Four de refusion Bluetooth ESP32 : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Dans ce tutoriel, je vais vous montrer comment construire votre propre four à refusion sans fil afin que vous puissiez assembler des PCB de qualité dans votre cuisine sans avoir à vous soucier de tourner manuellement les boutons et de vous inquiéter si vos planches deviennent trop chaudes ! Non seulement cela, mais nous utiliserons la fonctionnalité Bluetooth Low Energy (BLE) intégrée de l'ESP32 (car qu'utiliseriez-vous d'autre en 2018) ainsi qu'un module complémentaire que j'ai construit dans le cadre d'un open -écosystème de contrôle de reflow de la source appelé "Reflowduino". Nous allons également tout programmer dans l'environnement IDE Arduino et utiliser ce que nous avons appris dans un didacticiel précédent pour contrôler la configuration de la redistribution avec une application Android personnalisée. J'ai fourni tous les fichiers de conception, des exemples de croquis Arduino, une application de démonstration et un wiki de projet (beaucoup d'informations!) Sur ma page Reflowduino Github.

Si vous ne l'avez pas déjà fait, veuillez consulter ce didacticiel sur l'utilisation de la fonction Bluetooth Low Energy de l'ESP32 avec Arduino IDE et l'établissement d'une communication bidirectionnelle avec une application Android personnalisée, car il contient de nombreuses informations pertinentes liées à ce que nous allons couvrir ici.. Cependant, si vous ne vous souciez pas vraiment du fonctionnement interne du Bluetooth et de l'application, continuez à lire et je vais vous montrer comment faire fonctionner votre configuration de four à refusion sans douleur ! Mon objectif pour ce tutoriel est de le rendre court et agréable tout en faisant passer les messages clés !

Avis de sécurité

Si vous êtes débutant en électronique ou si vous n'avez pas l'expérience nécessaire pour travailler avec la tension secteur, je vous suggère de ne pas jouer avec, de consulter un professionnel ou de continuer à apprendre jusqu'à ce que vous soyez suffisamment compétent ! Je ne suis pas responsable des incidents pouvant survenir en raison d'une mauvaise utilisation du Reflowduino ou de ses composants associés ou du système électrique (y compris l'alimentation secteur). Prenez toutes les précautions de sécurité nécessaires, telles que des gants et des lunettes de sécurité certifiées. De plus, il n'est pas recommandé d'utiliser le même appareil pour refondre les PCB et également pour cuire des aliments destinés à la consommation, ce qui peut entraîner une intoxication alimentaire, en particulier avec la soudure au plomb. Vous êtes entièrement responsable de vos actions, et les effectuez à vos risques et périls !

Sur ce, commençons !

Étape 1: Rassemblez les pièces

Pour ce tutoriel, vous aurez besoin des composants suivants:

• Carte de développement DOIT ESP32
• Câble micro USB (pour télécharger le code et alimenter la carte de développement ESP32)
• Module "sac à dos" Reflowduino32 pour la carte de développement ESP32
• Four grille-pain (lisez les commentaires ci-dessous pour plus de détails)
• Thermocouple de type K (inclus avec Reflowduino32)
• Module de relais Sidekick (livré avec un câble d'alimentation C13 robuste)
• 2x cavaliers Dupont mâle-mâle (pour connecter le Reflowduino32 au module relais)
• Petit tournevis à tête plate (pour serrer les bornes à vis)

Les principaux ingrédients ici sont la carte de développement ESP32, Reflowduino32 et le module de relais Sidekick, et bien sûr, le four grille-pain lui-même. Je vais expliquer brièvement chaque élément ci-dessous:

Carte de développement ESP32 + Reflowduino32

Actuellement, le Reflowduino32 est conçu pour se brancher sur la carte de développement ESP32, la carte de développement doit donc avoir l'espacement et le brochage des en-têtes appropriés pour que cela fonctionne. J'ai conçu le sac à dos Reflowduino32 spécifiquement pour la carte de développement ESP32 "DOIT" car j'ai remarqué qu'il était facilement disponible en ligne et semble être largement utilisé. Cependant, si vous trouvez une autre carte de développement ESP32 qui a les mêmes brochages et espacement des broches, veuillez me le faire savoir car cela devrait également fonctionner!

