Forno de refluxo faça você mesmo com Reflowduino: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O Reflowduino é uma placa controladora compatível com o Arduino tudo-em-um que eu pessoalmente projetei e construí, e pode facilmente transformar uma torradeira em um forno de refluxo PCB! Possui um microprocessador ATmega32u4 versátil com interface de programação micro USB, uma interface de termopar tipo K MAX31855 integrada com filtragem de ruído, Bluetooth Low Energy (BLE 4.0) para fácil comunicação com um dispositivo móvel, carregamento de bateria LiPo e indicação de status, um sólido opcional retransmissão de estado e uma campainha piezoelétrica para tocar suas músicas-tema favoritas. Melhor ainda, lancei tudo isso como um código-fonte totalmente aberto para que todos possam desfrutar, incluindo arquivos EAGLE PCB, código de exemplo do Arduino IDE, exemplo de aplicativo Android para controle de Bluetooth e tutoriais completos sobre como modificar uma torradeira para começar a cozinhar '!

Se desejar solicitar um Reflowduino ou o Módulo de relé Sidekick, visite meu site!

Para obter a documentação completa, arquivos de origem, esquemas e informações mais abrangentes sobre o Reflowduino, visite a página oficial do Github aqui.

Agora vamos começar!

Etapa 1: Reúna suas peças

Lista de Peças

• Reflowduino Pro ORReflowduino Basic + relé de estado sólido (usarei o módulo de relé Sidekick)
• Termopar tipo K (incluído com o Reflowduino)
• Fonte de alimentação Reflowduino: bateria LiPo, 5V micro USB (de um laptop ou adaptador), ou ambos!
• Torradeira OU fogão elétrico (usei este torradeira de 1100 W quando ele custava cerca de US $ 20)
• Chave de fenda (para desmontar a torradeira)
• Chave de fenda pequena de cabeça chata (para os terminais de parafuso)
• Smartphone ou dispositivo habilitado para Bluetooth. Atualmente, apenas uma versão Android do aplicativo está disponível
• Opcional: um laptop para coletar e representar graficamente dados em tempo real via Excel! Você precisará conectar o Reflowduino ao laptop via micro USB para que isso funcione.

Os itens a seguir são necessários apenas se você quiser fazer muitas personalizações na construção do forno de refluxo (não é necessário na maioria dos casos):

• Cortadores de arame
• Ferro de solda e solda
• Fio 14-18 AWG (fio trançado é mais fácil de manusear)
• Tubulação termorretrátil de tamanho adequado para fios isolantes. Depende da sua configuração.
• Óculos de segurança (fique seguro, estamos lidando com tensões de rede aqui!)
• Luvas (a folha de metal dos fornos torradeira pode ser afiada e apertada com parafusos espetados em todos os lugares!)

Isenção de responsabilidade de segurança: Se você é um iniciante em eletrônica ou não tem a experiência adequada para trabalhar com tensão de rede, sugiro que não mexa nisso, consulte um profissional ou continue aprendendo até que seja proficiente o suficiente ! Não sou responsável por quaisquer contratempos que possam ocorrer devido ao uso indevido dos PCBs do Reflowduino ou de seus componentes e sistema elétrico associados (incluindo energia elétrica, painéis de disjuntores, etc.). Tome todas as precauções de segurança conforme necessário. Além disso, não é recomendado que você use o mesmo aparelho para refluir PCBs e para cozinhar alimentos para consumo. Isso pode resultar em intoxicação alimentar, especialmente se você usar solda com chumbo para o seu PCB. Você é totalmente responsável por suas ações e as executa por sua própria conta e risco!

Dito isso, faça você mesmo, meus amigos … divirta-se e fique seguro!

Reflowduino e o Sidekick

OBSERVAÇÃO: agora também existe um módulo adicional chamado "Reflowduino32" para uma placa de desenvolvimento ESP32 para controlar também sem fio um forno de refluxo. Consulte a página Reflowduino Github para obter a documentação completa, bem como este tutorial de forno de refluxo ESP32!

Em primeiro lugar, existem duas versões do Reflowduino: Basic e Pro, e dependendo do seu aplicativo em particular, você pode escolher uma ou outra. Em seguida, fiz um prático módulo de relé de estado sólido chamado Solid-State Sidekick, que trata de toda a fiação da rede elétrica para você e elimina completamente a necessidade de soldar qualquer coisa. Basta conectar o aparelho diretamente no Sidekick, bem como os dois fios de entrada do relé do Reflowduino e pronto!

