Forno Reflow fai da te con Reflowduino: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Reflowduino è una scheda controller all-in-one compatibile con Arduino che ho progettato e costruito personalmente e può facilmente trasformare un tostapane in un forno a rifusione PCB! Sfoggia un versatile microprocessore ATmega32u4 con interfaccia di programmazione micro USB, un'interfaccia per termocoppia di tipo K MAX31855 integrata con filtraggio del rumore, Bluetooth Low Energy (BLE 4.0) per una facile comunicazione con un dispositivo mobile, carica della batteria LiPo e indicazione di stato, un solido-opzionale relè di stato e un cicalino piezoelettrico per riprodurre le tue sigle preferite. Meglio ancora, ho rilasciato tutto questo come completamente open-source per il divertimento di tutti, inclusi i file PCB EAGLE, il codice di esempio Arduino IDE, l'app Android di esempio per il controllo Bluetooth e tutorial completi su come modificare un tostapane per iniziare a cucinare '!

Se desideri ordinare un Reflowduino o il Sidekick Relay Module, visita il mio sito web!

Per la documentazione completa, i file sorgente, gli schemi e informazioni più complete su Reflowduino, visita la pagina ufficiale di Github qui.

Ora cominciamo!

Passaggio 1: raccogli le tue parti

Elenco delle parti

• Reflowduino Pro ORReflowduino Basic + relè a stato solido (utilizzerò il modulo relè Sidekick)
• Termocoppia di tipo K (inclusa con Reflowduino)
• Fonte di alimentazione Reflowduino: batteria LiPo, micro USB 5V (da un laptop o adattatore) o entrambi!
• Tostapane O piastra riscaldante (ho usato questo tostapane da 1100 W quando costava circa $ 20)
• Cacciavite (per smontare il tostapane)
• Cacciavite a testa piatta piccolo (per i terminali a vite)
• Smartphone o dispositivo abilitato Bluetooth. Attualmente è disponibile solo una versione Android dell'app
• Opzionale: un laptop per raccogliere e rappresentare graficamente i dati in tempo reale tramite Excel! Dovrai collegare Reflowduino al laptop tramite micro USB affinché funzioni.

I seguenti elementi sono necessari solo se si desidera apportare molte personalizzazioni alla configurazione del forno a rifusione (non necessaria nella maggior parte dei casi):

• Pinza tagliafili
• Saldatore e saldatore
• Cavo 14-18 AWG (il cavo a trefoli è più facile da gestire)
• Guaina termorestringente di dimensioni adeguate per l'isolamento dei cavi. Dipende dalla tua configurazione.
• Occhiali di sicurezza (stai al sicuro, qui abbiamo a che fare con le tensioni di rete!)
• Guanti (la lamiera dei forni tostapane può essere affilata e cavalcata con viti che spuntano ovunque!)

Dichiarazione di non responsabilità sulla sicurezza: se sei un principiante in elettronica o non hai l'esperienza adeguata per lavorare con la tensione di rete, ti suggerirei di non scherzare, consultare un professionista o continuare ad imparare fino a quando non sarai abbastanza esperto ! Non sono responsabile per eventuali incidenti che potrebbero verificarsi a causa di un uso improprio del PCB Reflowduino o dei suoi componenti associati e del sistema elettrico (inclusa l'alimentazione di rete, i pannelli degli interruttori, ecc.). Prendere tutte le precauzioni di sicurezza necessarie. Inoltre, non è consigliabile utilizzare lo stesso apparecchio per ridisporre i PCB come per cuocere il cibo per il consumo. Ciò può provocare intossicazione alimentare, soprattutto se si utilizza una saldatura con piombo per i PCB. Sei pienamente responsabile delle tue azioni e le esegui a tuo rischio e pericolo!

Detto questo, fai da te amici miei… divertiti e stai al sicuro!

Reflowduino e il compagno

NOTA: ora c'è anche un modulo aggiuntivo chiamato "Reflowduino32" per una scheda di sviluppo ESP32 per controllare anche in modalità wireless un forno a riflusso. Si prega di consultare la pagina Reflowduino Github per la documentazione completa, oltre a questo tutorial del forno a rifusione ESP32!

Prima di tutto, ci sono due versioni di Reflowduino: Basic e Pro, e a seconda della tua particolare applicazione potresti voler scegliere l'una o l'altra. Successivamente, ho realizzato un pratico modulo relè a stato solido chiamato Solid-State Sidekick che gestisce tutto il cablaggio di rete per te ed elimina completamente la necessità di saldare qualsiasi cosa. Basta collegare l'apparecchio direttamente al Sidekick e ai due cavi di ingresso del relè dal Reflowduino e il gioco è fatto!

