỳ tiếng ồn khi nhấp chuột (trạng thái rắn) như các rơle truyền thống! Nó cũng có các đầu nối rất an toàn và tiện lợi và để dễ dàng kết nối thiết bị, bộ vi điều khiển và nguồn điện chính (ổ cắm trên tường AC), vì vậy đây là những gì tôi sẽ sử dụng ở đây. Điều thú vị là bạn thậm chí không cần phải mở lò nướng bánh mì để điều khiển nó!

Bước 2: Thiết lập phần cứng

Các khái niệm kiểm soát

Thực sự, khái niệm khá đơn giản: Cuối cùng mục tiêu của chúng tôi là kiểm soát nhiệt độ bên trong lò nướng bánh mì. Để làm được điều này, chúng ta cần điều khiển lò nướng bánh mì bật và tắt định kỳ bằng mô-đun rơ le, tương tự như PWM nhưng phiên bản chậm hoàn toàn của nó (mỗi cửa sổ thời gian là 2 giây, vì vậy nó có thể bật trong 1,5 giây và tắt trong 0,5 giây). Để dẫn động rơle, chúng ta cần cung cấp cho nó một điện áp thích hợp trên các chân điều khiển rơle (logic HIGH = ON, LOW = OFF). Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi chỉ cần kết nối hai đầu vào điều khiển rơle với đầu cuối vít rơle của Reflowduino32. Lý do chúng tôi không kết nối trực tiếp các chân kỹ thuật số ESP32 với rơ le là vì rơ le hút một lượng dòng điện tốt (so với những gì các chân IO có thể xử lý) và chúng tôi không muốn làm quá tải ESP32. Reflowduino32 bao gồm chuyển mạch bên thấp MOSFET và có thể xử lý dòng điện trên 200mA, do đó giúp các chân của ESP32 tránh được bất kỳ hư hỏng tiềm ẩn nào.

Về cơ bản, bạn chỉ cần làm theo sơ đồ nối dây "Reflowduino32 + Sidekick Control" ở trên và bạn sẽ thực hiện tốt!

Núm Lò nướng bánh mì

Tin hay không thì tùy, đây là một phần quan trọng trong hướng dẫn này! Nếu bạn không chú ý ở đây, bạn sẽ tự hỏi tại sao máy nướng bánh mì của bạn không bật ngay cả khi bạn đã làm theo mọi thứ khác một cách hoàn hảo. Tại sao? Vâng, để chúng tôi điều khiển máy nướng bánh mì bên ngoài (thông qua dây nguồn của nó) mà không cần mở nó ra, chúng tôi phải làm cho máy nướng bánh mì như thể nó luôn bật nếu chúng ta cắm nó trực tiếp vào tường. Bởi vì máy nướng bánh mì được chuyển mạch bằng rơ le, chúng ta có thể kiểm soát khi máy nướng bánh mì tắt, nhưng nếu máy nướng bánh mì đôi khi bật hoặc đôi khi tắt khi rơ le hoạt động thì chúng ta đang tự thiết lập cho mình sự thất bại. Đây là lý do tại sao điều đầu tiên chúng ta phải làm là đặt các nút của máy nướng bánh mì. Hầu hết các lò nướng bánh mì sẽ có ba nút bấm: một nút cho nhiệt độ, một nút cho cài đặt nướng và một nút khác để hẹn giờ. Những gì bạn cần làm là:

• Tăng nhiệt độ tối đa (chúng tôi không muốn quá trình chỉnh nhiệt của chúng tôi dừng lại giữa chừng!)
• Đặt tùy chọn nấu ăn thành "Nướng" hoặc bất cứ điều gì làm cho tất cả các dây nóng bật bên trong!
• Tăng tối đa bộ hẹn giờ hoặc, trong trường hợp máy nướng bánh mì của tôi, hãy xoay núm hẹn giờ thành "Luôn bật" để nó không bao giờ tắt!

