DIY Aliexpresso: ставим Gaggiuino на кофемашину Gemilai 3007Z

Gemilai 3007Z ^[1] — это одна из лучших на данный момент домашних рожковых кофемашин с претензией на серьезность из низшего ценового сегмента. Made in China.

Gaggiuino ^[2] — это ардуиноподобный проект от кофейных энтизуиастов, который позволяет завезти на домашнюю кофемашину более глубокий контроль за параметрами варки, с визуализацией, профилями и т.п.

Я написал этот гайд по итогом своей попытки проапгрейдить китайскую кофемашину с помощью Gaggiuino

Предыстория

Так исторически сложилось, что лидерами в производстве качественных кофемашин выступали итальянские фирмы. Однако, не так давно на рынок кофемашин вышли китайцы и стали предлагать решения на плюс-минус тех же комплектующих, но за гораздо меньшую стоимость. Для сравнения: 3007Z у нас обходится в районе 30-40к, а ближайшая похожая модель от Lelit выходит глубоко за сотку.

Параллельно с развитием рынка домашних рожковых кофемашин, энтузиасты запустили проект Gaggiuino ^[2], цель которого — предоставить гибкий контроль за процессом варки кофе используя чудеса электроники. Последние версии gaggiuino состоят из STM32-микроконтроллера, специальной платы и ESP32-экрана.

Оставалось только вопросом времени, когда Gaggiuino поставят на китайские машинки. Потом появилось это видео (машина на видео — Gemilai 3028, но она концептуально почти ничем не отличается от 3007Z), и стало понятно, что модификации возможны:

В июле этого года у меня появилась Gemilai 3007Z, и я загорелся идеей поставить на нее Gaggiuino по этому видео и гайду ^[3] от китайцев.

Комплектующие

Этот список взят из китайского гайда ^[3], но для полной реализации потребовалось дозаказать/поменять некоторые комплектующие около 5 раз. До сих пор есть вещи, которые я хотел бы переделать и улучшить, но не знаю, где взять более подходящие элементы.

• Плата PCBv3 — с китайского авито ^[4] (~3000р с доставкой через друзей)

  К сожалению, как это часто бывает в таких проектах, Gaggiuino быстро перешел ^[5] из формата открытого и бесплатного в формат "покупайте у нас прошитые платы и экраны дорого". А по факту, даже при всем желании купить у "того жадного парня" ^[5], люди просто вносят деньги и ждут по полгода очередную партию (и без доставки в РФ, конечно же). Не удивительно, что появились как китайские поставщики (а для самых упоротых есть возможность спаять LEGO-build ^[6] из компонентов), так и альтернативные версии софта ^[7] для образовательных целей :)

• ESP32 экран (IPS Capacitive) ^[8] — 2300р

• Датчик давления ^[9] — 1000р

• SSR-реле для бойлера ^[10] — 300р

• Радио-реле (+ кнопка включения) для старта варки ^[11]

  • на 5В я не нашел, поэтому пришлось перепаять с 12 на 5 ^[12]

• Кнопка включения на 4 контакта ^[13]

• 2 12В-реле для разделения контуров ^[14]

• Датчик температуры ^[15] — он оказался самой большой проблемой, и подходящий к кофемашине я так и не нашел, хотя даже интересовался у авторов гайда. Здесь дана ссылка на очень компромиссный вариант, о котором я расскажу потом. На самом деле нужен K-type датчик с 1/8" резьбой (обязательно ungrounded вариант), но найти такой я не смог

• Трубы и фиттинги:

  • Силиконовые трубки ^[16]

  • O-rings ^[17] для уплотнения соединений

  • Коннектор ^[18] 4мм, 1/4"

  • Тройник ^[19] PE, 4мм

• Провода:

  • Обжатые провода 6.3mm разных цветов и длин ^[20]

  • PH2.0: 2P, 3P, 4P ^[21]

  • Разноцветные провода на 16, 18, 22, 26 AWG ^[22]

  • WAGO-коннекторы на 3, 4, 5 контактов

• Напечатанные на 3D-принтере корпуса для платы и экрана:

  • https://www.printables.com/model/356026-gaggiuino-gen-3-screen-housing ^[23]

  • https://www.printables.com/model/370513-gaggiaboard-v3-housing-protective ^[24]

• Инструмент: паяльная станция, тиски, дрель/шуруповерт, дремель и т.п.

В целом на все ушло около 10к рублей

Теория

Заранее извиняюсь за качество картинок: переводил и правил поверх китайских, к сожалению, наводить красоту времени нет.

В простейшем варианте переделки с использованием существующей помпы, мы должны врезаться в систему подачи воды из бойлера и подключить туда датчик давления (pressure sensor через 3-way connector), а также подключить K-type термопару так, чтобы она замеряла температуру воды внутри бойлера.

