Horno de reflujo Bluetooth ESP32: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En este tutorial, le mostraré cómo construir su propio horno de reflujo inalámbrico para que pueda ensamblar PCB de calidad en su cocina sin tener que preocuparse por girar manualmente las perillas y preocuparse si sus tableros se están calentando demasiado. No solo eso, sino que usaremos la funcionalidad Bluetooth Low Energy (BLE) incorporada del ESP32 (porque ¿qué más usaría en 2018), así como un módulo adicional que he construido como parte de un programa abierto? -Ecosistema de control de reflujo de origen llamado "Reflowduino". También programaremos todo en el entorno Arduino IDE y usaremos lo que hemos aprendido en un tutorial anterior para controlar la configuración de reflujo con una aplicación personalizada de Android. He proporcionado todos los archivos de diseño, ejemplos de bocetos de Arduino, aplicación de demostración y wiki del proyecto (¡mucha información!) En mi página Reflowduino Github.

Si aún no lo ha hecho, consulte este tutorial sobre el uso de la función Bluetooth Low Energy de ESP32 con Arduino IDE y el establecimiento de una comunicación bidireccional con una aplicación de Android personalizada porque tiene mucha información pertinente relacionada con lo que cubriremos aquí.. Sin embargo, si realmente no le importa el funcionamiento interno de Bluetooth y la aplicación, simplemente siga leyendo y le mostraré cómo hacer que la configuración de su horno de reflujo funcione sin problemas. ¡Mi objetivo para este tutorial es hacerlo breve y sencillo sin dejar de transmitir los mensajes clave!

Descargo de responsabilidad de seguridad

Si eres un principiante en electrónica o no tienes la experiencia adecuada para trabajar con voltaje de red, te sugiero que no te metas con eso, consultes a un profesional o sigas aprendiendo hasta que seas lo suficientemente competente. No soy responsable de ningún percance que pueda ocurrir debido al mal uso del Reflowduino o sus componentes asociados o sistema eléctrico (incluida la alimentación de red). Tome todas las precauciones de seguridad necesarias, como guantes y gafas de seguridad certificadas. Además, no se recomienda que utilice el mismo aparato para refluir PCB y también para cocinar alimentos para el consumo, lo que puede resultar en intoxicación alimentaria, especialmente con soldadura con plomo. ¡Usted es completamente responsable de sus acciones y las realiza bajo su propio riesgo!

Con eso, ¡comencemos!

Paso 1: Reúna las piezas

Para este tutorial, necesitará los siguientes componentes:

• Placa de desarrollo DOIT ESP32
• Cable micro USB (para cargar código y alimentar la placa de desarrollo ESP32)
• Módulo "mochila" Reflowduino32 para la placa de desarrollo ESP32
• Horno tostador (lea los comentarios a continuación para obtener más detalles)
• Termopar tipo K (incluido con Reflowduino32)
• Módulo de relé Sidekick (viene con un cable de alimentación C13 de alta resistencia)
• 2x cables de puente Dupont macho-macho (para conectar el Reflowduino32 al módulo de relé)
• Destornillador pequeño de cabeza plana (para apretar los terminales de tornillo)

Los ingredientes principales aquí son la placa de desarrollo ESP32, Reflowduino32 y el módulo de relé Sidekick y, por supuesto, el horno tostador en sí. Explicaré brevemente cada elemento a continuación:

Placa de desarrollo ESP32 + Reflowduino32

Actualmente, el Reflowduino32 está diseñado para conectarse a la placa de desarrollo ESP32, por lo que la placa de desarrollo debe tener el espaciado de encabezado y los pines adecuados para que esto funcione. He diseñado la mochila Reflowduino32 específicamente para la placa de desarrollo "DOIT" ESP32 desde que me di cuenta de que estaba disponible en línea y parece ser muy utilizada. Sin embargo, si encuentra otra placa de desarrollo ESP32 que tenga los mismos pines y espaciado de pines, hágamelo saber porque eso también debería funcionar.

