#第九届立创电赛#3D打印耗材温湿度监测-干燥组件 - 立创电子设计大赛

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第九届立创电子设计开源大赛

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#第九届立创电赛#3D打印耗材温湿度监测-干燥组件

创建时间：1年前

29021 53 113

描述

<div> <h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 想必耗材受潮导致的拉丝一定困扰着每一位3D打印爱好者，热床上的炒面和盘丝洞总能引发人们的沉思。 干燥箱和温湿度计已经成为每一位3D打印爱好者必备的道具。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/939f9fe60a384332bbc8e79f9828c78c.jpg" alt="" width="1200" height="901"> 图1 再也不会笑了.jpg(一堆温湿度计) 传统的干燥剂+密封箱组合的干燥箱只能维持耗材的受潮程度，并不能使耗材表现变好，随着时间的推移耗材依旧会出现质量变差的情况。 使用具有主动干燥（加热）功能的干燥箱能够降低耗材的受潮情况，在一定程度上能够改善打印拉丝、缺陷问题。 某宝上有许多具有主动功能的干燥箱，但每每看到图片下的价格，总会使我沉思，我在想，3D打印爱好者的钱是不是大风刮来的？ 虽然与打印机和高质量耗材的价格相比，这样的定价并不算昂贵，但简单的加热元件、控制器及外壳能卖到如此高昂的价格实在让我难以接受。（觉得贵是我的问题，私密马赛） 一番思想斗争后还是认为不能给厂商捐款，决定自己动手。 也有部分DIY方案采用果蔬烘干器进行改造，但是220V的供电以及不能原生匹配耗材让我望而却步。 本干燥组件在常用的5L米桶干燥箱基础上进行附加，做小幅度改造以获得温湿度监测+主动干燥的功能。 以下是验证后实物展示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/c3d6727d93d944fb8fb03b52c4a99e05.jpg" alt="" width="1200" height="900"> 图2 实物展示图1 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/faa7779395d0471b9a9700d34479e222.jpg" alt="" width="1200" height="900"> 图3 实物展示图2 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/833c8ef2f01a4cc39f7e2885dcae025f.jpg" alt="" width="1200" height="900"> 图4 控制模块PCB展示 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 项目首次公开；项目为原创；项目未曾在其他比赛中获奖；项目未在学校参加过答辩。 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> CC BY-NC-SA 4.0 <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> <ul> <li style="line-height:1.8;">4.1 基本特性</li> </ul> 有效输入电压：10-20V（10V为软件设定欠压保护下限，可更改；20V为PTC元件电气性能限制） 干燥温度范围：0-255℃（由软件设置；回答我，你不会真的加热到255℃，对吧？） 设计最大功率：Type-C输入 - 60W；DC输入 - 80W（可以通过软件设置限制输出功率） 人机交互：0.96 OLED显示、EC11编码器交互 <ul> <li style="line-height:1.8;text-align:left;">4.2 系统结构</li> </ul> 本组件主要由MCU、电源部分、主动干燥部分、温湿度监测以及人机交互部分构成。 系统结构图如下所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/fa54b74e288e448d9fddc31536a92433.png" alt="" width="1200" height="560"> 图5 系统结构图 <ul> <li style="text-align:left;">4.3 硬件设计</li> </ul> · MCU采用ESP32-C3-MINI-1-N4模组，自带USB支持JTAG，用过都说好！不是第一次在项目中使用改模组，但每一次在项目中使用总能学习到新的内容。 片上有12位ADC，用于PT1000和输入电压的采样（飘也是真的飘，不校准完全不能用）。 改模组具备WIFI功能，后续可以考虑接入物联网等。 其余功能随后续内容描述。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/90281392bb6946cbb5ac6a20f7d2aa68.png" alt="" width="1200" height="589"> 图6 MCU部分原理图 · 电源部分，输入采用DC插口+Type-C的方案；主供电VBUS直接供给PTC加热器、风扇；主供电经过DC-DC降压获得3.3V电压用于ESP32-C3、OLED等的供电。 DC插口与VBUS间接入肖特基二极管SS54，做防反接、防倒灌；接入TVS，防止输入电压大于20V损坏PTC。Type-C后接CH224K，用于PD诱骗，Rset设置为NC，诱骗20V电压。 DC-DC采用Buck拓扑、使用MP2359芯片控制（杰盛微可白嫖&Pin2Pin芯片很多）。其中，FB电压为0.8V，通过电阻分压得到。 分压电阻使用Matlab编写遗传算法程序，带入电压条件迭代求得，理论误差为0V。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/cdd1917cf80649a3b4d0da95edbed8b1.png" alt="" width="1200" height="586"> 图7 FB电阻计算 但注意输出电压可能不完全等于3.3V，并且后续ADC校准需要视情况更改校准参数。（本项目测试中实际电压为3.345V，由LCSC530+万用表测量得到） <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/dd7040e30f7e4860bc2759c901df6bae.png" alt="" width="1200" height="585"> 图8 电源部分原理图 · 主动干燥部分由PTC加热控制、风扇控制和PT1000测量组成。 PTC加热控制、风扇控制采用NMOS开关电路实现。风扇电流较小，使用AO3400 NMOS；PTC所需电流较大，但也仅有数A，一般DFN-8(5x6)封装的NMOS都能满足条件。 PT1000测量则是与1k电阻构成分压电路，测量PT1000与1k电阻中间点的电压。（懒了，不想加运放做量程变换，直接软件算吧） <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d142c443e7b04813996a8642969feba6.png" alt="" width="1200" height="585"> 图9 主动干燥部分原理图 · 温湿度监测部分采用盛思锐SHT30温湿度传感器，以I2C总线进行数据交互。 · 人机交互部分由0.96" OLED及其驱动电路、EC11编码器组成。 本项目OLED选型为SH1106 128x64 0.96" 30Pin I2C协议OLED。一般30Pin 0.96" OLED均兼容；EC11编码器柄高随意。 SHT30与OLED使用同一个硬件I2C。 在之前的设计当中，分别使用了两对引脚，计划使用两组I2C总线。但在程序编写过程当中，调用库函数难以实现Wire1的使用（对不起，我的代码水平雀食不行），因此改为同一对引脚、同一个硬件I2C总线。 使用软件I2C进行屏幕的调用延迟较大，会在后续的软件部分说明。