Sau khi thực hiện việc này, cắm dây nguồn của máy nướng bánh mì vào ổ cắm và bạn sẽ nghe thấy và thấy nó bật. Chơi lô tô! Nếu trong trường hợp bạn sợ rằng mình sẽ vô tình đặt nhầm các nút bấm, hãy dùng keo nóng để chúng không bao giờ di chuyển!

Giờ đây, máy nướng bánh mì của chúng tôi luôn bật khi được cấp nguồn, chúng tôi có thể bật hoặc tắt nó bằng rơ le với sự yên tâm rằng nó sẽ thực sự bật khi rơ le hoạt động.

Ghi chú về hệ thống dây điện

Dưới đây chỉ là một số lưu ý có thể giúp bạn hoặc không khi kết hợp mọi thứ lại với nhau:

• Điều đầu tiên bạn muốn làm là cắm ba lô Reflowduino32 vào sáu chân đầu tiên của bảng nhà phát triển DOIT ESP32 (sao cho các đầu nối vít nằm ở cùng phía với micro USB trên bảng nhà phát triển). Trong trường hợp bạn đang phân vân, ba lô được thiết kế để bạn vẫn có thể cắm dây Dupont vào bảng dev ESP32 liền kề với Reflowduino32 như trong hình trên.
• Một điều khác cần lưu ý là cực của các đầu vào rơle. Cả hai đều được dán nhãn bên cạnh các đầu nối vít nhưng tôi muốn bạn không vô tình tráo đổi chúng và tự hỏi điều gì sẽ xảy ra khi máy nướng bánh mì không bật!
• Bạn cũng cần kết nối cặp nhiệt điện trong đầu vít trên ba lô Reflowduino32. Lúc đầu, có thể khó nhận biết dây nào có màu nào (vàng hoặc đỏ), vì vậy bạn có thể phải dùng móng tay và nhẹ nhàng bóc lớp cách điện trở lại. Tuy nhiên, đừng cố gắng làm điều này để giảm thiểu sờn!
• Tôi đã đọc từ một số người rằng bạn có thể nhận được kết quả chính xác hơn nếu bạn luồn cặp nhiệt điện vào một PCB phế liệu sao cho đầu nhọn tiếp xúc với bề mặt của PCB. Một bảng phế liệu có kích thước tương tự với bảng bạn đang lắp ráp sẽ cung cấp cho khối lượng nhiệt tương đương của cặp nhiệt điện và do đó làm cho kết quả đọc chính xác hơn. Điều này có ý nghĩa nếu bạn nghĩ đến việc hạ nhiệt; nếu không có PCB phế liệu, đầu cặp nhiệt điện sẽ hạ nhiệt nhanh hơn nhiều so với PCB mà bạn đang lắp ráp và điều này cũng xảy ra với việc nóng lên nhanh hơn nhiều.
• Có một công tắc nguồn trên mô-đun chuyển tiếp Sidekick. Nếu điều này không được bật, máy nướng bánh mì sẽ không nóng lên! Tuy nhiên, bây giờ chỉ cần tắt nó đi trước khi chúng tôi tải mã lên bảng ESP32.

Bước 3: Thiết lập ESP32 Arduino IDE

Bây giờ bạn đã thiết lập xong tất cả phần cứng, hãy xem phần mềm cần thiết để thiết lập và chạy mọi thứ.

Lưu ý: Các hướng dẫn cài đặt ESP32 Arduino dưới đây bắt nguồn từ Bước 2 của hướng dẫn ESP32 Bluetooth trước đây của tôi. Đây là một trong những nơi mà nếu bạn chưa có, bạn có thể nên xem hướng dẫn đó để tìm hiểu thêm về khả năng Bluetooth của ESP32.

Điều này khá rõ ràng, nhưng điều đầu tiên bạn cần làm là cài đặt Arduino IDE. Nói đủ rồi.

