ESP32 Bluetooth Reflow Oven: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Dalam tutorial ini saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana membuat oven reflow nirkabel Anda sendiri sehingga Anda dapat merakit PCB berkualitas di dapur Anda tanpa harus khawatir memutar kenop secara manual dan khawatir jika papan Anda menjadi terlalu panas! Tidak hanya itu tetapi kami akan menggunakan fungsionalitas Bluetooth Low Energy (BLE) bawaan dari ESP32 (karena apa lagi yang akan Anda gunakan pada tahun 2018) serta modul tambahan yang saya buat sebagai bagian dari open -sumber ekosistem kontrol reflow yang disebut "Reflowduino". Kami juga akan memprogram semuanya di lingkungan Arduino IDE dan menggunakan apa yang telah kami pelajari di tutorial sebelumnya untuk mengontrol pengaturan reflow dengan aplikasi Android khusus. Saya telah menyediakan semua file desain, contoh sketsa Arduino, aplikasi demo, dan wiki proyek (banyak info!) Di halaman Reflowduino Github saya.

Jika Anda belum melakukannya, silakan lihat tutorial ini tentang menggunakan fitur Bluetooth Hemat Energi ESP32 dengan Arduino IDE dan membangun komunikasi dua arah dengan aplikasi Android khusus karena memiliki banyak informasi terkait yang akan kita bahas di sini. Namun, jika Anda tidak terlalu peduli dengan cara kerja Bluetooth dan aplikasi, teruskan membaca dan saya akan menunjukkan cara agar pengaturan oven reflow Anda bekerja tanpa rasa sakit! Tujuan saya untuk tutorial ini adalah membuatnya singkat dan manis sambil tetap menyampaikan pesan utama!

Penafian Keamanan

Jika Anda seorang pemula dalam elektronik atau tidak memiliki pengalaman yang tepat untuk bekerja dengan tegangan listrik, saya sarankan agar Anda tidak mengacaukannya, berkonsultasilah dengan profesional, atau terus belajar sampai Anda cukup mahir! Saya tidak bertanggung jawab atas segala kecelakaan yang mungkin terjadi karena penyalahgunaan Reflowduino atau komponen terkait atau sistem kelistrikannya (termasuk daya listrik). Ambil semua tindakan pencegahan keselamatan yang diperlukan, seperti sarung tangan dan kacamata keselamatan bersertifikat. Selain itu, Anda tidak disarankan menggunakan alat yang sama untuk mengalirkan kembali PCB dan juga memasak makanan untuk konsumsi, yang dapat menyebabkan keracunan makanan, terutama dengan solder bertimbal. Anda bertanggung jawab penuh atas tindakan Anda, dan melakukannya dengan risiko Anda sendiri!

Dengan itu, mari kita mulai!

Langkah 1: Kumpulkan Bagian

Untuk tutorial ini Anda memerlukan komponen berikut:

• Papan pengembangan DOIT ESP32
• Kabel USB mikro (untuk mengunggah kode dan memberi daya pada papan dev ESP32)
• Modul "ransel" Reflowduino32 untuk papan pengembang ESP32
• Oven pemanggang roti (baca komentar di bawah untuk lebih jelasnya)
• Termokopel tipe-K (disertakan dengan Reflowduino32)
• Modul relai Sidekick (dilengkapi dengan kabel daya C13 tugas berat)
• 2x kabel jumper Dupont pria-pria (untuk menghubungkan Reflowduino32 ke modul relai)
• Obeng pipih kecil (untuk mengencangkan terminal sekrup)

Bahan utama di sini adalah papan dev ESP32, Reflowduino32, dan modul relai Sidekick, dan tentu saja, oven pemanggang roti itu sendiri. Saya akan menjelaskan secara singkat setiap item di bawah ini:

Papan Pengembang ESP32 + Reflowduino32

Saat ini Reflowduino32 dirancang untuk dihubungkan ke papan dev ESP32 sehingga papan dev harus memiliki jarak header dan pinout yang tepat agar ini berfungsi. Saya telah merancang ransel Reflowduino32 khusus untuk papan dev "DOIT" ESP32 karena saya perhatikan ini sudah tersedia secara online dan tampaknya digunakan secara luas. Namun, jika Anda menemukan papan dev ESP32 lain yang memiliki pinouts dan jarak pin yang sama, beri tahu saya karena itu juga akan berfungsi!