Di seguito è riportato un riepilogo delle opzioni disponibili:

1. Reflowduino Pro
2. Reflowduino Basic + Sidekick a stato solido
3. Reflowduino Basic + altri relè a stato solido (scegli il tuo)
4. Altra scheda compatibile con Arduino + interfaccia termocoppia + termocoppia + modulo Bluetooth + Sidekick a stato solido (o altro relè) + "zaino" batteria LiPo (opzionale)

La prima opzione arriva con il relè già montato a bordo del Reflowduino. Questa è una buona opzione a tutto tondo per controllare qualsiasi tostapane generico o piastra riscaldante, soprattutto se si desidera saldare i fili da soli e risparmiare denaro.

La seconda opzione è di gran lunga l'opzione più semplice (e più sicura) e non richiede alcuna saldatura o ritocco dell'apparecchio a meno che non lo si desideri davvero perché il modulo relè Sidekick ha il relè a stato solido e tutte le disposizioni per collega semplicemente le cose ad esso collegandole. Sì, mi hai sentito bene! Ciò significa che puoi controllare qualsiasi tostapane senza nemmeno aprirlo!

La terza opzione è se preferisci scegliere il tuo relè a stato solido, magari con una capacità di corrente maggiore o per qualche altro motivo come la configurazione di montaggio personalizzata (chi lo sa?).

L'ultima opzione è per coloro che potrebbero già avere molte parti in giro e vogliono mettere insieme qualcosa velocemente senza comprare qualcosa di nuovo, il che va benissimo anche! Puoi usare Arduino insieme a qualcosa come questa scheda breakout per termocoppia e, naturalmente, la termocoppia stessa. Per utilizzare l'app demo avrai anche bisogno di un modulo Bluetooth HM-10, a meno che tu non voglia tralasciare la comunicazione wireless e attenerti a rappresentare graficamente i dati su Excel tramite un computer. Tieni presente che, a seconda delle parti che scegli, potresti dover modificare il codice demo in base alle tue esigenze.

Risorse:

• Fare clic qui per le specifiche rapide di Reflowduino.
• Clicca qui per una descrizione dei pinout di Reflowduino

Relè a stato solido

Se stai usando Reflowduino Pro puoi saltare questa sezione, ma se stai usando Reflowduino Basic dovrai ottenere il Sidekick o scegliere il tuo modulo relè. Quando scegli il tuo, controlla quanto segue:

• Tipo di relè: deve essere a stato solido, non solo un relè di contatto convenzionale. Potresti essere in grado di cavartela con un relè convenzionale per la nostra particolare applicazione (dal momento che utilizzeremo il controllo a tempo proporzionale, non il PWM continuo) ma non è garantito o consigliato. Inoltre, sentirai il "clic" del relè ogni volta che cambia, il che può essere fastidioso.
• Isolamento ottico: cercane uno optoisolato per sicurezza. Ciò significa che puoi essere sicuro che il tuo Arduino non verrà fulminato da 120V/240VAC!
• Tensione di controllo: deve essere compatibile con 3,3 V o 5 V
• Potenza nominale: deve gestire la quantità di corrente che utilizzerà l'apparecchio. per qualsiasi apparecchio statunitense (utilizzato legalmente), 15 A/120 V CA è tutto ciò di cui avrai bisogno poiché gli interruttori scattano a 15 A.

Il relè a stato solido optoisolato di Reflowduino Pro ha una tensione di controllo di 3-15 V CC e può gestire fino a 25 A/240 V CA con un adeguato raffreddamento a convezione. In circostanze normali può gestire 10 A/240 V CA o 20 A/120 V CA, il che sarà abbastanza buono per tutti gli apparecchi statunitensi e dovrebbe essere adeguato per la maggior parte degli apparecchi a 240 V CA.

Risorse:

Scheda tecnica del relè a stato solido PF240D25R di Reflowduino

Tostapane o piastra calda

Quando si sceglie un tostapane è importante sceglierne uno della dimensione giusta per la propria applicazione poiché più piccolo equivale a una maggiore efficienza in termini di riscaldamento! Tuttavia, anche quelli più grandi funzioneranno, basta controllare le recensioni per assicurarsi che non siano completamente spazzatura. Ho acquistato personalmente questo da Walmart per circa $ 21 tasse incluse quando era in vendita.

