ESP32 S3 - Contrôle d'un élément chauffant
Apprenez à contrôler un élément chauffant avec votre microcontrôleur ESP32 S3 à l'aide d'un module relais. Ce tutoriel adapté aux débutants vous donne tout ce dont vous avez besoin pour commencer à construire des projets de contrôle de chauffage avec l'ESP32 S3.
Un élément chauffant peut être piloté par un relais ou par un module MOSFET. Le relais ne connaît que deux états : chauffe à fond ou arrêt. Le module MOSFET peut aussi l'allumer et l'éteindre, mais il peut en plus donner à l'élément chauffant une partie de sa puissance, pour que vous choisissiez un niveau de chaleur faible, moyen ou élevé. Il ne fait aucun bruit, et ses contacts ne s'usent pas quand il commute très souvent. Nous verrons les deux méthodes ici.
Ce que vous allez construire :
- Un circuit connectant l'ESP32 S3, un module relais et un élément chauffant 12V
- Un programme qui allume l'élément chauffant pendant cinq secondes et l'éteint pendant cinq secondes
- Une base pour de véritables systèmes d'automatisation de chauffage et de contrôle de température
- Un point de départ pour des projets avancés comme des thermostats ou des incubateurs
- Une version avec module MOSFET qui règle le niveau de chaleur par paliers avec le PWM
Matériel nécessaire
Ou vous pouvez acheter les kits suivants:
| 1 | × | Kit de Démarrage DIYables ESP32 S3 (ESP32 S3 inclus) | |
| 1 | × | Kit de Capteurs DIYables (18 capteurs/écrans) |
À propos de l'élément chauffant
Un élément chauffant est un composant électrique qui convertit l'énergie électrique en chaleur lorsqu'un courant le traverse. Il fonctionne sur une alimentation 12V DC et est couramment utilisé dans les applications de chauffage, de séchage et de contrôle de température. Comme l'ESP32 S3 ne délivre que des signaux logiques 3,3V, un module relais est nécessaire pour allumer et éteindre en toute sécurité le circuit de chauffage 12V.
Spécifications clés
L'élément chauffant fonctionne sur une alimentation 12V DC, générant de la chaleur lorsque le courant traverse son matériau résistif. Il se connecte à sa source d'alimentation via deux bornes — une broche positive (+) marquée en rouge et une broche négative (−) marquée en noir. Le contrôle se fait indirectement via un relais, qui agit comme un interrupteur à commande électronique entre l'alimentation et l'élément, permettant à l'ESP32 S3, de faible puissance, de gérer en toute sécurité des charges de forte puissance.
Brochage
L'élément chauffant utilise une interface simple à deux fils pour la connexion d'alimentation.
- Broche positive (+) (rouge) : Se connecte à la borne positive 12V de l'alimentation DC
- Broche négative (−) (noire) : Se connecte à la borne négative GND de l'alimentation DC
Comment contrôler l'élément chauffant
L'ESP32 S3 contrôle l'élément chauffant indirectement via un module relais. L'ESP32 S3 ne peut pas alimenter directement des éléments chauffants 12V — un relais agit comme un interrupteur électronique entre l'alimentation et l'élément chauffant, répondant aux signaux numériques HIGH/LOW de l'ESP32 S3. Cela permet un contrôle sûr et fiable des appareils de forte puissance en utilisant la sortie de faible puissance du microcontrôleur.
Important : Si vous découvrez les relais, consultez d'abord notre ESP32 S3 - Relais pour comprendre le brochage, le câblage et les bases de la programmation.
La deuxième méthode de cette page utilise un module MOSFET. Pour voir son brochage et ce qui se passe à l'intérieur, lisez ESP32 S3 - Module MOSFET avant de commencer.
