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ASSEMBLY MANUAL

🐣 ESP32 智慧孵化器 — 組裝說明書

ESP32 全系列 × 3D 列印實作系列 · 第 15 篇 · 文件版本 v1.0(2026-10-19)

⏱️ 總工時:約 180 分鐘(不含 3D 列印) 🎯 難度:★★★★☆ 中高階(PID 調參 + 三重安全驗證) 🔧 工具:烙鐵、萬用表、鐵氟龍帶、熱熔膠

🧰 零件與工具確認

① 翻蛋轉盤 ×1(PETG) ② 蛋槽插片 ×12(PETG) ③ 齒箱支架 ×1(PETG) ④ SHT31 罩 / 霧氣導流板 / 控制頂蓋 ⑤ ESP32 DevKitC ×1 ⑥ SHT31-D ×1 ⑦ SSD1306 ×1 ⑧ DS3231 + CR1220 ×1 ⑨ PTC 12V 15W + IRLZ44N ⑩ DRV8833 + TT 馬達 ⑪ 霧化片 + 驅動板 + 水箱 ⑫ DS18B20 防水探頭 ⑬ 40°C 溫度保險絲 🔧 烙鐵、萬用表、熱縮管、矽膠管
💡 開工前組裝霧化片測試:接 12V 應冒出綿密水霧、無「滋滋」乾燒聲(乾燒 10 秒即毀片)。霧化片水面深度 5~8mm,太深霧不出、太淺乾燒。
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列印零件與箱體加工

⏱️ 列印約 4.6 小時 + 加工 30 分鐘🎯 難度 ★★☆☆☆
霧氣入口 Ø15(下緣) 排氣孔 Ø12(對角上緣) 保麗龍箱 1.5 箱 霧氣路徑:貼壁上升、對角排出,蛋盤正上方無直吹
  1. 依文章設定列印 6 種零件,全 PETG(37.8°C + 90%RH 環境,PLA 會軟會受潮)。
  2. 電烙鐵通電後切離電源,用餘熱在箱壁燙出霧氣入口 Ø15 與排氣孔 Ø12(保麗龍燙切最整齊)。
  3. 控制頂蓋開 OLED 窗;頂蓋與箱緣接縫貼布基膠帶(日後可撕)。
⚠️ 開孔前確認箱內淨空:霧氣入口對面不能正好是 SHT31 位置,感測器讀到直吹霧氣會永遠顯示濕潤假象。
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焊動力板(加熱 + 馬達 + 霧化)

⏱️ 40 分鐘🎯 難度 ★★★☆☆
12V 2A 主電源 40°C 保險絲→PTC→MOS 加熱迴路(PWM 5kHz) DRV8833 → TT 馬達 VM=12V,Cp→GPIO35 S8550 共陽 → 霧化板 GPIO32 LOW = 開(預設安全) 動力板(萬用板) 懸空鎖箱外,離箱壁 15mm
  1. 加熱迴路:12V → 40°C 保險絲(鐵氟龍帶纏緊加熱片本體)→ PTC(+);PTC(−) → MOSFET D → S 回電源地。
  2. DRV8833:VM=12V、GND 共地、AIN1/AIN2 接排針;Cp 電容端接排針(堵轉偵測)。
  3. 霧化共陽:12V(+) → 驅動板(+);驅動板(−) → S8550 Collector,Emitter 回 GND,基極 1kΩ → 排針。上電測試:GPIO 懸空時霧化必須不動作。
  4. 三組訊號各拉 3P 排針進控制艙,動力與訊號分兩束走線。
⚠️ 焊完先不通電,用萬用表量 12V 對 GND 電阻:應為數百 Ω 級。接近 0Ω = 焊錯,直接通電會燒整板。
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主板接線

⏱️ 30 分鐘🎯 難度 ★★☆☆☆
ESP32 DevKitC 25 · 27/14 · 35 32 · 4 · 18 21/22 I2C ×3 SHT31/OLED/DS3231 加熱/馬達排針 霧化+水溫排針 循環風扇
  1. I2C:SHT31(0x44) + OLED(0x3C) + DS3231(0x68) 共總線接 GPIO21/22,全部 3V3;DS3231 裝上 CR1220。
  2. GPIO25 → MOSFET 閘極、GPIO27/14 → DRV8833、GPIO35 ← Cp、GPIO32 ← 霧化共陽、GPIO4 ← DS18B20(4.7k 上拉)、GPIO18 → 風扇。
  3. DS18B20 探頭沉入水箱底部,線用防水膠封孔。
  4. 全部訊號線打標記帶,控制頂蓋內走線固定。
💡 先燒錄再合蓋:開機自檢會依序報 SHT31 / RTC / DS18B20 狀態,裝好殼再發現接錯要全拆。
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裝翻蛋機構