Four grille-pain

Il devrait être assez évident de savoir ce que cela fait dans le grand schéma des choses, mais il se peut que le type et le modèle à choisir ne soient peut-être pas aussi évidents. Personnellement, j'ai testé ce four grille-pain Walmart bon marché qui est évalué à 1100W et est assez générique. Je pense que tout ce qui dépasse 1000W devrait être suffisant pour une utilisation amateur, mais il y a certaines considérations. Les éléments clés à rechercher dans un grille-pain sont la puissance (>1000W de préférence), la taille (combien de planches voulez-vous y mettre ?), la configuration du plateau (a-t-il un joli plateau plat que vous pouvez utiliser pour mettre le PCB est allumé ?) et s'il s'agit ou non d'un four grille-pain à convection (peut-être que vous cuisinerez de plus gros lots de planches et que vous voudriez une répartition plus uniforme de la température dans tout le four ?). Tous ces facteurs dépendent vraiment de votre application personnelle, mais pour moi, le grille-pain générique bon marché de Walmart a très bien fonctionné.:)

Vous pourriez demander, qu'en est-il des plaques chauffantes? À mon avis, j'éviterais les plaques chauffantes car elles ont tendance à avoir une masse thermique élevée. Cela signifie qu'ils vont chauffer et continuer à chauffer même bien après l'avoir éteint. Cela rend vraiment imprévisible un contrôle précis de la température, car la température peut dépasser de grandes quantités et potentiellement endommager les composants vulnérables de vos cartes. Fondamentalement, l'utilisation d'une plaque chauffante irait à l'encontre de l'objectif d'utiliser un contrôleur de refusion en premier lieu.

Module de relais

Afin de contrôler la température, nous devons allumer et éteindre le grille-pain en fonction de la température que nous lisons sur le thermocouple. Cependant, le four grille-pain est un appareil à courant alternatif et est relativement puissant (avec des grille-pain 120VAC tirant généralement environ 8-10A), nous devons donc nous assurer que nous pouvons le piloter correctement sans surcharger le relais. Une autre considération est la tension de commande du relais. La plupart des relais amateurs (compatibles Arduino) capables de commuter des courants élevés sont conçus pour des entrées 5V, mais dans ce tutoriel, nous avons affaire à un ESP32 qui fonctionne sur 3,3V. Cela signifie que le module de relais Joe moyen peut ne pas fonctionner pour nous. Cependant, au cas où vous voudriez utiliser un module de relais différent, j'ai conçu une fonctionnalité où vous pouvez changer la tension de contrôle du relais de la valeur par défaut de 3,3 V à la tension "VIN" de la carte de développement ESP32, qui par défaut est de ~ 5V lorsqu'il est alimenté par USB. Cependant, vous pouvez théoriquement l'alimenter en externe avec quelque chose de supérieur à 5V, disons 9V, puis la tension de commande du relais sera de 9V. Cela étant dit, vous n'aurez normalement besoin de rien au-dessus de 5V.

C'est en partie pourquoi j'ai créé le module de relais Sidekick, un relais à semi-conducteurs haute puissance capable de commuter n'importe quel appareil 120VAC légal et sans aucun bruit de clic (à semi-conducteurs) comme les relais traditionnels ! Il dispose également de connecteurs très sûrs et pratiques et pour connecter facilement l'appareil, le microcontrôleur et l'alimentation secteur (la prise murale CA), c'est donc ce que je vais utiliser ici. Ce qui est cool, c'est que vous n'avez même pas besoin d'ouvrir le grille-pain pour le contrôler !