È anche una buona idea assicurarsi di avere un vassoio di metallo piatto su cui appoggiare il PCB. Molti forni per tostapane (incluso quello che ho comprato!) sono dotati di vassoi con rilievi e motivi a griglia su di essi, e questo non è sicuramente l'ideale per il riflusso del PCB perché causa disuniformità termiche attraverso il PCB. Tuttavia, sono stato fortunato perché il vassoio antigoccia era perfetto per ciò di cui avevo bisogno, quindi ho semplicemente buttato via la griglia metallica e la padella di cottura con cui era fornita.

Per le piastre calde è altrettanto importante sceglierne una con una superficie piana. La maggior parte delle piastre riscaldanti ha un'area circolare incassata al centro della piastra che non è desiderabile, quindi cerca di ridurre al minimo quest'area in modo da avere lo spazio più utilizzabile per posizionare i tuoi PCB. Inoltre, scegli una piastra riscaldante che abbia una sola manopola (controllo della temperatura) perché in questo modo non dovrai nemmeno aprirla per modificare il cablaggio!

Per maggiori informazioni su questo argomento, vedere la pagina wiki di Github.

Passaggio 2: collegalo

Ora che hai le parti, è il momento di collegare tutto! Ci sono molti modi per spellare un tostapane, quindi ascolta e assicurati di leggere il disclaimer sulla sicurezza dichiarato in precedenza!

Piatti caldi

Per qualsiasi apparecchio il principio principale è quello di commutare il filo sotto tensione del cavo di alimentazione mettendo il relè in serie con il filo sotto tensione e bypassando le manopole di controllo dell'apparecchio, se necessario. Per le piastre con un'unica manopola di controllo della temperatura non è nemmeno necessario modificare la piastra stessa; puoi semplicemente ruotare la manopola su HIGH (impostazione massima) e sei a posto! Ciò garantisce che la piastra sarà alimentata (il contatto all'interno della piastra sarà chiuso) quando il relè è acceso.

Per installazioni permanenti puoi tagliare il cavo di alimentazione e unirlo, oppure puoi farlo dai contatti del cavo di alimentazione. Ancora una volta, assicurati sempre di isolare adeguatamente tutte le connessioni. Segui lo schema generale nella prima immagine e dovresti essere pronto per il reflow!

Si prega di notare che ho usato clip a coccodrillo e un altro cavo di alimentazione (con clip a coccodrillo alle estremità) solo per testare. Questo non è raccomandato e dovrebbe essere usato solo per test temporanei. Per installazioni più permanenti dovresti saldare e isolare tutto o usare il Sidekick per collegare tutto.

Tostapane

I forni tostapane sono controllati utilizzando lo stesso identico concetto della piastra calda in quanto di solito puoi controllarli senza nemmeno toccare il cablaggio semplicemente massimizzando la manopola della temperatura, ruotando l'impostazione su "Cottura" in modo che entrambi i filamenti di riscaldamento siano accesi e massimizzando fuori il timer. A seconda del tostapane potresti anche avere una funzione "Stay On" in modo da non doverti preoccupare che il tempo scada!

Tuttavia, se vuoi ancora smontarlo, modificare il cablaggio per bypassare le manopole e aggiungere controlli personalizzati in nome della scienza, puoi ancora! Per fortuna anche se si vuole smontarlo il principio generale è comunque molto semplice: bisogna scollegare tutte le manopole che sono collegate al filo in tensione e attaccare tutti i filamenti di riscaldamento al filo in tensione in modo che si accendano a piena potenza nel modo giusto quando si collega il cavo di alimentazione alla parete.

In questo Instructable non mi prenderò il tempo per esaminarlo, ma puoi vedere come ho ottimizzato il mio tostapane sul mio wiki di Github.

Passaggio 3: installazione del software

Ora che hai impostato tutto l'hardware, vediamo come configurare il software.

Configurazione dell'app

Consulta queste istruzioni su come installare l'app demo Reflowduino e su come importare i dati salvati in Excel dall'app.

Breve riassunto:

• L'app è attualmente solo per Android ed è completamente open-source!
• L'app mostra la temperatura in tempo reale e la rappresenta graficamente una volta avviato il processo di riflusso.
• L'app salva anche i dati dopo che il processo di riscorrimento è completo o interrotto e i dati possono essere importati in Excel per l'analisi!

Configurazione dell'IDE Arduino

Consulta queste istruzioni per configurare Arduino IDE e installare le librerie necessarie.