⏱️ 25 分鐘🎯 難度 ★★★☆☆
轉盤 ±45°(V 槽大頭朝上) TT 馬達 1:120 3:1 列印齒輪 無行程開關:靠時間 + 電流堵轉定位(零件少一個壞點少一個)
  1. 馬達鎖入齒箱支架,支架以自攻螺絲鎖箱底四角柱。
  2. 轉盤壓入輸出軸(預留 0.3mm 過盈),插 12 片 V 形蛋槽插片。
  3. 手動正反各轉 3 圈:全程無卡點、無異音,蛋槽不擦箱底。
  4. 接上 DRV8833 試翻:12 秒 90° 平順停止,往復兩輪正常。
⚠️ 齒輪對位以「轉盤不晃、齒隙 ≤ 1mm」為準;過緊會觸發堵轉誤報,過鬆蛋盤會甩動。
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安全測試(四項全過才准放蛋)

⏱️ 30 分鐘🎯 難度 ★★★☆☆
A. 吹風機升溫 >38.8°C 加熱立即停 B. 拔保險絲端 迴路必須完全斷開 C. 水箱加熱 33°C 霧化必須停止 D. 開蓋 10 分鐘 低溫推播送達 四項記錄在下方表格,任何一項不過 → 停止組裝除錯 A 項同時驗證 OLED 顯示 COOL 狀態與序列埠 log
  1. A 過溫軟斷:吹風機對 SHT31 加溫,越過 38.8°C → PWM 立即歸零(量 MOSFET Drain 電壓回升)。
  2. B 硬體保險絲:拔開保險絲端,無論韌體怎麼要求,加熱迴路必須不通。
  3. C 水溫聯鎖:水箱泡溫水至 33°C 以上 → 霧化停止(量驅動板電壓)。
  4. D 低溫告警:開蓋讓溫度掉到 36.5°C 以下 10 分鐘 → Telegram 收到告警。
⚠️ 孵化器是「無人看管三週的加熱設備」,這四項測試就是胚胎的保險槓。跳過任何一項 = 拿 12 顆蛋賭接線。
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PID 空跑調參(關鍵 2 小時)

⏱️ 120 分鐘(可同時做別事)🎯 難度 ★★★★☆
37.8°C ON/OFF 鐘擺 ±1°C(499 元組的日常) PID 收斂 ±0.2°C(本專案)
  1. 空箱、蓋蓋,上電跑 PID,序列埠每 2 秒記錄溫度與 PWM%。
  2. 前 30 分鐘升溫段觀察超調:超調 > 0.5°C → Kd 加 20%;爬升太慢(> 40 分鐘)→ Kp 加 20%。
  3. 恆溫 60 分鐘判定:波峰波谷差 ≤ 0.4°C(即 ±0.2°C)為合格。
  4. 記錄調參結果:
參數預設值你的值判定
Kp60.0__________升溫超調 > 0.5°C 就減 20%
Ki0.35__________恆溫後仍有固定偏差才加
Kd8.0__________抑制超調用;過大會高頻抖動
恆溫波幅≤ ±0.2°C__________不合格:查箱體漏風再重跑
💡 冬天環境 < 18°C 時 15W 可能爬不到 37.8°C:箱外裹毛巾再測,或直接把 Kp 上限放寬——空箱合格標準是「25°C 環境 30 分鐘內到溫」。
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入箱定位與 24 小時空跑

⏱️ 30 分鐘 + 24 小時等待🎯 難度 ★☆☆☆☆
翻蛋轉盤(12 蛋位) SHT31(蛋盤高度) 循環風扇(對角) 霧氣入口 PTC(導風板隔開)
  1. SHT31 懸在蛋盤高度、避開霧氣入口直線;風扇對角吹、PTC 前加導風板不直吹蛋。
  2. 水箱加水至霧化片上 5~8mm,DS18B20 沉底;矽膠管接霧氣入口(管內不可有積水彎)。
  3. 放一支獨立溫度計在蛋位旁作參考組,24 小時空跑記錄。
  4. 合格標準:溫度 ±0.2°C、濕度 52~58%、翻蛋 6 次全成功、無任何推播誤報 → 放蛋開跑 🐣
⚠️ 24 小時空跑期間若收到任何推播(過溫/低溫/堵轉),一律排除後重新計時。蛋不會等你修好再開始發育。

♻️ 週期檢查與回收

  1. 每 3 天巡檢:水箱水位、轉盤順暢、OLED 天數與實際一致。
  2. D21 出雛後:拆洗轉盤與插片(PETG 可 60°C 熱水沖),箱壁酒精擦拭,霧化片白垢用檸檬酸泡 10 分鐘。