Cài đặt gói ESP32

Điều tiếp theo bạn cần làm là cài đặt gói ESP32 cho Arduino IDE bằng cách làm theo hướng dẫn Windows hoặc hướng dẫn Mac. Tôi sẽ nói rằng đối với Windows khi hướng dẫn cho bạn biết để mở "Git GUI", bạn phải tải xuống và thiết lập "Git" từ liên kết được cung cấp và nếu bạn gặp khó khăn trong việc tìm kiếm một ứng dụng có tên "Git GUI" thì tất cả những gì bạn cần việc cần làm là tìm kiếm "Git GUI" trong menu bắt đầu và bạn sẽ thấy một biểu tượng tìm kiếm lệnh nhỏ (xem ảnh chụp màn hình đính kèm ở trên). Nó cũng nằm trong "C: / Program Files / Git / cmd / git-gui.exe" theo mặc định. Từ đó, hãy làm theo các hướng dẫn và bạn sẽ tốt để đi! Lưu ý: Nếu bạn đã cài đặt gói ESP32 trong Arduino IDE nhưng bạn không nhận được nó sau khi hỗ trợ BLE được thêm vào gói, tôi khuyên bạn nên chuyển đến "Documents / hardware / espressif" và xóa thư mục "esp32" và thực hiện lại các hướng dẫn thiết lập ở trên. Tôi nói điều này vì tôi đã gặp phải sự cố mà ngay cả sau khi làm theo quy trình cập nhật ở cuối hướng dẫn, các ví dụ BLE vẫn không xuất hiện trong "Ví dụ" trong "Ví dụ cho Mô-đun nhà phát triển ESP32" trong Arduino IDE.

Kiểm tra ESP32

Trong Arduino IDE, điều đầu tiên bạn nên làm là vào Tools / Board và chọn board thích hợp. Thường không thực sự quan trọng bạn chọn cái nào, nhưng một số thứ có thể dành riêng cho hội đồng quản trị (điển hình là đánh số GPIO và những thứ tương tự), vì vậy hãy chú ý! Tôi đã chọn "Mô-đun nhà phát triển ESP32" cho bảng của mình. Cũng hãy tiếp tục và chọn đúng cổng COM sau khi kết nối bo mạch với máy tính của bạn qua cáp USB.

Để kiểm tra xem quá trình cài đặt ESP32 có diễn ra tốt không, hãy truy cập File / Examples / ESP32 BLE Arduino và bạn sẽ thấy một số bản phác thảo ví dụ, như "BLE_scan", "BLE_notify", v.v. Điều này có nghĩa là mọi thứ được thiết lập đúng cách trong Arduino IDE!

Bây giờ Arduino IDE đã được thiết lập xong, hãy kiểm tra xem nó có thực sự hoạt động hay không bằng cách mở ví dụ Blink trong File -> Examples -> 01. Basics -> Blink và thay đổi tất cả các phiên bản của "LED_BUILTIN" thành "2" (số GPIO mặc định đó điều khiển đèn LED trên bảng phát triển DOIT ESP32). Sau khi tải lên bản phác thảo, bạn sẽ thấy đèn LED màu xanh lam nhấp nháy mỗi giây!

Bước 4: Phác thảo Demo Reflowduino32

Thiết lập Thư viện

Bây giờ bạn đã cài đặt gói Arduino ESP32, hãy truy cập kho lưu trữ Reflowduino Github và tải xuống bản phác thảo Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Khi bạn cố gắng mở nó, Arduino sẽ hỏi bạn có muốn tạo một thư mục chứa có cùng tên với bản phác thảo hay không, trong trường hợp đó, hãy nhấp vào "Có" để mở nó). Bản phác thảo này là bản trình diễn lò nướng chỉnh nhiệt toàn diện đọc nhiệt độ từ cặp nhiệt độ, gửi định kỳ các kết quả đọc đó đến ứng dụng Android tùy chỉnh (được đề cập trong phần tiếp theo), điều khiển rơ le (và cuối cùng là máy nướng bánh mì) tương ứng dựa trên điều khiển PID và nhận lệnh từ ứng dụng. Tất cả điều này trên ESP32! Khá gọn gàng hả?

Bây giờ để biên dịch bản phác thảo này, bạn sẽ cần các thư viện sau:

• Thư viện Adafruit MAX31855
• Thư viện Arduino PID

Cài đặt các thư viện này và xác minh rằng bản phác thảo Reflowduino32 biên dịch sau đó tải nó lên bảng nhà phát triển ESP32 của bạn!