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/bee9232b85234f6984d38a38cd015e08.png" alt="" width="1200" height="533"> 图10 温湿度监测部分&人机交互部分原理图 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> <ul> <li style="line-height:1.8;">5.1 软件设计思路</li> </ul> 本项目基于Arduino框架开发，开发环境为VSCode PlatformIO。 项目中，将程序设计整体分为以下几个部分：显示（U8g2）、交互输入（Encoder、OneButton）、温湿度传感器（Adafruit_SHT31）、电压采样（analogRead）、风扇及PTC输出控制（analogWrite、PID）。 交互输入通过在主循环中调用库函数实现；显示、数据采样、输出控制则是每隔一定间隔执行一次。 <ul> <li>5.2 软件设计</li> </ul> · 交互输入实现相对简单，分别通过调用Encoder.h、OneButton.h库函数实现。参照以上库提供的例程实现相应的按键和编码器功能。 · 数据采样及输出控制中包含两个部分，分别为需要严格保持时间间隔恒定执行和时间间隔要求宽松两种。 其中，PT1000的温度采样、PTC输出控制是需要严格保持时间间隔恒定执行的部分。这是因为该部分涉及PID控制，详细PID原理在此处不过多解释。而其他的数据采样和风扇控制不需要严格进行控制。 因此，将上述两种类型分别采用不同方法实现。设置一个定时器（项目中时间为200ms），需要严格时间控制的部分放置于定时器内；同时定义一个中断标志，当发生定时器中断时标志变为true，在主循环中由if判断标志并执行时间要求宽松的部分。 · 显示也属于较为宽松的部分，并且其刷新需要占用较长时间，因此同上将其放置在if判断标志后执行。 起初想将所有函数置于定时器中断服务函数中执行，但是这样导致了报错并循环重启（推测定时器再次发生中断时服务函数还未执行完，但在ESP32-S3的开发中没有遇到这样的情况）。因此，将函数分为时间严格、时间宽松两部分分别执行。 <ul> <li>5.3 交互逻辑</li> </ul> 交互部分包含OLED的显示和EC11编码器的输入。 · 菜单逻辑 本项目中菜单分为两级，第一级菜单用于显示当前系统的情况（温湿度、输入电压、系统状态）；第二级菜单用于设置主动干燥时的参数（加热温度、加热时间、风扇及PTC的功率限制）。 程序设计中，使用一个bool型变量判断菜单的层级；分别进入两级菜单，print对应的项目并请求对应的数值，使用String()转化为字符串后以“+”连接一次性进行绘制输出。 二级菜单需要对具体的项目进行编辑，多了一个选中状态的选项，因此增加一个unsigned char型变量用于存储选中目标序号，范围为0-3。当目标序号=项目序号时，在该行末端输出一个“*”以作为选中标记。 在二级菜单的程序编写中，使用了结构体，大大简化了编写程序的复杂程度（一级菜单部分凑合用，就懒得改了），在结构体中存储项目名称、单位、数值和调整刻度。 使用for循环配合结构体print即可大大压缩显示使用的程序内容。 程序如下所示： <code>struct element{ char* name; char* unit; unsigned char value; unsigned char scale; }; element Setting_Element[] = { {"加热温度: ","℃",60,1}, {"加热时间: ","min",0,1}, {"功率限制: ","",32,8}, {"风扇转速: ","",64,8}, };</code> <div> </div> 菜单显示逻辑如下所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/61c62bef8f114dc8afa916f14eae9e30.png" alt="" width="1200" height="608"> 图11 菜单显示逻辑 菜单显示效果如下所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/b5ccd1f16f724f6bb507fed4feb284cc.png" alt="" width="1200" height="356"> 图12 菜单显示效果 · 输入逻辑 输入主要分为编码器输入和按键输入。编码器通过旋转可以增大或减小数值；按键则通过功能复用分别实现选中、切换效果。 OneButton库提供了多种按键状态，本项目中仅使用按键单击和按键长按两种（由于主循环中显示占用时间较长，导致双击识别较不准确，故舍弃）。 Encoder库可以记录当前编码器的位置，通过将当前位置与上一时刻位置进行比较可以判断数值增减（实际使用中还存在一定抖动）。 输入交互逻辑如下图所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/97a3d63d22e04eaa9b65e3fbf55e4649.png" alt="" width="1200" height="593"> 图13 输入交互逻辑 <ul> <li>5.4 输出控制</li> </ul> 输出控制分为PTC输出和风扇输出两部分。其中，风扇输出简单调用analogWrite即可；PTC输出为了控制输出温度恒定需要采用PID控制。 PID控制采用增量式PID，即在前一时刻控制量基础上调整控制量数值，这样的控制方法代码量比较小（个人感觉）。 PID部分代码如下所示： <code>// PID</code> <code>float Kp=0.1, Ti=125, Td=5;</code> <code>uint16_t P_Term=0, I_Term=0, D_Term=0;</code> <code>void PidCtrl(){</code> <code> // PID项计算</code> <code> P_Term = Error_Temperature[0] - Error_Temperature[1];</code> <code> I_Term = Error_Temperature[0];</code> <code> D_Term = Error_Temperature[0] - 2*Error_Temperature[1] + Error_Temperature[2];</code> <code> OUT_Status = OUT_Status + Kp*( P_Term + Ts/Ti*I_Term + Td/Ts*D_Term );</code> <code> // 功率限制</code> <code> if(OUT_Status > Setting_Element[2].value){</code> <code> OUT_Status = Setting_Element[2].value;</code> <code> }</code> <code> analogWrite(OUT,OUT_Status);</code> <code> </code> <code> // Serial.println(String(OUT_Status)+"*"+String(Error_Temperature[0]));</code> <code> // 温度误差更新</code> <code> Error_Temperature[2] = Error_Temperature[1];</code> <code> Error_Temperature[1] = Error_Temperature[0];</code> <code> Error_Temperature[0] = Setting_Element[0].value - temperature_PT1000;</code> <code>}</code> <ul> <li>5.5 PT1000测量</li> </ul> PT1000用于测量PTC加热器的温度。与SHT30测温不同，箱内温度在加热后需要一定时间才能上升，具有迟滞性且具有局部温度差异的情况。 若依靠SHT30测量值作为PID控制依据，很可能导致PTC过度加热，使得PTC出口附近温度过高、耗材融化。因此需要额外增加一个温度传感器用于测量PTC温度，使温度控制在合理范围。 PT1000在0℃时阻值为1kΩ，随温度上升增大阻值。但其关系并非线性，因此需要对其进行一定处理。 考虑到加热温度多处于40~80℃，因此本项目抛弃40℃以下、80℃以上的测量准确性，采用局部拟合的方式得到温度与采样值之间的关系。 根据PT1000温度计算公式，建立温度与电压的实际曲线，然后截取40-80℃部分使用Matlab cftool进行一阶线性拟合。