Abaixo está um resumo das opções disponíveis:

1. Reflowduino Pro
2. Reflowduino Basic + Solid-State Sidekick
3. Reflowduino Basic + outro relé de estado sólido (escolha o seu)
4. Outra placa compatível com Arduino + interface de termopar + termopar + módulo Bluetooth + Solid-State Sidekick (ou outro relé) + bateria LiPo "mochila" (opcional)

A primeira opção vem com o relé já montado na placa do Reflowduino. Esta é uma boa opção versátil para controlar qualquer miniforno ou chapa elétrica genérica, especialmente se você deseja soldar os fios você mesmo e economizar algum dinheiro.

A segunda opção é de longe a opção mais fácil (e segura) e não requer qualquer solda ou ajuste do aparelho, a menos que você realmente queira, porque o módulo de relé Sidekick tem o relé de estado sólido, bem como todas as provisões para você simplesmente conecte as coisas a ele conectando-as. Sim, você ouviu direito! Isso significa que você pode controlar qualquer miniforno sem nem mesmo abri-lo!

A terceira opção é se você preferir escolher seu próprio relé de estado sólido, talvez com uma capacidade de corrente mais alta ou por algum outro motivo, como configuração de montagem personalizada (quem sabe?).

A última opção é para quem já tem muitas peças espalhadas e quer montar algo rapidamente sem comprar algo novo, o que também está perfeitamente bem! Você pode usar o Arduino junto com algo como esta placa de breakout de termopar e, claro, o próprio termopar. Para usar o aplicativo de demonstração, você também precisará de um módulo HM-10 Bluetooth, a menos que queira deixar de fora a comunicação sem fio e limitar-se a representar graficamente os dados no Excel por meio de um computador. Observe que dependendo das partes que você escolher, pode ser necessário alterar o código de demonstração para atender às suas necessidades.

Recursos:

• Clique aqui para especificações rápidas do Reflowduino.
• Clique aqui para obter uma descrição das pinagens do Reflowduino

Relé de estado sólido

Se estiver usando o Reflowduino Pro, você pode pular esta seção, mas se estiver usando o Reflowduino Basic, você precisará obter o Sidekick ou escolher seu próprio módulo de relé. Ao escolher o seu, verifique o seguinte:

• Tipo de relé: precisa ser de estado sólido, não apenas um relé de contato convencional. Você PODE conseguir usar um relé convencional para nossa aplicação específica (já que usaremos o controle de proporção de tempo, não PWM contínuo), mas não é garantido ou recomendado. Além disso, você ouvirá o "clique" do relé toda vez que ele mudar, o que pode ser irritante.
• Optoisolamento: procure um opticamente isolado para maior segurança. Isso significa que você pode ter certeza de que seu Arduino não será afetado por 120 V / 240 V CA!
• Tensão de controle: deve ser compatível com 3,3 V ou 5 V
• Classificação de saída: precisa lidar com a quantidade de corrente que seu aparelho usará. para qualquer aparelho dos EUA (sendo usado legalmente), 15A / 120VAC é tudo o que você precisa, já que os disjuntores disparam a 15A.

O relé de estado sólido opto-isolado do Reflowduino Pro tem uma tensão de controle de 3-15 VCC e pode lidar com até 25 A / 240 VCA com resfriamento por convecção adequado. Em circunstâncias normais, ele pode lidar com 10A / 240VAC ou 20A / 120VAC, o que é bom o suficiente para todos os aparelhos dos EUA e deve ser adequado para a maioria dos aparelhos 240VAC.

Recursos:

Folha de especificações do relé de estado sólido PF240D25R do Reflowduino

Forno torradeira ou placa quente

Ao escolher um miniforno, é importante escolher um que seja do tamanho certo para sua aplicação, pois menor significa maior eficiência em termos de aquecimento! No entanto, os maiores também funcionarão, basta verificar as avaliações para ter certeza de que não é um lixo completo. Eu comprei pessoalmente este do Walmart por cerca de US $ 21, incluindo impostos, quando estava à venda.