oven pemanggang roti

Seharusnya agak jelas apa yang dilakukan ini dalam skema besar tetapi mungkin tidak begitu jelas jenis dan model mana yang harus dipilih. Secara pribadi saya menguji oven pemanggang roti Walmart murah ini yang diberi peringkat 1100W dan cukup umum. Saya pikir apa pun di atas 1000W harus memadai untuk penggunaan hobi tetapi ada pertimbangan tertentu. Hal-hal utama yang harus diperhatikan dalam pemanggang roti adalah watt (>1000W lebih disukai), ukuran (berapa banyak papan yang ingin Anda muat di dalamnya?), konfigurasi baki (apakah memiliki baki datar yang bagus yang dapat Anda gunakan untuk meletakkan PCB menyala?) dan apakah itu oven pemanggang roti konveksi (mungkin Anda akan memasak papan dalam jumlah yang lebih besar dan menginginkan distribusi suhu yang lebih merata di seluruh oven?). Semua faktor ini sangat bergantung pada aplikasi pribadi Anda, tetapi bagi saya pemanggang roti Walmart generik yang murah berfungsi dengan baik.:)

Anda mungkin bertanya, bagaimana dengan piring panas? Menurut pendapat saya, saya akan menghindari pelat panas karena mereka cenderung memiliki massa termal yang tinggi. Artinya, mereka akan memanas dan terus memanas bahkan setelah Anda mematikannya. Ini membuatnya benar-benar tidak dapat diprediksi untuk kontrol suhu yang tepat karena suhu dapat melampaui batas dalam jumlah besar dan berpotensi melukai komponen yang rentan di papan Anda. Pada dasarnya menggunakan hot plate akan mengalahkan tujuan penggunaan pengontrol reflow di tempat pertama.

Modul Relay

Untuk mengontrol suhu kita perlu mengontrol pemanggang roti dan mematikan sesuai dengan suhu yang kita baca dari termokopel. Namun, oven pemanggang roti adalah alat AC dan dayanya relatif tinggi (dengan pemanggang roti 120VAC biasanya menarik sekitar 8-10A) jadi kita perlu memastikan bahwa kita dapat mengemudikannya dengan benar tanpa membebani relai. Pertimbangan lain adalah kontrol tegangan relai. Kebanyakan relai hobi (kompatibel dengan Arduino) yang mampu mengalihkan arus tinggi dinilai untuk input 5V tetapi dalam tutorial ini kita berurusan dengan ESP32 yang beroperasi pada 3.3V. Ini berarti modul relai Joe rata-rata mungkin tidak berfungsi untuk kami. Namun, jika Anda ingin menggunakan modul relai yang berbeda, saya telah merancang fitur di mana Anda dapat mengubah tegangan kontrol relai dari 3.3V default ke tegangan "VIN" pada papan dev ESP32, yang secara default adalah ~5V ketika diaktifkan melalui USB. Namun, Anda secara teoritis dapat memberi daya eksternal dengan sesuatu yang lebih tinggi dari 5V, katakanlah 9V, dan kemudian tegangan kontrol relai akan menjadi 9V. Karena itu, Anda biasanya tidak memerlukan apa pun di atas 5V.

Inilah sebagian alasan mengapa saya membuat modul relai Sidekick, relai solid-state berdaya tinggi yang mampu mengganti peralatan 120VAC legal dan tanpa suara klik (solid-state) seperti relai tradisional! Ini juga memiliki konektor yang sangat aman dan nyaman dan untuk dengan mudah menghubungkan alat, mikrokontroler, dan daya listrik (stopkontak AC) jadi inilah yang akan saya gunakan di sini. Bagian kerennya adalah Anda bahkan tidak perlu membuka oven pemanggang roti untuk mengontrolnya!

Langkah 2: Pengaturan Perangkat Keras

Konsep Kontrol

Sungguh, konsepnya cukup mudah: Pada akhirnya tujuan kami adalah mengontrol suhu di dalam oven pemanggang roti. Untuk melakukan ini, kita perlu mengontrol dan mematikan oven pemanggang roti secara berkala dengan modul relai, analog dengan PWM tetapi versinya sangat lambat (setiap jendela waktu adalah 2 detik, jadi bisa menyala selama 1,5 detik dan mati selama 0,5 detik). Untuk menggerakkan relai kita perlu memberikan tegangan yang tepat pada pin kontrol relai (logika HIGH = ON, LOW = OFF). Dalam kasus kami, kami hanya menghubungkan dua input kontrol relai ke terminal sekrup relai Reflowduino32. Alasan kami tidak langsung menghubungkan pin digital ESP32 ke relai adalah karena relai menarik sedikit arus yang baik (dibandingkan dengan apa yang dapat ditangani oleh pin IO) dan kami tidak ingin membebani ESP32. Reflowduino32 termasuk MOSFET low-side switching dan dapat menangani lebih dari 200mA arus, sehingga menghemat pin ESP32 dari potensi kerusakan.