拟合效果如下图所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/f4928efb6a5a4d8394c4246199e527b9.png" alt="" width="1200" height="531"> 图14 PT1000拟合效果 其中绿线（局部一阶拟合）是黑线（一阶拟合函数）的部分，在图中重合。 但由于没有能够进行温度校准的工具，因此无法判断拟合的效果。并且由于ESP32-C3的ADC存在偏移，测量结果必然存在一定误差。 <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> <ul> <li style="line-height:1.8;text-align:left;">6.1 装配明细</li> </ul> 表1 装配明细 <table style="border-collapse:collapse;width:80%;height:320px;margin-left:auto;margin-right:auto;"> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">序号</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">项目</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">数量</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">备注</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">6CM风扇</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">厚度不限</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">2</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">6x3磁铁</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">8</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">安装时注意对吸</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">3</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M4x4x5.5土八螺母</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">4</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">4</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M4x14内六角螺栓</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">4</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">5</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x3x4.5土八螺母</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">4</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">6</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x12铜柱</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">7</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x8铜柱</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">8</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x4平头螺丝</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">2</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">9</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">PT1000</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">10</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">XH2.54-2P端子线</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">11</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">四氟管</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">一小段，外径4mm（玩3D打印的大家都有吧？）</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">12</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x10螺丝</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">2</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">圆头或平头</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">13</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">M3x8螺丝</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">4</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">沉头最佳</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">14</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">铜鼻子</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">2</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">孔内径>3mm</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">15</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">PTC加热器</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">12V 50W</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">16</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">控制器模块</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;"> </td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">17</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">风嘴</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">打印件，见附件</td> </tr> <tr