Também é uma boa ideia ter certeza de que você terá uma bandeja de metal plana para a placa de circuito impresso. Muitos fornos torradeira (incluindo o que comprei!) Vêm com bandejas com saliências e padrões de grelha, e isso definitivamente não é ideal para refluxo de PCB porque causa não uniformidades térmicas em todo o PCB. No entanto, tive sorte porque a bandeja coletora era perfeita para o que eu precisava, então simplesmente joguei fora a grelha de metal e a bandeja de cozimento que ela acompanhava.

Para placas quentes é igualmente importante escolher uma com superfície plana. A maioria das placas quentes tem uma área circular rebaixada no meio da placa que não é desejável, então tente minimizar essa área para que você tenha o espaço mais utilizável para colocar seus PCBs. Além disso, escolha uma placa quente que tenha apenas um único botão (controle de temperatura), pois desta forma você não precisa nem abri-la para ajustar a fiação!

Para obter mais informações sobre este tópico, consulte a página wiki do Github.

Etapa 2: Faça a conexão

Agora que você tem as peças, é hora de conectar tudo! Há muitas maneiras de remover a pele de um forno elétrico, então ouça com atenção e leia a isenção de responsabilidade de segurança mencionada anteriormente!

Pratos quentes

Para qualquer eletrodoméstico, o princípio principal é alternar o fio ativo do cabo de alimentação colocando o relé em série com o fio ativo e ignorar os botões de controle do eletrodoméstico, se necessário. Para placas quentes com um único botão de controle de temperatura, você nem precisa ajustar a placa quente; você pode simplesmente girar o botão para HIGH (configuração máxima) e pronto! Isso garante que a placa quente será alimentada (o contato dentro da placa quente será fechado) quando o relé é ligado.

Para instalações permanentes, você pode cortar o cabo de alimentação e emendá-lo ou pode fazer isso com os contatos do cabo de alimentação. Novamente, certifique-se sempre de isolar adequadamente todas as conexões. Siga o esquema geral na primeira imagem e você deve estar pronto para o refluxo!

Observe que usei pinças de crocodilo e outro cabo de alimentação (com pinças de crocodilo nas pontas) apenas para testar. Isso não é recomendado e deve ser usado apenas para testes temporários. Para instalações mais permanentes, você deve soldar e isolar tudo ou usar o Sidekick para conectar tudo.

Fornos torradeira

Os fornos torradeira são controlados usando exatamente o mesmo conceito da placa quente, em que geralmente você pode controlá-los sem nem mesmo tocar na fiação, simplesmente maximizando o botão de temperatura, girando a configuração para "Bake" para que ambos os filamentos de aquecimento estejam ligados e maximizando o cronômetro. Dependendo da torradeira, você também pode ter um recurso "Permanecer ligado" para que não precise se preocupar com o tempo acabando!

No entanto, se você ainda quiser desmontá-lo, ajustar a fiação para contornar os botões e adicionar controles personalizados em nome da ciência, você ainda pode! Felizmente, mesmo se você quiser desmontá-lo, o princípio geral ainda é muito simples: você deve desconectar todos os botões que estão conectados ao fio energizado e conectar todos os filamentos de aquecimento ao fio energizado para que eles liguem com força total corretamente ao conectar o cabo de alimentação na parede.

Neste Instructable, não vou perder tempo lendo isso, mas você pode ver como ajustei minha torradeira no wiki do Github.

Etapa 3: configuração do software

Agora que você configurou todo o hardware, veremos como configurar o software.

Configuração de aplicativo

Veja estas instruções sobre como instalar o aplicativo de demonstração Reflowduino e como importar dados salvos do aplicativo para o Excel.

Sumário breve:

• Atualmente, o aplicativo é apenas para Android e é totalmente de código aberto!
• O aplicativo exibe a temperatura em tempo real e a representa graficamente assim que o processo de refluxo é iniciado.
• O aplicativo também salva os dados após o processo de refluxo ser concluído ou abortado e os dados podem ser importados para o Excel para análise!

Arduino IDE Setup

Veja estas instruções para configurar o Arduino IDE e instalar as bibliotecas necessárias.

Sumário breve:

• Carregue o código "Reflowduino_Demo", selecione "Adafruit Feather 32u4" em Ferramentas -> Placas no IDE do Arduino.
• Compile-o apenas para ter certeza de que todas as bibliotecas estão instaladas corretamente.
• Faça upload do código para o Reflowduino e lembre-se de que pode ser necessário pressionar o botão de reinicialização no Reflowduino se o IDE do Arduino começar a pesquisar a porta.