Étape 2: configuration du matériel

Concepts de contrôle

Vraiment, le concept est assez simple: en fin de compte, notre objectif est de contrôler la température à l'intérieur du four grille-pain. Pour ce faire, nous devons contrôler périodiquement le four grille-pain avec le module relais, analogue au PWM mais une version vraiment lente (chaque fenêtre de temps est de 2 s, elle peut donc être allumée pendant 1,5 s et éteinte pendant 0,5 s). Afin de piloter le relais, nous devons lui donner une tension appropriée sur les broches de commande du relais (logique HIGH = ON, LOW = OFF). Dans notre cas, nous connectons simplement les deux entrées de commande de relais à la borne à vis de relais du Reflowduino32. La raison pour laquelle nous ne connectons pas directement les broches numériques de l'ESP32 au relais est que le relais consomme beaucoup de courant (par rapport à ce que les broches IO peuvent gérer) et nous ne voulons pas surcharger l'ESP32. Le Reflowduino32 comprend une commutation côté bas MOSFET et peut gérer plus de 200 mA de courant, épargnant ainsi les broches de l'ESP32 de tout dommage potentiel.

Fondamentalement, suivez simplement le schéma de câblage "Reflowduino32 + Sidekick Control" ci-dessus et vous devriez être prêt à partir !

Boutons du four grille-pain

Croyez-le ou non, il s'agit d'une section cruciale de ce tutoriel ! Si vous ne faites pas attention ici, vous vous demanderez pourquoi votre grille-pain ne s'allume pas même si vous avez parfaitement suivi tout le reste. Pourquoi? Eh bien, pour que nous puissions contrôler le grille-pain de l'extérieur (via son cordon d'alimentation) sans l'ouvrir, nous devons faire le grille-pain comme s'il était toujours allumé si nous devions le brancher directement au mur. Parce que le grille-pain est commuté par le relais, nous pouvons contrôler quand le grille-pain est éteint, mais si le grille-pain est parfois allumé ou parfois éteint lorsque le relais est actif, alors nous nous préparons à l'échec. C'est pourquoi la première chose que nous devons faire est de régler les boutons du grille-pain. La plupart des fours grille-pain ont trois boutons: un pour la température, un pour le réglage de la cuisson et un autre pour la minuterie. Ce que vous devez faire est le suivant:

• Maximisez la température (nous ne voulons pas que notre processus de refusion s'arrête à mi-chemin !)
• Réglez l'option de cuisson sur "Cuisson" ou tout ce qui fait que tous les filaments chauffants s'allument à l'intérieur !
• Maximisez la minuterie ou, dans le cas de mon grille-pain, tournez le bouton de la minuterie sur "Stay on" pour qu'il ne s'éteigne jamais !

Après cela, branchez le cordon d'alimentation du grille-pain dans une prise et vous devriez l'entendre et le voir s'allumer. Bingo ! Si vous craignez d'égarer accidentellement les boutons, n'hésitez pas à les coller à chaud pour qu'ils ne bougent jamais !

Maintenant que notre grille-pain est toujours allumé lorsqu'il est alimenté, nous pouvons l'allumer ou l'éteindre avec le relais avec la tranquillité d'esprit qu'il s'allumera effectivement lorsque le relais est actif.

Remarques sur le câblage

Voici quelques notes qui peuvent ou non vous aider à tout mettre en place:

• La première chose que vous voulez faire est de brancher le sac à dos Reflowduino32 dans les six premières broches de la carte de développement DOIT ESP32 (de sorte que les bornes à vis soient du même côté que le micro USB sur la carte de développement). Au cas où vous vous poseriez la question, le sac à dos est conçu pour que vous puissiez toujours insérer des fils Dupont dans la carte de développement ESP32 adjacente au Reflowduino32, comme indiqué dans l'image ci-dessus.
• Une autre chose à prendre en compte est la polarité des entrées de relais. Ils sont tous deux étiquetés à côté des bornes à vis, mais je veux vous éviter de les échanger accidentellement et de vous demander ce qui se passe lorsque le grille-pain ne s'allume pas !
• Vous devez également connecter le thermocouple dans la borne à vis du sac à dos Reflowduino32. Au début, il peut être difficile de voir quel fil est de quelle couleur (jaune ou rouge), vous devrez donc peut-être utiliser votre ongle et retirer légèrement l'isolant. Cependant, ne le faites pas avec force pour minimiser l'effilochage !
• J'ai lu de certaines personnes que vous pourriez obtenir des résultats plus précis si vous enfilez le thermocouple dans un PCB de rebut de telle sorte que la pointe entre en contact avec la surface du PCB. Une planche de ferraille de taille similaire aux planches que vous assemblez donnera au thermocouple une masse thermique comparable et rendra donc les lectures plus précises. Cela a du sens si vous pensez à vous rafraîchir; sans le PCB mis au rebut, la pointe du thermocouple refroidira beaucoup plus rapidement que les PCB que vous assemblez, et il en va de même pour le chauffage beaucoup plus rapide.
• Il y a un interrupteur d'alimentation sur le module de relais Sidekick. S'il n'est pas allumé, le grille-pain ne chauffera pas ! Cependant, pour l'instant, laissez-le simplement désactivé avant de télécharger le code sur la carte ESP32.