Pada dasarnya cukup ikuti diagram pengkabelan "Reflowduino32 + Sidekick Control" di atas dan Anda harus siap!

Tombol Oven Pemanggang Roti

Percaya atau tidak, ini adalah bagian penting dalam tutorial ini! Jika Anda tidak memperhatikan di sini, Anda akan bertanya-tanya mengapa pemanggang roti Anda tidak menyala meskipun Anda mengikuti yang lainnya dengan sempurna. Mengapa? Nah, agar pemanggang roti bisa kita kendalikan secara eksternal (melalui kabel listriknya) tanpa membukanya, kita harus membuat pemanggang roti seolah-olah selalu menyala jika kita menancapkannya langsung ke dinding. Karena pemanggang roti diaktifkan oleh relai kita dapat mengontrol saat pemanggang roti mati, tetapi jika pemanggang roti kadang-kadang hidup atau kadang-kadang mati saat relai aktif maka kita sedang mengatur diri kita sendiri untuk kegagalan. Inilah sebabnya mengapa hal pertama yang harus kita lakukan adalah mengatur kenop pemanggang roti. Kebanyakan oven pemanggang roti memiliki tiga kenop: satu untuk suhu, satu untuk pengaturan memanggang, dan satu lagi untuk pengatur waktu. Yang perlu Anda lakukan adalah sebagai berikut:

• Maksimalkan suhu (kami tidak ingin proses reflow kami berhenti di tengah jalan!)
• Setel opsi memasak ke "Panggang" atau apa pun yang membuat semua filamen pemanas menyala di dalam!
• Maksimalkan pengatur waktu atau, dalam kasus pemanggang roti saya, putar kenop pengatur waktu ke "Tetap menyala" agar tidak pernah mati!

Setelah melakukan ini, colokkan kabel daya pemanggang roti ke stopkontak dan Anda akan mendengar dan melihatnya menyala. Bingo! Jika Anda khawatir Anda tidak sengaja salah meletakkan kenop, jangan ragu untuk merekatkan kenop di tempatnya agar tidak pernah bergerak!

Sekarang pemanggang roti kami selalu menyala saat dinyalakan, kami dapat menyalakan atau mematikannya dengan relai dengan tenang bahwa pemanggang roti akan menyala saat relai aktif.

Catatan Pengkabelan

Berikut adalah beberapa catatan yang mungkin atau mungkin tidak membantu Anda saat menyusun semuanya:

• Hal pertama yang ingin Anda lakukan adalah mencolokkan ransel Reflowduino32 ke enam pin pertama papan dev DOIT ESP32 (sehingga terminal sekrup berada di sisi yang sama dengan micro USB pada papan dev). Jika Anda bertanya-tanya, ransel ini dirancang agar Anda tetap dapat memasukkan kabel Dupont ke papan pengembang ESP32 yang berdekatan dengan Reflowduino32 seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
• Hal lain yang perlu diperhatikan adalah polaritas input relai. Keduanya diberi label di sebelah terminal sekrup tetapi saya ingin menghindarkan Anda dari menukarnya secara tidak sengaja dan bertanya-tanya apa yang terjadi ketika pemanggang roti tidak menyala!
• Anda juga perlu menghubungkan termokopel di terminal sekrup pada ransel Reflowduino32. Pada awalnya mungkin sulit untuk melihat kabel mana yang berwarna (kuning atau merah) sehingga Anda mungkin harus menggunakan kuku jari Anda dan dengan lembut mengupas insulasinya sedikit. Namun, jangan lakukan ini dengan paksa untuk meminimalkan kerutan!
• Saya telah membaca dari beberapa orang bahwa Anda mungkin mendapatkan hasil yang lebih akurat jika Anda memasukkan termokopel ke dalam PCB bekas sehingga ujungnya menyentuh permukaan PCB. Papan memo dengan ukuran yang sama dengan papan yang Anda rakit akan memberikan termokopel massa termal yang sebanding dan karenanya membuat pembacaan lebih akurat. Ini masuk akal jika Anda berpikir tentang pendinginan; tanpa PCB bekas, ujung termokopel akan mendingin lebih cepat daripada PCB yang Anda rakit, dan hal yang sama berlaku untuk pemanasan lebih cepat.
• Ada sakelar daya pada modul relai Sidekick. Jika ini tidak dinyalakan, pemanggang roti tidak akan memanas! Namun, untuk saat ini biarkan saja sebelum kita mengupload kode tersebut ke board ESP32.