Demonstração de Reflowduino

Veja estas instruções sobre como usar o código de demonstração do Reflowduino.

Sumário breve:

• O esboço de demonstração do Reflowduino permite que seu Reflowduino trabalhe junto com o aplicativo de demonstração via Bluetooth.
• O Reflowduino lê a temperatura do termopar e envia os dados para o aplicativo via Bluetooth a cada 2s.
• O Reflowduino usa o controle de proporção de tempo PID para controlar o relé de estado sólido durante o processo de refluxo.
• Para operação autônoma, comente a linha que tem "while (! Serial) delay (1);" que espera que uma conexão serial seja estabelecida antes de executar o código real.
• Você pode fazer o Reflowduino atuar como um teclado definindo a variável "enableKeyboard" como true próximo ao topo do esboço para uso com este arquivo de demonstração do Excel. Isso fará com que o Reflowduino "digite" os dados no Excel em tempo real quando estiver conectado via USB. Apenas certifique-se de que, ao iniciar o processo de refluxo, o cursor esteja na primeira célula disponível (A2) no Excel!

Vídeos de demonstração

• Este vídeo mostra os dados sendo inseridos no Excel pelo Reflowduino.
• Este vídeo mostra a operação geral do aplicativo e a configuração do hardware com um miniforno.
• Este vídeo mostra o que acontece no final do processo de refluxo.

Recursos

• Você sempre pode encontrar o código do Arduino mais recente e o arquivo de demonstração do Excel para entrada de dados em tempo real no Github
• Você também pode encontrar os arquivos de aplicativos Android mais recentes no Github

Etapa 4: Resultados e conclusões

Resultados

Em anexo estão alguns close-ups de uma placa que refluí usando o Reflowduino e alguma pasta de solda de baixa temperatura com a temperatura de refluxo definida para 155 ° C (esta pasta de solda em particular parece refluir a uma temperatura mais baixa do que os 165 ° C típicos recomendados, e Observei que o movimento de refluxo começou a ocorrer por volta de 125 ° C, em vez de na anunciada "temperatura de fusão" de 138 ° C). As juntas de solda eram perfeitas e eu não poderia pedir nada melhor!

Fazendo suas próprias placas

Projeto de PCBs: Para projetar PCBs, eu pessoalmente uso o Autodesk EAGLE, que é uma ferramenta gratuita, mas poderosa, que permite a criação rápida de PCBs de qualidade! Ele também tem alguns recursos muito interessantes, como a sincronização de modelos 3D do seu PCB para e do Fusion 360.

Protótipos de PCB: Para protótipos rápidos e acessíveis, descobri que o OSH Park oferece a melhor qualidade. Eles usam um processo sem chumbo chamado ENIG, que na verdade cobre os contatos de ouro para que fiquem ótimos por muito tempo!

Montagem de PCB: Use seu Reflowduino para montar as placas!

Conclusões

No geral, o Reflowduino é o hardware perfeito para controlar qualquer miniforno ou chapa quente! Com o Reflowduino Pro você pode fazer um forno de refluxo totalmente funcional com todos os sinos e apitos por um pouco mais de $ 100 (com uma torradeira de $ 20). Você pode ver mais algumas observações técnicas aqui.

Se gostou deste projeto, comente abaixo e não hesite em fazer perguntas, dar sugestões ou dar um feedback construtivo! Se você gostaria de ver algo feito, primeiro consulte a lista de tarefas para ver as melhorias que já estão sendo consideradas. No momento, estou no processo de juntar as coisas para começar uma campanha no Indiegogo, então, por favor, divulgue!

Mais uma vez, obrigado por todo o apoio, e eu não poderia ter feito isso sem todos aqueles que se empenharam, compartilharam seus próprios esforços com todos!

• Se você gostou deste projeto, compartilhe, adicione um coração e vote no Reflowduino!
• Se você replicar este projeto, compartilhe seus resultados e quaisquer dicas que outros possam achar úteis!
• Você também pode estar interessado neste tutorial de acompanhamento que fiz sobre como usar um ESP32 e um novo módulo complementar Reflowduino32!
• Se você tiver dúvidas, comentários ou preocupações, não hesite em perguntar ou compartilhá-los!

~ Tim