Étape 3: configuration de l'IDE ESP32 Arduino

Maintenant que vous avez configuré tout le matériel, examinons les logiciels nécessaires pour que tout soit opérationnel.

Remarque: ces instructions d'installation ESP32 Arduino ci-dessous proviennent directement de l'étape 2 de mon précédent didacticiel Bluetooth ESP32. C'est l'un de ces endroits où, si vous ne l'avez pas déjà fait, il peut être judicieux de consulter ce didacticiel pour en savoir plus sur les capacités Bluetooth de l'ESP32.

C'est assez évident, mais la première chose à faire est d'installer Arduino IDE. Assez dit.

Installation du paquet ESP32

La prochaine chose que vous devez faire est d'installer le package ESP32 pour Arduino IDE en suivant les instructions Windows ou les instructions Mac. Je dirai que pour Windows, lorsque les instructions vous indiquent d'ouvrir "Git GUI", vous devez télécharger et configurer "Git" à partir du lien fourni et si vous avez du mal à trouver une application appelée "Git GUI", alors tout ce dont vous avez besoin à faire est de rechercher "Git GUI" dans le menu Démarrer et vous verrez une petite icône ressemblant à une invite de commande (voir la capture d'écran ci-jointe). Il se trouve également dans "C:\Program Files\Git\cmd\git-gui.exe" par défaut. À partir de là, suivez les instructions et vous devriez être prêt à partir ! Remarque: si vous avez déjà installé le package ESP32 dans Arduino IDE mais que vous ne l'avez pas obtenu après l'ajout du support BLE au package, je vous recommande d'aller dans "Documents/hardware/espressif" et de supprimer le dossier "esp32" et refaire les instructions de configuration ci-dessus. Je dis cela parce que j'ai rencontré un problème où même après avoir suivi la procédure de mise à jour au bas des instructions, les exemples BLE n'apparaissaient pas dans les "Exemples" sous "Exemples pour le module de développement ESP32" dans Arduino IDE.

Test ESP32

Dans Arduino IDE, la première chose à faire est d'aller dans Outils / Carte et de sélectionner la carte appropriée. En général, peu importe celui que vous choisissez, mais certaines choses peuvent être spécifiques à la carte (généralement la numérotation GPIO et des choses comme ça), alors faites attention ! J'ai choisi "ESP32 Dev Module" pour ma carte. Allez-y également et choisissez le bon port COM après avoir connecté la carte à votre ordinateur via le câble USB.

Afin de vérifier si l'installation d'ESP32 s'est bien passée, allez dans Fichier / Exemples / ESP32 BLE Arduino et vous devriez voir plusieurs exemples de croquis, comme "BLE_scan", "BLE_notify", etc. Cela signifie que tout est configuré correctement dans Arduino IDE !

Maintenant que l'IDE Arduino est configuré, testez s'il fonctionne vraiment en ouvrant l'exemple Blink sous Fichier -> Exemples -> 01. Basics -> Blink et remplacez toutes les instances de "LED_BUILTIN" par "2" (le numéro GPIO par défaut qui contrôle la LED sur la carte de développement DOIT ESP32). Après avoir téléchargé le croquis, vous devriez voir la LED bleue clignoter toutes les secondes !