Horno tostador

Debería ser bastante obvio lo que esto hace en el gran esquema de las cosas, pero puede que no sea tan obvio en cuanto a qué tipo y modelo elegir. Personalmente probé este horno tostador Walmart barato que tiene una potencia de 1100W y es bastante genérico. Creo que cualquier cosa por encima de 1000 W debería ser adecuada para el uso de aficionados, pero hay ciertas consideraciones. Las cosas clave que debe buscar en una tostadora son la potencia (> 1000W preferiblemente), el tamaño (¿cuántas tablas desea que quepan en ella?), La configuración de la bandeja (¿tiene una bandeja bonita y plana que pueda usar para colocar? ¿La PCB está encendida?) y si es un horno tostador de convección (¿tal vez cocine lotes más grandes de placas y desee una distribución de temperatura más uniforme en todo el horno?). Todos estos factores realmente dependen de su aplicación personal, pero para mí, la tostadora Walmart barata y genérica funcionó bien.:)

Podrías preguntar, ¿qué pasa con los platos calientes? En mi opinión, me mantendría alejado de las placas calientes porque tienden a tener una alta masa térmica. Lo que esto significa es que se calentarán y seguirán calentándose incluso bien después de apagarlo. Esto hace que sea realmente impredecible para un control de temperatura preciso porque la temperatura puede sobrepasar en grandes cantidades y dañar potencialmente cualquier componente vulnerable en sus placas. Básicamente, usar una placa caliente anularía el propósito de usar un controlador de reflujo en primer lugar.

Módulo de relé

Para controlar la temperatura, necesitamos controlar el encendido y apagado de la tostadora de acuerdo con la temperatura que leemos en el termopar. Sin embargo, el horno tostador es un aparato de CA y tiene una potencia relativamente alta (con tostadoras de 120 V CA que suelen consumir entre 8 y 10 A), por lo que debemos asegurarnos de poder manejarlo correctamente sin sobrecargar el relé. Otra consideración es la tensión de control del relé. La mayoría de los relés para aficionados (compatibles con Arduino) capaces de conmutar altas corrientes están clasificados para entradas de 5V, pero en este tutorial estamos tratando con un ESP32 que opera a 3.3V. Esto significa que el módulo de relé Joe promedio puede no funcionar para nosotros. Sin embargo, en caso de que desee utilizar un módulo de relé diferente, he diseñado una función en la que puede cambiar el voltaje de control del relé de 3.3V predeterminado al voltaje "VIN" de la placa de desarrollo ESP32, que de manera predeterminada es ~ 5V cuando se alimenta a través de USB. Sin embargo, teóricamente podría alimentarlo externamente con algo superior a 5 V, digamos 9 V, y luego el voltaje de control del relé será de 9 V. Dicho esto, normalmente no necesitará nada por encima de 5V.

Esta es en parte la razón por la que creé el módulo de relé Sidekick, un relé de estado sólido de alta potencia capaz de cambiar cualquier aparato legal de 120 VCA y sin ningún ruido de clic (estado sólido) como los relés tradicionales. También tiene conectores muy seguros y convenientes y para conectar fácilmente el electrodoméstico, el microcontrolador y la red eléctrica (el tomacorriente de CA), así que esto es lo que usaré aquí. ¡Lo bueno es que ni siquiera tienes que abrir el horno tostador para controlarlo!