Breve riassunto:

• Carica il codice "Reflowduino_Demo", seleziona "Adafruit Feather 32u4" in Strumenti -> Schede in Arduino IDE.
• Compilalo solo per assicurarti di avere tutte le librerie installate correttamente.
• Carica il codice su Reflowduino e tieni presente che potresti dover premere il pulsante di ripristino su Reflowduino se l'IDE di Arduino inizia a cercare la porta.

Reflowduino Demo

Consulta queste istruzioni su come utilizzare il codice demo di Reflowduino.

Breve riassunto:

• Lo schizzo Reflowduino Demo consente al tuo Reflowduino di lavorare insieme all'app demo tramite Bluetooth.
• Il Reflowduino legge la temperatura dalla termocoppia e invia i dati all'app tramite Bluetooth ogni 2s.
• Il Reflowduino utilizza il controllo proporzionale del tempo PID per controllare il relè a stato solido durante il processo di riflusso.
• Per il funzionamento autonomo, commenta la riga che ha "while (!Serial) delay(1);" che attende che venga stabilita una connessione seriale prima di eseguire il codice vero e proprio.
• Puoi fare in modo che Reflowduino agisca come una tastiera impostando la variabile "enableKeyboard" su true nella parte superiore dello schizzo per l'utilizzo con questo file demo di Excel. Ciò consentirà a Reflowduino di "digitare" i dati in Excel in tempo reale quando è connesso tramite USB. Assicurati solo che quando avvii il processo di riscorrimento il cursore si trovi nella prima cella disponibile (A2) in Excel!

Video dimostrativi

• Questo video mostra i dati inseriti in Excel da Reflowduino.
• Questo video mostra il funzionamento generale dell'app e la configurazione dell'hardware con un tostapane.
• Questo video mostra cosa succede alla fine del processo di reflow.

risorse

• Puoi sempre trovare l'ultimo codice Arduino e il file demo di Excel per l'immissione di dati in tempo reale su Github
• Puoi anche trovare gli ultimi file delle app Android su Github

Passaggio 4: risultati e conclusioni

Risultati

In allegato ci sono un paio di primi piani di una scheda che ho fatto rifluire utilizzando il Reflowduino e della pasta saldante a bassa temperatura con la temperatura di rifusione impostata a 155°C (questa particolare pasta saldante sembra rifluire a una temperatura inferiore rispetto ai tipici 165°C consigliati, e Ho osservato che il movimento di rifusione ha iniziato a verificarsi a circa 125 °C anziché alla "temperatura di fusione" pubblicizzata di 138 °C. Le saldature erano perfette e non avrei potuto chiedere di meglio!

Crea le tue tavole

Progettazione PCB: per la progettazione di PCB utilizzo personalmente Autodesk EAGLE che è uno strumento gratuito ma potente che consente di creare rapidamente PCB di qualità! Ha anche alcune funzioni davvero interessanti come la sincronizzazione dei modelli 3D del tuo PCB da e verso Fusion 360.

Prototipi PCB: per prototipi veloci e convenienti ho scoperto che OSH Park offre la migliore qualità. Usano un processo senza piombo chiamato ENIG che in realtà placca in oro i contatti in modo che stiano benissimo per molto tempo!

Assemblaggio PCB: usa il tuo Reflowduino per assemblare le schede!

Conclusioni

Nel complesso il Reflowduino è l'hardware perfetto per controllare qualsiasi tostapane o piastra riscaldante! Con Reflowduino Pro puoi realizzare un forno a rifusione completamente funzionale con tutte le campane e i fischietti per poco più di $ 100 (con un tostapane da $ 20). Puoi vedere alcune osservazioni più tecniche qui.

Se ti è piaciuto questo progetto, commenta qui sotto e non esitare a fare domande, fornire suggerimenti o dare un feedback costruttivo! Se desideri vedere qualcosa fatto, per prima cosa fai riferimento all'elenco delle cose da fare per i miglioramenti che sono già stati presi in considerazione. Sono attualmente in procinto di mettere insieme le cose per iniziare una campagna Indiegogo, quindi per favore spargi la voce!

Ancora una volta, grazie per tutto il supporto, e non avrei potuto farlo senza tutti coloro che hanno condiviso i propri sforzi con tutti!

• Se ti è piaciuto questo progetto, condividi, aggiungi un cuore e vota per Reflowduino!
• Se replichi questo progetto, condividi i tuoi risultati e qualsiasi suggerimento che altri potrebbero trovare utili!
• Potresti anche essere interessato a questo tutorial di follow-up che ho realizzato sull'utilizzo di un ESP32 e di un nuovo modulo aggiuntivo Reflowduino32!
• Se hai domande, commenti o dubbi, non esitare a chiederli o condividerli!

~Tim