Schüttelst du noch oder mischst du schon? Teil 1: Vorbereitung, Elektronik

AcidBlues hat Nagellacke. Und zwar einige. So viele tatsächlich, dass ich ihr ein Nagellackregal mit 19 Böden á 50cm gebaut habe, um sie zu organisieren. Das Problem mit so vielen Nagellacken ist, dass sie sich nach einiger Zeit trennen und die ganzen Farbpigmente nach unten absinken. Der von Acid vorgebrachte Vorschlag, ich könne die Lacke händisch schütteln stieß überraschenderweise bei mir auf wenig Gegenliebe also habe ich mich dran gemacht einen automatischen Lackschüttler zu entwerfen!

Zielvorstellung

Am Ende dieses Projekts möchte ich eine kleine Kiste haben, die ich Acid in die Hand drücken kann und mit der sie dann selbstständig ihre Lacke mischen kann. Da ich einige ESP32 (mit WLAN-Funktionalität) zur Verfügung habe gehe ich auch einen Schritt weiter und habe den vermutlich ersten “Smart-Lackmischer” ausgeschrieben – die Steuerung erfolgt per Browser über WiFi!
Folgende Punkte müssen erfüllt sein:

Das Gerät braucht ein geschlossenes Gehäuse, es sollen keine Drähte sichtbar sein.
Die Stromversorgung muss durch ein Netzteil mit DC Stecker erfolgen.
Das Gerät soll nach einer vorgegebenen Zeit abschalten.
Der Mixer soll über WLAN steuerbar sein; verbleibende Zeit sowie die Möglichkeit für einen Sofortstopp über das Web-Interface müssen vorhanden sein.
Der Micro-USB Port des Controllers muss auch bei geschlossenem Gehäuse erreichbar sein.
Alles was benötigt wird (inklusive der Webseite) soll durch das Gerät bereitgestellt werden. Ich will keinen externen Server hosten müssen

Was haben wir denn alles?

Ich hatte keine Lust, zusätzliche Sachen für das Projekt zu kaufen und habe mich deshalb an dem orientiert, was ich gerade herumliegen hatte. Alle Links sind Affiliate Links. Wenn du diese Links nicht benutzen möchtest kopiere einfach die Artikelbeschreibung in die Amazon Suche!

Steppermotor: 17HS2408 (irgendwo in China vom Laster gefallen)
Mikrocontroller: AzDelivery ESP32-WROOM-32
Steppertreiber: Polulu A4988
Netzteil: Universalnetzteil, 9V-24V 1A
Jumperkabel: AZDelivery Jumper Wire Kabel 3×40 Stück
DC Dose: RUNCCI-YUN DC Mount Adapter Set
Eine Random Spax-Schraube 6×50 die auf meinem Schreibtisch herumlag
Sowie noch einige Jumper und kurze Jumperkabel, die schon ewig hier liegen.

Verkabeln der Elektronik

Unser erstes Ziel ist der Beweis, dass die Elektronik macht, was sie soll. Wäre irgendwie kaka wenn wir ein super Design für alles haben nur um dann festzustellen, dass wir noch Teile hinzufügen müssen und dann nichts mehr passt.

Damit beim Verkabeln keine Verwirrung entsteht kann man sich einen Schaltplan erzeugen, hierfür eignet sich besonders das (freie) Tool “Fritzing“. Da es den ESP32 nicht als vorgefertigtes Bauteil in Fritzing gibt kann man sich eine Erweiterung hier herunterladen, die den ESP32 hinzufügt. Die Datei einfach herunterladen und in Fritzing per Drag & Drop rein ziehen.

Das eigentliche Modell ist gar nicht so komplex und besteht letztlich nur aus dem Controller, dem Stepper Motor und der Stromversorgung. Die Steppermotoren brauchen 6V+ um vernünftig zu funktionieren, der ESP32 kommt maßgeblich mit 5-12V Stromversorgung klar (siehe unten). Gleichzeitig hat der ESP32 eine 3.3V Schiene, über die wir den Stepper betreiben können. Das bedeutet, wir können alles mit der gleichen Stromversorgung betreiben und müssen nicht zwischen Leistungsversorgung und Elektronikversorgung unterscheiden. Das Ergebnis sieht wie folgt aus:

Fritzing Schaltdiagramm. Die 9V Batterie ist nur stellvertretend für eine 9V Stromversorgung

Der ESP32 bekommt auf den 5V und GND Pins die Stromversorgung und speist über den 3v3 Pin die Logikspannung des Steppertreibers. Der Steppertreiber bekommt auf VMOT und GND ebenfalls die Stromversorgung (GND für die Logikspannung kann weggelassen werden). SLEEP und RESET sind miteinander kurzgeschlossen, ENABLE, STEP und DIR liegen auf den ESP32 Pins G19, G0, G2 respektive.

Wenn schon, dann wenigstens mit vollem Einsatz!

An dieser Stelle zwei Warnungen.
Erstens: NIEMALS⚠️ gleichzeitig den ESP32 per USB an den PC anschließend während er Strom über die Stromversorgung bezieht! Anfangs habe ich noch mit 12V gearbeitet und die Verbindung mit dem PC hat mein PC Netzteil und meine USB Kamera getötet! NIEMALS gleichzeitig den ESP32 per USB und Stromversorgung anschließen!!
Zweitens: Der ESP32 soll “bis 12V” als Eingangsspannung unterstützen, nach einiger Zeit habe ich den ESP32 damit aber verbrannt und bin für meinen zweiten ESP32 dann auf die (o.g.) 9V ausgewichen. Mit 9V lief die Elektronik jetzt in mehreren Stunden Test makellos.

Darüber hinaus gab es ursprünglich die zündende Idee, die ENABLE, STEP und DIR Pins des Steppertreibers mit Jumpern an den ESP32 anzuschließen und den Steppertreiber damit direkt neben den ESP32 zu hängen. Die Idee war genauso beschissen wie sie aussah, der Treiber fiel dauernd ab. Stattdessen hab ich dann wie oben gemalt Jumperkabel verwendet.

Ursprüngliche Idee mit Jumpern. Dumm! — Elektronik zusammengesteckt

Schlusswort

In diesem Teil haben wir die Elektronik geplant und zusammengesteckt. Im nächsten Teil kümmern wir uns um die Programmierung des Mikro-Controllers und machen einen Minimal-Exkurs in Webseiten-Design. Im dritten (und letzten) Teil kümmern wir uns um das 3D Modell des Gehäuses.