style="height:20.7656px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">18</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">控制器座</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.7656px;line-height:1;">打印件，见附件</td> </tr> <tr style="height:20.8281px;"> <td style="width:11.8724%;text-align:center;height:20.8281px;line-height:1;">19</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.8281px;line-height:1;">控制器盖</td> <td style="width:20.2929%;text-align:center;height:20.8281px;line-height:1;">1</td> <td style="width:47.4895%;text-align:center;height:20.8281px;line-height:1;">打印件，见附件</td> </tr> </table> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/f5c87498b11c4c1b9ca21a7c0f67be3d.jpg" alt="" width="1200" height="900"> 图15 模块组成展示 <ul> <li>6.2 模块装配</li> </ul> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d0016c0a38bd48daba3352f4387647bd.png" alt="" width="1200" height="675"> 图16 装配爆炸图(部分) 安装时，5L米桶需要进行打孔处理，两个为PTC加热器接线柱、一个为四氟管伸出孔、方孔用于伸出XH座子和端子线。如下图所示： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/46add3291d8a4f8f98a27bd7143b5754.jpg" alt="" width="1200" height="900"> 图17 打孔标记 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/0d6c6273f421438885cd73f4d827f8dd.jpg" alt="" width="1200" height="899"> 图18 大赛Logo验证 <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频见附件。 <ul> <li style="line-height:1.8;">8.1 项目附加说明</li> </ul> 在实物验证过程中，发现了部分不合理之处，不推荐直接对该项目进行复刻，建议做一定修改再行复刻。以下是待改进的点： 1.风扇噪声。风扇控制使用analoagWrite，PWM频率较低，在运行时存在较大的噪声，后续尝试改为ESP32的ledc控制。 2.风扇与PT1000连接。当前使用的XH插接位置较差，装配需要镊子辅助，应该将插座留在侧面方便连接；或者增加副板、更换PogoPin实现免插接并降低漏气可能。 3.屏幕刷新率较低。当前使用的是硬件I2C方案，虽然相较于原有的软件I2C有极大的改善，但是刷新时间仍较长，还有很大的改进空间。（在代码是也可以优化，个人软件水平一般，能力有限） 4.温湿度与主动干燥没有联动。当前还没有加入联动，例如设置湿度阈值进行主动干燥。 5.干燥剂放置。原先计划将干燥剂以磁吸方式吸附在风扇另一侧，但实际安装中空间过小，无法放入。 本项目仅抛砖引玉，提供一些设计思路供各位大佬参考。 <h3 style="line-height:1.8;">附录</h3> <ul> <li>附录1 项目程序</li> </ul> <code>#include <Arduino.h></code> <code>#include <Wire.h></code> <code>#include <SPI.h></code> <code>#include <U8g2lib.h></code> <code>#include "Adafruit_SHT31.h"</code> <code>#define ENCODER_OPTIMIZE_INTERRUPTS </code> <code>#include <Encoder.h></code> <code>#include "OneButton.h"</code> <code>// IO Setting</code> <code>#define OUT 4</code> <code>#define FAN 5</code> <code>#define UIN_IN 0</code> <code>#define PT1000_IN 1</code> <code>// Variable Definition</code> <code>float temperature = 0; // 箱内温度</code> <code>float humidity = 0; // 箱内湿度</code> <code>uint16_t UIN = 0; // UIN读数</code> <code>uint16_t PT1000 = 0; // PT1000读数</code> <code>float voltage_UIN = 0; // UIN电压</code> <code>float temperature_PT1000 = 0; // PT1000温度</code> <code>unsigned char OUT_Status = 0; // PTC输出状态</code> <code>float Error_Temperature[3] = {0}; // 温度误差队列</code> <code>const uint16_t Ts = 200; // 采样、上传、控制周期设置</code> <code>bool FLAG_timIT0 = 0; // timer0中断标志</code> <code>bool System_Status = 0; // 系统状态 0 - 待机；1 - 加热</code> <code>bool List_Level = 0; // 菜单层级 0 - 主页；1 - 设置</code> <code>bool Choose_Status = 0; // 选中状态</code> <code>bool UIN_Error = 0; // 输入电压过低标志</code> <code>unsigned char UIN_threshold = 10; // 电压阈值</code> <code>unsigned char Choose_Targrt = 0; // 选中目标</code> <code>uint16_t heating_times = 0; // 加热时间计数器</code> <code>uint16_t heating_sum_time = 0; // 加热计数器最大值</code> <code>struct element{</code> <code> char* name;</code> <code> char* unit;</code> <code> unsigned char value;</code> <code> unsigned char scale;</code> <code>};</code> <code>element Setting_Element[] = {</code> <code> {"加热温度: ","℃",60,1},</code> <code> {"加热时间: ","min",0,1},</code> <code> {"功率限制: ","",32,8},</code> <code> {"风扇转速: ","",64,8},</code> <code>};</code> <code>// U8G2</code> <code>#define SDA 7</code> <code>#define SCL 6</code> <code>// U8G2_SH1106_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/ SCL, /* data=*/ SDA, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);</code> <code>U8G2_SH1106_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);</code> <code>// SHT30</code> <code>Adafruit_SHT31 sht31 = Adafruit_SHT31();</code> <code>#define SHT30_SDA 2</code> <code>#define SHT30_SCL 3</code> <code>// Encoder</code> <code>#define KeyA 20</code> <code>#define KeyB 21</code> <code>Encoder Enc(KeyB, KeyA);</code> <code>long oldPosition=-999;</code> <code>long newPosition=0;</code> <code>void EncoderRead(){</code> <code> if(Enc.read() != oldPosition) {</code> <code> newPosition = Enc.read();</code> <code> Serial.println(newPosition);</code> <code> if(List_Level){</code> <code> if(Choose_Status){</code> <code> if(newPosition>oldPosition){</code> <code> Setting_Element[Choose_Targrt].value+=Setting_Element[Choose_Targrt].scale;</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> Setting_Element[Choose_Targrt].value-=Setting_Element[Choose_Targrt].scale;</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> if(newPosition>oldPosition){</code> <code> Choose_Targrt+=1;</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> Choose_Targrt-=1;</code> <code> }</code> <code> if(Choose_Targrt>3){</code> <code> Choose_Targrt=0;</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> oldPosition=newPosition;</code> <code> }</code> <code>}</code> <code>// OneButton</code> <code>#define Key1 10</code> <code>OneButton button(Key1, true);</code> <code> // 按键单击</code> <code>void Click1() {</code> <code> Serial.println("click");</code> <code> List_Level = !List_Level;</code> <code> Choose_Status = 0;</code> <code> Serial.println(List_Level);</code> <code>}</code> <code> // 按键长按</code> <code>void longPressStart() {</code> <code> Serial.println("longPressStart");</code> <code> if(!List_Level){</code> <code> if(1){//voltage_UIN > UIN_threshold){</code> <code> System_Status = !System_Status;</code> <code> heating_times = 0;</code> <code> heating_sum_time = Setting_Element[1].value *300;</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> UIN_Error = 1;</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> Choose_Status = !Choose_Status;</code> <code> }</code> <code>}</code> <code>// 数据读取</code> <code>void dataRead() {</code> <code> temperature = sht31.readTemperature();</code> <code> humidity = sht31.readHumidity();</code> <code> UIN = analogRead(UIN_IN);</code> <code> voltage_UIN = UIN*0.006046; // 1/4096*3.3*8.5 取决于ESP32-C3系数需要自行校准</code> <code> // PT1000 = analogRead(PT1000_IN);</code> <code>}</code> <code>// PID</code> <code>float Kp=0.1, Ti=125, Td=5;</code> <code>uint16_t P_Term=0, I_Term=0, D_Term=0;</code> <code>void PidCtrl(){</code> <code> // PID项计算</code> <code> P_Term = Error_Temperature[0] - Error_Temperature[1];</code> <code> I_Term = Error_Temperature[0];</code> <code> D_Term = Error_Temperature[0] - 2*Error_Temperature[1] + Error_Temperature[2];</code> <code> OUT_Status = OUT_Status + Kp*( P_Term + Ts/Ti*I_Term + Td/Ts*D_Term );</code> <code> // 功率限制</code> <code> if(OUT_Status > Setting_Element[2].value){</code> <code> OUT_Status = Setting_Element[2].value;</code> <code> }</code> <code> analogWrite(OUT,OUT_Status);</code> <code> </code> <code> // Serial.println(String(OUT_Status)+"*"+String(Error_Temperature[0]));</code> <code> // 温度误差更新</code> <code> Error_Temperature[2] = Error_Temperature[1];</code> <code> Error_Temperature[1] = Error_Temperature[0];</code> <code> Error_Temperature[0] = Setting_Element[0].value - temperature_PT1000;</code> <code>}</code> <code>// 定时器设置</code> <code>hw_timer_t *timer0 = NULL; // 定时器0 采样、上传、控制刷新</code> <code> // 状态更新</code> <code>void onTimer0() {</code> <code> FLAG_timIT0 = 1;</code> <code> PT1000 = analogRead(PT1000_IN) *0.85+52;</code> <code> temperature_PT1000 = (PT1000-2070)/3.11;</code> <code> // Serial.println(temperature_PT1000);</code> <code> heating_times++;</code> <code> if(System_Status){</code> <code> PidCtrl();</code> <code> if(heating_times >= heating_sum_time){</code> <code> System_Status = 0;</code> <code> heating_times = 0;</code> <code> Setting_Element[2].value = 0;</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> // Serial.println(PT1000);</code> <code> // Serial.println(temperature_PT1000);</code> <code> </code> <code>}</code> <code>unsigned char ITtimes=0; // 用于屏幕刷新的计数器</code> <code>void setup() {</code> <code> // put your setup code here, to run once:</code> <code> // IO Setting</code> <code> pinMode(OUT,OUTPUT);</code> <code> pinMode(FAN,OUTPUT);</code> <code> pinMode(PT1000_IN,INPUT);</code> <code> pinMode(UIN_IN,INPUT);</code> <code> // Serial</code> <code> Serial.begin(115200);</code> <code> // SHT30</code> <code> Wire.begin(SHT30_SDA,SHT30_SCL);</code> <code> if (!sht31.begin(0x44)) {</code> <code> while (1) {</code> <code> Serial.println("SHT31 sensor not found!");</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> // U8G2</code> <code> u8g2.begin();</code> <code> u8g2.enableUTF8Print();</code> <code> u8g2.setFont(u8g2_font_wqy14_t_gb2312a);</code> <code> button.reset();//清除一下按钮状态机的状态</code> <code> button.attachClick(Click1);</code> <code> button.attachLongPressStart(longPressStart);</code> <code> // 定时器初始化</code> <code> // 定时器0</code> <code> timer0 = timerBegin(0,80,true); // 初始化定时器-使用定时器1</code> <code> timerAttachInterrupt(timer0,onTimer0,true); // 绑定定时器中断服务函数</code> <code> timerAlarmWrite(timer0,Ts*1000,true); // 设置中断间隔为采样周期</code> <code> timerAlarmEnable(timer0); // 启动定时器</code> <code>}</code> <code>void loop() {</code> <code> // put your main code here, to run repeatedly:</code> <code> EncoderRead();</code> <code> button.tick();</code> <code> if(FLAG_timIT0){</code> <code> FLAG_timIT0 = 0;</code> <code> dataRead();</code> <code> if(System_Status){</code> <code> analogWrite(FAN,Setting_Element[3].value);</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> analogWrite(FAN,0);</code> <code> analogWrite(OUT,0);</code> <code> }</code> <code> </code> <code> ITtimes++;</code> <code> if(!List_Level){</code> <code> if(ITtimes >= 4){</code> <code> ITtimes = 0;</code> <code> u8g2.clearBuffer();</code> <code> u8g2.setCursor(0, 15);</code> <code> u8g2.print("箱内温度: "+String(temperature)+"℃");</code> <code> u8g2.setCursor(0, 31);</code> <code> u8g2.print("箱内湿度: "+String(humidity)+"%");</code> <code> u8g2.setCursor(0, 47);</code> <code> u8g2.print("输入电压: "+String(voltage_UIN)+"V");</code> <code> u8g2.setCursor(0, 63);</code> <code> if(UIN_Error){</code> <code> u8g2.print("系统状态: 电压过低");</code> <code> u8g2.drawHLine(0, 63, 128);</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> if(System_Status){</code> <code> u8g2.print("系统状态: 加热中");</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> u8g2.print("系统状态: 待机");</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> u8g2.sendBuffer();</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> else{</code> <code> if(ITtimes >= 1){</code> <code> ITtimes = 0;</code> <code> u8g2.clearBuffer();</code> <code> for(unsigned char i=0; i<=3; i++){</code> <code> u8g2.setCursor(0, (i+1)*16-1);</code> <code> u8g2.print(Setting_Element[i].name+String(Setting_Element[i].value)+Setting_Element[i].unit);</code> <code> if(Choose_Targrt == i){</code> <code> if(Choose_Status){</code> <code> u8g2.setCursor(112, (i+1)*16-1);</code> <code> u8g2.print("*");</code> <code> }</code> <code> u8g2.drawHLine(0, (i+1)*16-1, 128);</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> u8g2.sendBuffer();</code> <code> }</code> <code> }</code> <code> }</code> <code>}</code> </div>