Relais ou module MOSFET pour l'élément chauffant
| Caractéristique | Relais | Module MOSFET |
|---|---|---|
| Contrôle de la chaleur | pleine chaleur ou pas de chaleur | pleine chaleur, pas de chaleur, ou n'importe quel niveau intermédiaire (PWM) |
| Bruit | un clic à chaque commutation | complètement silencieux |
| Vitesse | lente (millisecondes) | très rapide |
| Usure | les contacts s'usent, plus vite si vous commutez souvent | aucune pièce mobile, convient aux commutations fréquentes |
| Type d'alimentation | éléments chauffants CA ou CC | éléments chauffants CC uniquement |
| Alimentation de l'élément | toute tension prévue pour le relais | au moins environ 6V |
| Isolation | oui, entre la bobine et les contacts | oui, grâce à un optocoupleur PC817 |
| À utiliser pour | éléments chauffants CA et simple ON/OFF | éléments chauffants CC 12V, contrôle du niveau de chaleur, thermostats qui commutent souvent |
Un thermostat allume et éteint le chauffage plusieurs fois par jour. Avec un relais, cela use les contacts. Pour un élément chauffant CC 12V, le module MOSFET s'en charge mieux et vous permet de maintenir une chaleur douce. Pour un chauffage CA, gardez le relais.
Schéma de câblage
Connectez soigneusement votre ESP32 S3, le module relais et l'élément chauffant, en suivant le schéma ci-dessous. Assurez-vous que toutes les connexions sont sécurisées avant de mettre sous tension pour éviter les courts-circuits ou un contact accidentel avec l'élément chauffant.
WARNING
Soyez prudent s'il vous plaît. Cela peut vous brûler ainsi que brûler votre maison. C'est un sujet sérieux, et nous voulons que vous soyez en sécurité. Si vous n'êtes PAS sûr à 100 % de ce que vous faites, faites-vous une faveur et ne touchez à rien. Demandez à quelqu'un qui s'y connaît ! Nous ne prenons AUCUNE responsabilité pour votre sécurité.
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
| ESP32 S3 | Relais | Élément chauffant / Alimentation |
|---|---|---|
| GND | GND | - |
| 3.3V | VCC | - |
| GPIO (broche de signal) | IN | - |
| - | COM | Alimentation 12V + |
| - | NO | Élément chauffant + (positif) |
| - | - | Élément chauffant − vers GND de l'alimentation 12V |
Vous voulez un montage plus propre et plus sûr ? Vous pouvez placer la carte ESP32 S3 sur une carte à bornier à vis pour ESP32 S3 et brancher les fils sur ses borniers à vis. Voici le montage avec la carte à bornier à vis :
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
Une carte d'extension GPIO pour ESP32 S3 convient aussi. En plus des broches S, 3,3V et GND de chaque GPIO, elle a des broches 3,3V et 5V supplémentaires :
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
Notes de sécurité
Vérifiez toujours deux fois toutes les connexions avant de mettre sous tension, et ne touchez jamais l'élément chauffant pendant qu'il est allumé — il atteint des températures qui peuvent causer de graves brûlures. Assurez-vous que la zone de travail est bien ventilée pendant le fonctionnement, utilisez une section de fil adaptée aux charges de courant 12V, et gardez tous les matériaux inflammables bien à l'écart de l'élément chauffant à tout moment.
Code ESP32 S3
Le code suivant illustre le contrôle de base d'un élément chauffant avec l'ESP32 S3. Il configure une broche de sortie numérique connectée au relais, puis fait cycliquement passer l'élément chauffant à ON pendant cinq secondes puis à OFF pendant cinq secondes, offrant une base claire pour des projets de contrôle de température plus avancés.
Explication du code
Le code ESP32 S3 ci-dessus contient une explication ligne par ligne. Veuillez lire les commentaires dans le code !
Étapes rapides
- Nouveau sur ESP32 S3 ? Complétez d'abord notre guide ESP32 S3 - Premiers pas.
- Câblez l'ESP32 S3, le module relais et l'élément chauffant selon le schéma de câblage ci-dessus.
- Connectez votre ESP32 S3 à votre ordinateur à l'aide du câble USB Type-C.
- Lancez l'Arduino IDE sur votre ordinateur.
- Sélectionnez la bonne carte ESP32 S3 dans le menu Tools.
- Choisissez le port COM auquel votre ESP32 S3 est connecté.
- Copiez le code complet de la section de code ci-dessus.
- Collez-le dans une nouvelle fenêtre de sketch Arduino IDE.
- Cliquez sur le bouton Upload et attendez la fin du processus.
- Observez l'élément chauffant s'allumer et s'éteindre toutes les 5 secondes.
- Vérifiez prudemment la production de chaleur (sans toucher l'élément) pour confirmer le bon fonctionnement.
- Astuce Pro : Commencez avec des temps ON courts lors des premiers tests pour confirmer que votre câblage est correct avant d'exécuter des cycles de chauffage plus longs.