Paso 2: configuración del hardware

Conceptos de control

Realmente, el concepto es bastante sencillo: en última instancia, nuestro objetivo es controlar la temperatura dentro del horno tostador. Para hacer esto, necesitamos controlar el encendido y apagado del horno tostador periódicamente con el módulo de relés, análogo a PWM pero una versión realmente lenta (cada ventana de tiempo es de 2 s, por lo que podría estar encendido durante 1,5 sy apagado durante 0,5 s). Para impulsar el relé, debemos darle un voltaje adecuado en los pines de control del relé (lógica ALTA = ENCENDIDO, BAJO = APAGADO). En nuestro caso, simplemente conectamos las dos entradas de control de relé al terminal de tornillo del relé del Reflowduino32. La razón por la que no estamos conectando directamente los pines digitales ESP32 al relé es porque el relé consume una buena cantidad de corriente (en comparación con lo que pueden manejar los pines IO) y no queremos sobrecargar el ESP32. El Reflowduino32 incluye conmutación de lado bajo MOSFET y puede manejar más de 200 mA de corriente, evitando así los pines del ESP32 de cualquier daño potencial.

Básicamente, simplemente siga el diagrama de cableado "Reflowduino32 + Sidekick Control" anterior y ¡estará listo para comenzar!

Perillas del horno tostador

Lo crea o no, ¡esta es una sección crucial en este tutorial! Si no presta atención aquí, se estará preguntando por qué su tostadora no se enciende, incluso si siguió todo lo demás a la perfección. ¿Por qué? Bueno, para que podamos controlar la tostadora externamente (a través de su cable de alimentación) sin abrirla, tenemos que hacer la tostadora como si estuviera siempre encendida si tuviéramos que enchufarla directamente a la pared. Debido a que la tostadora se enciende mediante el relé, podemos controlar cuándo está apagada, pero si la tostadora a veces está encendida o apagada cuando el relé está activo, entonces nos estamos preparando para fallar. Por eso lo primero que tenemos que hacer es poner los mandos del tostador. La mayoría de los hornos tostadores tienen tres perillas: una para la temperatura, otra para la configuración de horneado y otra para el temporizador. Lo que debe hacer es lo siguiente:

• Maximice la temperatura (¡no queremos que nuestro proceso de reflujo se detenga a la mitad!)
• ¡Configure la opción de cocción en "Hornear" o lo que sea que haga que todos los filamentos de calentamiento se enciendan en el interior!
• Maximice el temporizador o, en el caso de mi tostadora, gire la perilla del temporizador a "Permanecer encendido" para que nunca se apague.

Después de hacer esto, conecte el cable de alimentación de la tostadora a un tomacorriente y debería escuchar y ver que se enciende. ¡Bingo! Si en caso de que tenga miedo de perder accidentalmente las perillas, ¡no dude en pegarlas en su lugar para que nunca se muevan!

Ahora que nuestra tostadora está siempre encendida cuando está encendida, podemos encenderla o apagarla con el relé con la tranquilidad de que se encenderá cuando el relé esté activo.

Notas de cableado

Aquí hay algunas notas que pueden ayudarlo o no a la hora de armar todo:

• Lo primero que debe hacer es conectar la mochila Reflowduino32 en los primeros seis pines de la placa de desarrollo DOIT ESP32 (de modo que los terminales de tornillo estén en el mismo lado que el micro USB en la placa de desarrollo). En caso de que se lo pregunte, la mochila está diseñada para que aún pueda insertar cables Dupont en la placa de desarrollo ESP32 adyacente al Reflowduino32 como se muestra en la imagen de arriba.
• Otra cosa a tener en cuenta es la polaridad de las entradas de relé. Ambos están etiquetados junto a los terminales de tornillo, pero quiero evitar que los intercambie accidentalmente y se pregunte qué sucede cuando la tostadora no se enciende.
• También debe conectar el termopar en el terminal de tornillo de la mochila Reflowduino32. Al principio, puede ser difícil ver qué cable es de qué color (amarillo o rojo), por lo que es posible que tenga que usar la uña y quitar un poco el aislamiento con cuidado. Sin embargo, ¡no lo hagas a la fuerza para minimizar el deshilachado!
• He leído de algunas personas que es posible que obtenga resultados más precisos si enrosca el termopar en una PCB de desecho de manera que la punta esté en contacto con la superficie de la PCB. Una placa de desecho de tamaño similar a las placas que está ensamblando le dará al termopar una masa térmica comparable y, por lo tanto, hará que las lecturas sean más precisas. Esto tiene sentido si piensa en enfriarse; sin la PCB de desecho, la punta del termopar se enfriará mucho más rápido que las PCB que está ensamblando, y lo mismo ocurre con el calentamiento mucho más rápido.
• Hay un interruptor de encendido en el módulo de relés Sidekick. ¡Si esto no está encendido, la tostadora no se calentará! Sin embargo, por ahora déjelo apagado antes de que carguemos el código en la placa ESP32.