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实机演示240717.mp4
HeaterControler.zip
干燥组件_风嘴.SLDPRT
干燥组件_控制器盖.SLDPRT
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asunar2 2024-07-19 09:32:07 回复

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Sen 2024-07-21 11:05:00 回复

大佬

sfd24 2024-07-22 11:47:19 回复

大佬

volcanocn88 2024-07-23 10:25:03 回复

大佬厉害

sjskql 2024-07-26 11:42:41 回复

干燥箱的王

zhang247906323 2024-07-26 11:54:20 回复

刚花160买了三绿干燥箱的大冤种前来报到[emojis:撇嘴]

zouweifan 2024-07-26 13:53:37 回复

nb大佬

zouweifan 2024-07-26 13:53:38 回复

nb大佬

kscccc 2024-07-30 00:14:35 回复

PTC加热器怎找

Carele 2024-07-30 22:28:56 回复

搜索12V50W PTC

chujian1979 2024-07-30 23:39:14 回复

有成品卖吗

Carele 2024-08-01 09:31:05 回复

没有诶

51liberty 2024-08-01 22:17:32 回复

看着好好啊好想要一个怕自己手残做不好

Carele 2024-08-02 09:40:39 回复

现在还存在不少缺陷，如果不能自行调试修改的话还是不太推荐复刻[emojis:发抖]

baidus 2024-08-02 16:42:40 回复

什么缺陷？

51liberty 2024-08-02 18:05:48 回复

[emojis:呲牙]我都打板了可是我又没有调试能力哈哈

Carele 2024-08-03 00:01:48 回复

8.1的项目附加说明有提到，属于是可以改进的点，基本不影响功能

baidus 2024-08-03 10:54:06 回复

我也打板了还没有焊接

劈波斩浪 2024-08-05 10:01:53 回复

那可以在优化优化，做完美了，明年星火会时参评领奖

ccbox 2024-08-06 00:42:16 回复

非常棒的项目啊，之前看还在想板子上面的小耳朵是干嘛的，原来是湿度传感器的位置，哈哈哈，好有意思。 考虑复刻一版ESP8266的，手上的8266存货还有点多[emojis:呲牙]