Étape 4: Esquisse de démonstration de Reflowduino32

Configuration de la bibliothèque

Maintenant que vous avez installé le package ESP32 Arduino, accédez au référentiel Reflowduino Github et téléchargez le croquis Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Lorsque vous essayez de l'ouvrir, Arduino vous demandera si vous souhaitez créer un dossier contenant le même nom que l'esquisse, auquel cas cliquez sur "Oui" pour l'ouvrir). Ce croquis est une démonstration complète du four à refusion qui lit la température du thermocouple, envoie périodiquement ces lectures à une application Android personnalisée (mentionnée dans la section suivante), contrôle le relais (et finalement le grille-pain) en conséquence sur la base du contrôle PID, et reçoit commandes de l'application. Tout ça sur l'ESP32 ! Plutôt chouette hein ?

Maintenant, pour compiler ce croquis, vous aurez besoin des bibliothèques suivantes:

• Bibliothèque Adafruit MAX31855
• Bibliothèque Arduino PID

Installez ces bibliothèques et vérifiez que le sketch Reflowduino32 se compile, puis téléchargez-le sur votre carte de développement ESP32 !

Paramètres de redistribution

Près de la partie supérieure du code, il y a un tas de lignes #define. Ce sont des choses que vous pouvez changer selon vos besoins. Par exemple, vous voudrez peut-être que la température de refusion soit plus basse si vous avez de la pâte à souder à basse température, ou plus élevée si vous avez de la pâte à souder au plomb. Vous remarquerez que j'ai inclus quelques valeurs typiques pour le profil de refusion et que la valeur par défaut devrait bien fonctionner avec de la pâte à souder sans plomb à basse température. Vous voudrez peut-être également ajuster les constantes PID plus tard en fonction de votre configuration physique (bien que ce ne soit probablement pas nécessaire). Pour plus d'informations sur les profils de pâte à souder et de refusion, veuillez consulter cette page wiki Github.

Étape 5: Configuration de l'application

Après avoir téléchargé le croquis de démonstration sur votre ESP32, vous devrez installer l'application Android Reflowduino32 comme dernière étape pour que notre configuration fonctionne ! Téléchargez et installez simplement le fichier.apk sur un appareil Android avec Bluetooth 4.0 ou supérieur et ouvrez l'application !

Si Bluetooth n'est pas déjà activé, l'application vous demandera de l'activer. Assurez-vous que votre carte de développement ESP32 est sous tension et exécute le croquis de démonstration. La première chose que vous devez faire est de vous connecter à l'ESP32 via Bluetooth sur l'application, puis peu de temps après le bouton en haut à gauche dit "Connecté!" vous devriez voir des lectures de température apparaître à l'écran si vous avez correctement connecté le thermocouple. Si ce n'est pas le cas, vérifiez le thermocouple et assurez-vous d'avoir une connexion sécurisée dans la borne à vis.

Il est maintenant temps de tester les trucs amusants! Basculez l'interrupteur sur la position « on » sur le module Sidekick et appuyez sur le bouton « START » de l'application. La lumière du four grille-pain devrait s'allumer et vous devriez entendre les filaments faire un léger bruit de cliquetis et éventuellement les voir briller pendant qu'ils chauffent ! Vous devriez également voir la LED bleue de la carte de développement ESP32 s'allumer pour indiquer que le processus de refusion est en cours.

Au fur et à mesure que le processus de refusion se poursuit, vous devriez voir un beau profil de refusion être représenté graphiquement sur l'application. Lorsque la température atteint la température de refusion, une bonne pratique consiste à ouvrir la porte du grille-pain pour laisser la chaleur s'échapper afin que la planche puisse refroidir, sinon la température augmentera pendant un certain temps supplémentaire. Sur la carte Reflowduino classique, il y a un buzzer pour vous alerter quand faire cela, mais ici, vous n'aurez qu'à juger en fonction de la température affichée sur l'application, ce qui n'est pas difficile.

Une fois que la carte a refroidi jusqu'à un certain seuil (40 * C par défaut mais vous pouvez le modifier dans le code), le processus de refusion sera considéré comme terminé et la LED bleue s'éteindra et l'application enregistrera les données de refusion dans un fichier sur votre téléphone pour pouvoir l'importer dans Excel. Pour plus d'informations sur l'importation des données enregistrées dans Excel, veuillez consulter cette page wiki Github.

C'est à peu près ça !