Paso 3: Configuración de ESP32 Arduino IDE

Ahora que tiene todo el hardware configurado, echemos un vistazo al software necesario para que todo esté en funcionamiento.

Nota: Estas instrucciones de instalación de ESP32 Arduino a continuación provienen directamente del Paso 2 de mi tutorial anterior de ESP32 Bluetooth. Este es uno de esos lugares donde, si aún no lo ha hecho, podría ser una buena idea consultar ese tutorial para obtener más información sobre las capacidades de Bluetooth del ESP32.

Esto es bastante obvio, pero lo primero que debe hacer es instalar Arduino IDE. Basta de charla.

Instalación del paquete ESP32

Lo siguiente que debe hacer es instalar el paquete ESP32 para Arduino IDE siguiendo las instrucciones de Windows o las instrucciones de Mac. Diré que para Windows, cuando las instrucciones le indiquen que abra "Git GUI", debe descargar y configurar "Git" desde el enlace proporcionado y si tiene dificultades para encontrar una aplicación llamada "Git GUI", entonces todo lo que necesita lo que debe hacer es buscar "Git GUI" en el menú de inicio y verá un pequeño icono de símbolo del sistema (vea la captura de pantalla adjunta arriba). También se encuentra en "C: / Archivos de programa / Git / cmd / git-gui.exe" de forma predeterminada. A partir de ahí, siga las instrucciones y estará listo para comenzar. Nota: Si ya tiene el paquete ESP32 instalado en Arduino IDE pero no lo obtuvo después de que se agregó el soporte BLE al paquete, le recomiendo que vaya a "Documentos / hardware / espressif" y elimine la carpeta "esp32" y repitiendo las instrucciones de configuración anteriores. Digo esto porque encontré un problema en el que incluso después de seguir el procedimiento de actualización en la parte inferior de las instrucciones, los ejemplos BLE no aparecían en los "Ejemplos" en "Ejemplos para el módulo de desarrollo ESP32" en Arduino IDE.

Prueba ESP32

En Arduino IDE, lo primero que debe hacer es ir a Herramientas / Tablero y seleccionar el tablero apropiado. Por lo general, no importa cuál elija, pero algunas cosas pueden ser específicas de la placa (generalmente la numeración GPIO y cosas así), ¡así que tenga cuidado! Elegí "Módulo de desarrollo ESP32" para mi placa. También siga adelante y elija el puerto COM correcto después de conectar la placa a su computadora a través del cable USB.

Para verificar si la instalación de ESP32 fue bien, vaya a Archivo / Ejemplos / ESP32 BLE Arduino y debería ver varios bocetos de ejemplo, como "BLE_scan", "BLE_notify", etc. ¡Esto significa que todo está configurado correctamente en Arduino IDE!

Ahora que Arduino IDE está configurado, pruebe si realmente funciona abriendo el ejemplo de Blink en Archivo -> Ejemplos -> 01. Basics -> Blink y cambie todas las instancias de "LED_BUILTIN" a "2" (el número GPIO predeterminado que controla el LED en la placa de desarrollo DOIT ESP32). Después de cargar el boceto, debería ver el LED azul parpadeando cada segundo.