Первым делом в электрическую цепь встраивается тумблер на 4 контакта, потому что после подключения Gaggiuino, плата будет включаться сразу после появления тока в цепи.

Основная сложность подключения схемы — подключиться так, чтобы оставить возможность использовать родную плату для варки и для управления паром. Для этого мы используем 2 реле на 12В, которые подключаем к лампочке освещения (загорается только при включении рабочей платы)

1. После включения тумблера (но до нажатия на круглую Джемилаевскую кнопку включения на передней панели) у нас в сети работает Gaggiuino. Он загружается и начинает греть бойлер, все реле выключены, у Gaggiuino есть доступ к соленоиду и помпе

2. Включаем джемилаевскую плату (жмем родную круглую кнопку на передней панели) — реле взводятся, оригинальная плата получает управление вентилем и помпой, Gaggiuino управление теряет

Для управления процессом варки используется радиокнопка, которую лепят куда-нибудь на корпус, потому что подцепиться на оригинальную кнопку будет весьма проблематично.

Остальные компоненты подключаются по классической схеме, которая есть на сайте Gaggiuino, я этому много внимания уделять не буду.

Практика

Первым делом я залил прошивку на экран — это буквально 2 клика через https://web.esphome.io/ ^[25] (а плата, точнее ее STM32-чип уже были прошиты китайскими друзьями), собрал схему на столе и попробовал протестировать (понажимать радиокнопку, чтобы началась варка). Тогда же я обнаружил, что оно не работает :) Оказалось, что реле на 12В, а питание берется от платы (из контакта для цифровых весов), где оно составляет 5В, и его не хватает для активации. Пришлось выпаять блок реле и заменить его на 5В ^[12], после чего все завелось

Далее я разобрал машину и начал сборку с Gaggiuino. Первым делом я выпилил в задней стенке отверстие и воткнул туда тумблер

Подготовил два 12В реле, спаял их с контактом от лампочки и спрятал в баночки от фотопленки

SSR и два реле я спрятал в самый низ машины

Самой сложной частью, как я уже сказал, оказалось найти погружную изолированныю (ungrounded) термопару К-типа с 1/8" резьбой. Я перепробовал около 5 разных способов, но на деле все было грустно.

Большинство термопар на рынке — grounded (т.е. они замыкаются на корпус), замеряют хорошо и быстро, но если на корпусе помехи (а в нашем случае — это земля), то никаких показаний снять не удастся. Я нашел буквально одну крошечную ungrounded термопару под M4 резьбу. Когда я убедился, что она не фонит, я просто засверлил оригинальную заглушку 3.3мм сверлом и нарезал в ней M4-резьбу, куда с сантехпастой вкрутил эту самую термопару. Хотелось запуститься уже хотя бы как-то.

Если кто-то знает, где можно найти погружную изолированную k-type термопару длиной около 3 см с резьбой 1/8", буду благодарен информации. Китайцы посылают шерстить goofish.com (китайский авито), но я ничего подходящего там найти не смог...

ВАЖНО! На следующем шаге нужно откачать воду из бойлера шприцом через верхнее отверстие. А перед сборкой воду нужно налить обратно, иначе бойлер может сгореть! Или как вариант можно включить пролив сразу же после включения, чтобы бойлер заполнился водой.

Затем я подключил термопару в среднее отверстие бойлера, а слив воды переставил в отверстие повыше (там где стояла заглушка). Через тройник врезался датчиком давления. Водяной контур собран:

Упакуем платы вниз (там достаточно много места, все влезает даже в корпусе):

Контакты к экрану выведем через отверстие для парового крана:

Итоги

Я не до конца удовлетворен результатом по нескольким причинам:

• Термопара очень маленькая и замеряет температуру корпуса, а не воды. Из-за этого замер значительно отстает (особенно при первоначальном прогреве), и бойлер начинает уходить за 100+ и выдавать пар. Приходится греть сначала оригинальной платой, которая может остановиться на 93-95, а потом переключаться на Gaggiuino

• Скорость пролива Gaggia и Gemilai как будто бы различаются, и даже на самом низком значении Pump Zero (от чего зависит частота прокачки помпы) и выкрученном клапане пролива, у меня льет слабее, чем 4 мл/с, но возможно надо что-то подкрутить

Я обратил внимание, что и в китайских видео тоже не все так гладко. Видимо под эту машину нужно создавать специальные профили, которые выдадут хорошие результаты варки, но до этого у меня пока руки не дошли :)

Спасибо за внимание, надеюсь этот гайд поможет всем, кто искал информацию и безответно оставлял комментарии на китайском ютубе)

Благодарю кофемашинный тред на форуме 4pda за вдохновение и идеи)