Cài đặt Reflow

Gần phần trên cùng của mã có một loạt các dòng #define. Đây là những thứ bạn có thể thay đổi theo nhu cầu của mình. Ví dụ: bạn có thể muốn nhiệt độ nung chảy lại thấp hơn nếu bạn có bột hàn nhiệt độ thấp hoặc cao hơn nếu bạn có bột hàn có chì. Bạn sẽ nhận thấy rằng tôi đã bao gồm một số giá trị điển hình cho cấu hình chỉnh lại và giá trị mặc định sẽ hoạt động tốt với keo hàn không chì nhiệt độ thấp. Bạn cũng có thể muốn điều chỉnh các hằng số PID sau này tùy thuộc vào thiết lập vật lý của bạn (mặc dù điều này có thể không cần thiết). Để biết thêm thông tin về hồ sơ hàn và hàn lại, vui lòng xem trang wiki Github này.

Bước 5: Thiết lập ứng dụng

Sau khi tải bản phác thảo demo lên ESP32, bạn sẽ cần cài đặt ứng dụng Reflowduino32 Android như bước cuối cùng để thiết lập của chúng tôi hoạt động! Chỉ cần tải xuống và cài đặt tệp.apk trên thiết bị Android có Bluetooth 4.0 trở lên và mở ứng dụng!

Nếu Bluetooth chưa được bật, ứng dụng sẽ yêu cầu bạn bật nó lên. Đảm bảo bảng nhà phát triển ESP32 của bạn được cấp nguồn và chạy bản phác thảo demo. Điều đầu tiên bạn phải làm là kết nối với ESP32 qua Bluetooth trên ứng dụng, sau đó không lâu sau nút ở trên cùng bên trái cho biết "Đã kết nối!" bạn sẽ thấy các chỉ số nhiệt độ xuất hiện trên màn hình nếu bạn đã kết nối cặp nhiệt điện đúng cách. Nếu không, vui lòng kiểm tra cặp nhiệt điện và đảm bảo rằng bạn có kết nối an toàn trong đầu nối vít.

Bây giờ là lúc để thử nghiệm những thứ thú vị! Lật công tắc sang vị trí "bật" trên mô-đun Sidekick và nhấn nút "BẮT ĐẦU" trên ứng dụng. Đèn của lò nướng bánh mì sẽ sáng lên và bạn sẽ nghe thấy các sợi tóc phát ra tiếng kêu lạch cạch và cuối cùng thấy chúng phát sáng khi chúng nóng lên! Bạn cũng sẽ thấy đèn LED màu xanh lam trên bảng nhà phát triển ESP32 sáng lên để cho biết quá trình chỉnh lại đang được tiến hành.

Khi quá trình chỉnh lại tiếp tục, bạn sẽ thấy một hồ sơ chỉnh lại đẹp được vẽ biểu đồ trên ứng dụng. Khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ nung lại, cách thực hành tốt là mở cửa lò nướng bánh mì để nhiệt thoát ra ngoài để bo mạch có thể hạ nhiệt, nếu không nhiệt độ sẽ tăng thêm một thời gian nữa. Trên bảng Reflowduino cổ điển có một bộ rung để cảnh báo bạn khi nào cần làm điều này, nhưng ở đây bạn sẽ chỉ phải đánh giá theo nhiệt độ hiển thị trên ứng dụng, điều này không khó.

Sau khi bo mạch nguội xuống một ngưỡng nhất định (40 * C theo mặc định nhưng bạn có thể thay đổi điều này trong mã) quá trình chỉnh lại sẽ được coi là hoàn tất và đèn LED màu xanh lam sẽ tắt và ứng dụng sẽ lưu dữ liệu chỉnh lại vào một tệp. điện thoại của bạn để bạn có thể nhập nó vào Excel. Để biết thêm thông tin về cách nhập dữ liệu đã lưu vào Excel, vui lòng xem trang wiki Github này.

Nó khá là nhiều!