Paso 4: Bosquejo de demostración de Reflowduino32

Configuración de la biblioteca

Ahora que tiene instalado el paquete ESP32 Arduino, vaya al repositorio Reflowduino Github y descargue el boceto Reflowduino_ESP32_Demo.ino. (Cuando intente abrirlo, Arduino le preguntará si desea crear una carpeta contenedora con el mismo nombre que el boceto, en cuyo caso haga clic en "Sí" para abrirlo). Este boceto es una demostración completa del horno de reflujo que lee la temperatura del termopar, envía periódicamente esas lecturas a una aplicación personalizada de Android (mencionada en la siguiente sección), controla el relé (y en última instancia, la tostadora) en función del control PID y recibe comandos de la aplicación. ¡Todo esto en el ESP32! Bastante ordenado, ¿eh?

Ahora, para compilar este boceto, necesitará las siguientes bibliotecas:

• Biblioteca Adafruit MAX31855
• Biblioteca PID de Arduino

Instale estas bibliotecas y verifique que el boceto de Reflowduino32 se compile y luego cárguelo en su placa de desarrollo ESP32.

Configuración de reflujo

Cerca de la parte superior del código hay un montón de líneas #define. Estas son cosas que puede cambiar según sus necesidades. Por ejemplo, es posible que desee que la temperatura de reflujo sea más baja si tiene pasta de soldadura de baja temperatura, o más alta si tiene pasta de soldadura con plomo. Notará que he incluido algunos valores típicos para el perfil de reflujo y el predeterminado debería funcionar bien con pasta de soldadura sin plomo de baja temperatura. Es posible que también desee ajustar las constantes PID más adelante en el camino, dependiendo de su configuración física (aunque probablemente esto no sea necesario). Para obtener más información sobre la soldadura en pasta y los perfiles de reflujo, consulte esta página wiki de Github.

Paso 5: configuración de la aplicación

Después de cargar el boceto de demostración en su ESP32, deberá instalar la aplicación de Android Reflowduino32 como último paso para que nuestra configuración funcione. ¡Simplemente descargue e instale el archivo.apk en un dispositivo Android con Bluetooth 4.0 o superior y abra la aplicación!

Si Bluetooth aún no está habilitado, la aplicación le pedirá que lo encienda. Asegúrese de que su placa de desarrollo ESP32 esté encendida y ejecutando el boceto de demostración. Lo primero que debe hacer es conectarse al ESP32 a través de Bluetooth en la aplicación, luego, poco después, el botón en la parte superior izquierda dice "¡Conectado!" Debería ver las lecturas de temperatura en la pantalla si conectó el termopar correctamente. Si no lo hace, verifique el termopar y asegúrese de tener una conexión segura en el terminal de tornillo.

¡Ahora es el momento de probar las cosas divertidas! Mueva el interruptor a la posición "encendido" en el módulo Sidekick y presione el botón "INICIO" en la aplicación. La luz del horno tostador debería encenderse y debería escuchar los filamentos hacer un leve ruido de traqueteo y, finalmente, verlos brillar a medida que se calientan. También debería ver que el LED azul en la placa de desarrollo ESP32 se enciende para indicar que el proceso de reflujo está en marcha.

A medida que continúa el proceso de reflujo, debería ver un gráfico de perfil de reflujo agradable en la aplicación. Cuando la temperatura alcanza la temperatura de reflujo, una buena práctica es abrir la puerta del horno tostador para dejar escapar el calor y que la tabla se enfríe, de lo contrario, la temperatura aumentará durante un tiempo adicional. En el tablero clásico de Reflowduino hay un timbre que le avisa cuándo hacer esto, pero aquí solo tendrá que juzgar de acuerdo con la temperatura que se muestra en la aplicación, lo cual no es difícil.

Después de que la placa se enfríe a un cierto umbral (40 * C por defecto, pero puede cambiar esto en el código), el proceso de reflujo se considerará completo y el LED azul se apagará y la aplicación guardará los datos de reflujo en un archivo en su teléfono para que pueda importarlo a Excel. Para obtener más información sobre cómo importar los datos guardados a Excel, consulte esta página wiki de Github.

¡Eso es practicamente todo!