ccbox 2024-08-06 00:43:16 回复

还好吧，买的到手能用，自己组一个花的时间也是蛮多的。

Carele 2024-08-06 13:53:59 回复

8266完全ok，C3有JTAG调试起来比较方便所以我就用C3了

Carele 2024-08-06 13:59:13 回复

星火就不参加了，接下来可能没有那么多时间来维护和迭代[emojis:发抖]

geng_yan_wang 2024-08-08 10:41:41 回复

大佬牛哇

javahou 2024-08-10 19:56:12 回复

加热后的空气变得“更大”，可以容纳更多的水分子, 即相对湿度会降低, 由于空气没有置换, 含湿量是不变的, 即绝对湿度不变. 温度下降后, 该怎么样就怎么样. 当然,可以一边加热一边输出, 不过50w 好像发热不了太热, 另外你温度传感器, 你底部没弄一个? 搞不好是顶上很热, 底部不怎么热 另外你的测试视频,没有实际说明这个干燥箱的效果. 来个效果视频看看.

Carele 2024-08-11 00:11:38 回复

首先感谢评论！该项目必然还一定缺陷，最近没有时间系统性解决比较抱歉，项目的主要目的还是希望抛砖引玉，让耗材干燥相关的开源作品更多一些。关于含湿量问题我是想用干燥剂解决的，在循环入口处（进风）放置干燥剂，湿润的冷风干燥后加热进入下一次循环；功率最大可以到近百W，当然也是比较小，DC供电劣势必然如此，DIY我认为使用220V不太安全；温度不均的情况是有的，箱体下部温度相对较低；我认为下置干燥的方案比较合理，但是需要做较大改动（重新设计料盘转轴部分）。等有时间我会继续进行更新改进，也希望能够多多批评指正！

mfdfhkjhkh 2024-10-03 11:47:59 回复

作者还有更新吗？想看看效果怎么样，现在存在的问题解决了吗？[emojis:调皮]

black_tiger 2024-10-10 11:44:00 回复

我也想问3D打印爱好者的钱是不是大风刮来的？农场大批量进货价格都打上来了

Carele 2024-10-11 23:18:40 回复

短时间内可能不会更新了，开学事巨多[emojis:发抖]

mfdfhkjhkh 2024-10-27 16:41:13 回复

有创意

ye009 2024-11-09 16:08:48 回复

确实大怨种，是双十一搞搞满减加个十块钱能买两个了

mfdfhkjhkh 2024-11-19 22:11:27 回复

很实用，可以写一些根据3D打印耗材的专门设计

立创电赛 2024-11-20 13:51:26 回复

恭喜您的作品入围“盛思锐传感器”第九届立创电子设计开源大赛前10名，具体奖项将在颁奖典礼上揭晓~

立创电赛 2024-12-30 09:26:56 回复

您好！恭喜您的作品在“盛思锐传感器第九届立创电子设计开源大赛”中获得三等奖，相关奖金及证书将在25年1月份陆续发放！

盛思锐传感器 2025-01-06 15:43:21 回复

我给你个SHT4x，让3x休息吧。

ij123 2025-03-19 14:01:28 回复

博主你好，可以出一个烧录教程吗，烧录不正常

Carele 2025-04-07 16:08:52 回复

风扇是20V；PT1000是3.3V。写的很清楚了，多看原理图

admo1 2025-05-06 14:38:09 回复

现在的AI真恐怖，我把代码发给它，然后说我需要温湿度联动主动加热功能，它直接给我方案了，代码都给出来了……

dreamordreams 2025-05-21 10:08:42 回复

有点素质行吗？刷什么评论。

zhaoqiankun 2025-06-30 08:27:55 回复

你真狗，全是你刷的评论

baimo7 2025-10-17 21:04:05 回复

输入20v, ptc和风扇都是12v吗

Carele 2025-10-17 23:55:57 回复

PTC通过PWM控制，风扇实测过压问题不是很大

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