Idées d'applications
Le montage de contrôle d'élément chauffant avec l'ESP32 S3 sert de base solide pour une large gamme de projets d'automatisation de chauffage.
- Contrôleur de thermostat : Construisez un système de chauffage simple contrôlé par thermostat qui s'active selon un seuil de température.
- Chauffage d'enclos pour animaux : Créez un régulateur de température pour garder au chaud les enclos de petits animaux ou de reptiles.
- Tapis de propagation de plantes : Concevez un contrôleur de tapis chauffant pour les plateaux de germination de semis.
- Cuiseur sous vide : Fabriquez un contrôleur de température de cuisson sous vide fait maison pour une cuisson précise au bain-marie.
- Incubateur à œufs : Développez un petit incubateur avec un contrôle de température stable pour des projets d'éclosion.
- Armoire de séchage : Construisez une armoire de séchage avec des cycles de chauffage automatisés pour les aliments, les herbes ou les composants électroniques.
Code ESP32 S3 - Contrôle de l'élément chauffant avec un module MOSFET
Dans cette partie, le relais est remplacé par un module MOSFET. Cela permet à l'ESP32 S3 de régler la quantité de puissance qui arrive au chauffage, et pas seulement de l'allumer ou de l'éteindre.
Schéma de câblage avec le module MOSFET
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
Si vous comptez garder ce circuit, pensez aux borniers à vis. Vous pouvez placer la carte ESP32 S3 sur une carte à bornier à vis pour ESP32 S3 et brancher les fils sur ses borniers à vis. Les broches ne changent pas. Branchez simplement chaque fil sur le bornier à vis correspondant :
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
Vous préférez des connecteurs à broches plutôt que des vis ? Branchez la carte ESP32 S3 sur une carte d'extension GPIO pour ESP32 S3 :
Cette image a été créée avec Fritzing. Cliquez pour agrandir l'image.
- GPIO47 de l'ESP32 S3 → PWM du module
- GND de l'ESP32 S3 → GND du module
- Adaptateur 12V + → + du module
- Élément chauffant + (rouge) → + du module, sur la même vis que l'adaptateur +
- Élément chauffant − (noir) → LOAD du module
- Adaptateur 12V − → − du module
Un élément chauffant est une simple résistance, pas une bobine, donc aucune diode de roue libre (flyback) n'est nécessaire.
Code
Le chauffage reçoit la pleine puissance pendant 2 secondes, puis aucune puissance pendant 2 secondes. Ensuite, la puissance monte de 10% à 100% et redescend à 0%. Un chauffage se réchauffe et refroidit lentement, donc vous remarquerez le changement de chaleur seulement après un certain temps, pas à chaque palier.
Étapes rapides
- Préparez la carte ESP32 S3 et l'Arduino IDE comme dans les Étapes rapides du relais ci-dessus.
- Connectez l'élément chauffant et le module MOSFET comme dans la liste de câblage. Gardez l'adaptateur 12V éteint.
- Téléversez le code.
- Allumez l'adaptateur 12V.
- Ouvrez le Serial Monitor à 9600 bauds pour voir le niveau de puissance. Ne touchez pas l'élément.
Note : Le module MOSFET est réservé aux éléments chauffants CC, et l'alimentation du chauffage doit être d'environ 6V ou plus. Les éléments chauffants CA doivent utiliser le relais.
Tutoriel vidéo
Regardez la vidéo pas à pas de ce projet ESP32 S3 ci-dessous.
...VIDEO /videos/tutorial/KITS_ESP_HEATING_ELEMENT.mp4
...VIDEO
Défiez-vous
Ces défis progressifs vous aideront à approfondir votre compréhension du contrôle de chauffage et à construire des projets plus performants avec l'ESP32 S3.
- Débutant : Modifiez le code pour changer les intervalles de temps ON/OFF à 10 secondes chacun.
- Débutant : Ajoutez une LED d'état qui s'allume chaque fois que l'élément chauffant est actif.
- Intermédiaire : Intégrez un capteur de température (DS18B20) pour afficher la température actuelle sur le Serial Monitor.
- Intermédiaire : Créez un thermostat simple qui active le chauffage quand la température descend en dessous d'un point de consigne configurable.
- Avancé : Construisez un contrôleur de température PID pour un contrôle de chauffage précis avec un dépassement minimal.