Langkah 3: Pengaturan IDE Arduino ESP32

Sekarang setelah Anda menyiapkan semua perangkat keras, mari kita lihat perangkat lunak yang diperlukan untuk menyiapkan dan menjalankan semuanya.

Catatan: Petunjuk pemasangan Arduino ESP32 di bawah ini langsung dari Langkah 2 dari tutorial Bluetooth ESP32 saya sebelumnya. Ini adalah salah satu tempat di mana jika Anda belum melakukannya, mungkin ide yang baik untuk melihat tutorial itu untuk mempelajari lebih lanjut tentang kemampuan Bluetooth ESP32.

Ini cukup jelas, tetapi hal pertama yang perlu Anda lakukan adalah menginstal Arduino IDE. Cukup kata.

Instalasi Paket ESP32

Hal berikutnya yang perlu Anda lakukan adalah menginstal paket ESP32 untuk Arduino IDE dengan mengikuti instruksi Windows atau instruksi Mac. Saya akan mengatakan bahwa untuk Windows ketika instruksi memberi tahu Anda untuk membuka "Git GUI" Anda harus mengunduh dan mengatur "Git" dari tautan yang disediakan dan jika Anda kesulitan menemukan aplikasi bernama "Git GUI" maka semua yang Anda butuhkan lakukan adalah mencari "Git GUI" di menu mulai dan Anda akan melihat ikon perintah prompt-ish kecil (lihat tangkapan layar terlampir di atas). Itu juga terletak di "C:\Program Files\Git\cmd\git-gui.exe" secara default. Dari sana, ikuti instruksi dan Anda harus siap! Catatan: Jika Anda sudah menginstal paket ESP32 di Arduino IDE tetapi Anda tidak mendapatkannya setelah dukungan BLE ditambahkan ke paket, saya sarankan untuk membuka "Documents/hardware/espressif" dan menghapus folder "esp32" dan melakukan kembali petunjuk pengaturan di atas. Saya mengatakan ini karena saya mengalami masalah di mana bahkan setelah mengikuti prosedur pembaruan di bagian bawah instruksi, contoh BLE tidak muncul di "Contoh" di bawah "Contoh untuk Modul Dev ESP32" di Arduino IDE.

Tes ESP32

Di Arduino IDE hal pertama yang harus Anda lakukan adalah pergi ke Tools / Board dan pilih board yang sesuai. Biasanya tidak terlalu penting yang mana yang Anda pilih, tetapi beberapa hal mungkin spesifik untuk papan (biasanya penomoran GPIO dan hal-hal seperti itu) jadi hati-hati! Saya memilih "ESP32 Dev Module" untuk papan saya. Juga lanjutkan dan pilih port COM yang benar setelah menghubungkan papan ke komputer Anda melalui kabel USB.

Untuk memeriksa apakah instalasi ESP32 berjalan dengan baik, buka File / Contoh / ESP32 BLE Arduino dan Anda akan melihat beberapa sketsa contoh, seperti "BLE_scan", "BLE_notify", dll. Ini berarti semuanya sudah diatur dengan benar di Arduino IDE!

Sekarang Arduino IDE sudah siap, uji apakah itu benar-benar berfungsi dengan membuka contoh Blink di bawah File -> Contoh -> 01. Basics -> Blink dan ubah semua instance "LED_BUILTIN" menjadi "2" (nomor GPIO default yang mengontrol LED pada papan dev DOIT ESP32). Setelah mengunggah sketsa, Anda akan melihat LED biru berkedip setiap detik!

Langkah 4: Sketsa Demo Reflowduino32

Pengaturan Perpustakaan

Sekarang setelah Anda menginstal paket Arduino ESP32, buka repositori Reflowduino Github dan unduh sketsa Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Saat Anda mencoba membukanya, Arduino akan menanyakan apakah Anda ingin membuat folder berisi dengan nama yang sama dengan sketsa, dalam hal ini klik "Ya" untuk membukanya). Sketsa ini adalah demo oven reflow komprehensif yang membaca suhu dari termokopel, secara berkala mengirimkan pembacaan tersebut ke aplikasi Android khusus (disebutkan di bagian berikutnya), mengontrol relai (dan akhirnya pemanggang roti) sesuai berdasarkan kontrol PID, dan menerima perintah dari aplikasi. Semua ini di ESP32! Cukup rapi ya?

Sekarang untuk mengkompilasi sketsa ini, Anda memerlukan perpustakaan berikut:

• Adafruit MAX31855 perpustakaan
• Pustaka PID Arduino

Instal pustaka ini dan verifikasi bahwa sketsa Reflowduino32 dikompilasi kemudian unggah ke papan dev ESP32 Anda!

Pengaturan Arus Ulang

Di dekat bagian atas kode ada banyak baris #define. Ini adalah hal-hal yang dapat Anda ubah sesuai dengan kebutuhan Anda. Misalnya, Anda mungkin ingin suhu reflow lebih rendah jika Anda memiliki pasta solder suhu rendah, atau lebih tinggi jika Anda memiliki pasta solder bertimbal. Anda akan melihat bahwa saya telah menyertakan beberapa nilai tipikal untuk profil reflow dan defaultnya akan bekerja dengan baik dengan pasta solder bebas timah suhu rendah. Anda mungkin juga ingin menyetel konstanta PID di kemudian hari tergantung pada pengaturan fisik Anda (walaupun ini mungkin tidak perlu). Untuk informasi lebih lanjut tentang pasta solder dan profil reflow, silakan lihat halaman wiki Github ini.

Langkah 5: Pengaturan Aplikasi

Setelah mengunggah sketsa demo ke ESP32 Anda, Anda perlu menginstal aplikasi Android Reflowduino32 sebagai langkah terakhir agar pengaturan kami berfungsi! Cukup unduh dan instal file.apk di perangkat Android dengan Bluetooth 4.0 atau lebih tinggi dan buka aplikasinya!

Jika Bluetooth belum diaktifkan, aplikasi akan meminta Anda untuk mengaktifkannya. Pastikan papan dev ESP32 Anda menyala dan menjalankan sketsa demo. Hal pertama yang harus Anda lakukan adalah terhubung ke ESP32 melalui Bluetooth di aplikasi, lalu tak lama setelah tombol di kiri atas tertulis "Connected!" Anda akan melihat pembacaan suhu muncul di layar jika Anda menghubungkan themocouple dengan benar. Jika tidak, periksa termokopel dan pastikan Anda memiliki sambungan yang aman di terminal sekrup.

Sekarang saatnya untuk menguji hal-hal yang menyenangkan! Balikkan sakelar ke posisi "aktif" pada modul Sidekick dan tekan tombol "MULAI" pada aplikasi. Lampu oven pemanggang roti akan menyala dan Anda akan mendengar filamen mengeluarkan suara berderak samar dan akhirnya melihatnya bersinar saat memanas! Anda juga akan melihat LED biru pada papan dev ESP32 menyala untuk menunjukkan proses reflow sedang berlangsung.

Saat proses reflow berlanjut, Anda akan melihat profil reflow yang bagus digambar di aplikasi. Ketika suhu mencapai suhu reflow, praktik yang baik adalah membuka pintu oven pemanggang roti untuk membiarkan panas keluar sehingga papan dapat mendingin, jika tidak suhu akan naik untuk beberapa waktu tambahan. Di papan Reflowduino klasik ada bel untuk memperingatkan Anda kapan harus melakukan ini, tetapi di sini Anda hanya perlu menilai sesuai dengan suhu yang ditampilkan pada aplikasi yang tidak sulit.

Setelah papan mendingin ke ambang tertentu (40 *C secara default tetapi Anda dapat mengubah ini dalam kode) proses reflow akan dianggap selesai dan LED biru akan mati dan aplikasi akan menyimpan data reflow ke file di telepon Anda sehingga Anda dapat mengimpornya ke Excel. Untuk info lebih lanjut tentang mengimpor data yang disimpan ke Excel, silakan lihat halaman wiki Github ini.

Itu cukup banyak!