ArduinoGRBL

Виды ардуино-контроллеров

Ардуино-контроллеры используемые в любительском ЧПУ, бывают различного вида, но все содержат одинаковые компоненты:

1. Микроконтроллер - который в себе содержит не только прошивку (программа по которой он работает), но и специальную память EEPROM в которой можно хранить настройки контроллера, и они не теряются, при отключении контроллера от питания.
2. Микросхема преобразования USB сигнала в USART сигнал, для связи компьютера с микроконтроллером.
3. Драйвера моторов - специальные модули преобразующие цифровые данные от микроконтроллера, в нужное напряжение, и ток, который подается на моторы.

Возможные варианты:

• 

  Контроллер лазерного выжигателя

• 

  Контроллер микро-фрезерного станка

• 

  Ардуино контроллер

• 

  И плата подключаемая к ардуино контроллеру

По умолчанию в 0.9 версии контакты настроены следующим образом:

Карта контактов для платы Arduino Mega версия GRBL 0.9:

Ссылка на прошивку GRBL 0.9j для Arduino Mega с хомлением по осям X и Y. https://yadi.sk/d/UL0NA_hyvTrdm

Драйвера моторов

Применяемые драйвера моторов бывают различных видов, но принцип работы, подключения, и управления одинаковый, на следующем рисунке, представлен один из них:

Контакты драйвера:

1) EN (Enable) - Данный вывод может применяться для остановки работы шагового двигателя, если подать на этот вход +5 вольт, то управляющие сигналы, приходящие на этот драйвер не будут применяться, а мотор остановиться.

5) STP (STEP) - На данный вход драйвера, с ардуино-контроллера приходят импульсы, каждый импульс вызывает поворот оси мотора на 1 шаг, 1 шаг соответствует углу указанному на моторе:

В данном примере 1 шаг соответствует углу 1.8 градуса, если на данный вывод подать 10 импульсов, то ось мотора повернется на 18 градусов, а если подать 100 импульсов, то ось повернется на 180 градусов.

2,3,4) M0,M1,M2 - Данные выводы позволяют настраивать дробление шага, т.е. подавая импульсы на вывод №5, можно уменьшить угол поворота, например если настроить дробление 1/2, то для поворота оси мотора на 180 градусов потребуется подать уже 200 импульсов, а если сделать дробление 1/4, то потребуется уже подать 400 импульсов, для поворота на 180 градусов.

6) DIR - Управление направлением вращения, если на данном входе 0 вольт то ось мотора вращается в одном направлении, если +5 вольт, то в обратном.

7,8) Внешнее питание для подачи его на шаговый мотор, дело в том что для моторов используется отдельное питание, которое зачастую намного выше того, что используется для ардуино-контроллера, и цифровых входах драйвера.

9,10,11,12) Контакты доля подключения шагового мотора, шаговый мотор представляет собой 2 отдельные обмотки, которые называют A и B, в месте подключения часто можно видеть надписи +A и -A, что означает подключение первой обмотки, и +B и -B, что означает подключение второй обмотки.

Дополнительно: Если взять и поменять местами контакт +А и -А, то мотор изменит направление вращения, т.е. если раньше он вращался по часовой стрелке, то станет против часовой, и тоже самое в обратном направлении. Что позволяет инвертировать направление вращения, в "железной части", а можно это делать программным путем, в настройке прошивки.

Подключение концевиков

У станка есть рабочее поле, в пределах которого выполняется фрезеровка/гравировка, но в случае неправильных настроек, или указании координат куда двигаться, находящимися за пределами рабочей зоны, может повредиться механика и электроника. Для того что-бы такого не было, добавлена возможность подключать концевики, для каждой из оси, на каждую ось приходится по одному входу, методика подключения следующая:

Для примера подключение концевиков к оси X, к входу микроконтроллера подключается 2 кнопки/тумблера, которые располагают на краях по оси X, по умолчанию кнопки разомкнуты, и значит +5 вольт, на вход микроконтроллера не подается. Но как только механика станка достигнет границы по оси X, сработает одна из кнопок, и на вход микроконтроллера попадет +5 вольт, что вызовет немедленную остановку станка.

!!!Но это нужно настроить, будет описано ниже

Но на схеме так-же нарисован резистор, обычно ставится с сопротивлением 10 килоОм. Данный резистор нужен для того, что-бы в тот период времени, когда не нажата ни одна кнопка концевика, на вход микроконтроллера подавалось 0 вольт.

Наверняка у многих возникает вопрос, зачем??? если на вход и так не подается +5 вольт, а связано это с тем, что вход микроконтроллера, не подключенный, либо к +5, либо к GND (земле), работает как антенна, собирающая помехи, наводки, которые могут вызвать ложное срабатывание

Настройка GRBL версии 0.9
Ссылка на официальный англоязычный ресурс GitHub https://github.com/grbl/grbl/wiki/Configuring-Grbl-v0.9

Список параметров хранящихся в EEPROM контроллера.
$0 = 10 Ширина импульса Step, мкс.
$1 = 25 Задержка перед переходом на удержание, мс.
$2 = 0 Маска инвертирования сигналов Step: 00000000
$3 = 6 Маска инвертирования сигналов Dir: 00000110
$4 = 0 Инвертирование сигнала Step enable, BOOL
$5 = 0 Инвертирование входов от конечных датчиков (концевики), BOOL
$6 = 0 Инвертирование входа от датчика поверхности Probe, BOOL
$10 = 3 Маска получения статуса от GRBL: 00000011
$11 = 0,020 Отклонение при прохождении крутых поворотов, мм.
$12 = 0,002 Величина сегмента дуги, мм.
$13 = 0 Данные от контроллера GRBL в дюймах, BOOL
$20 = 0 Включить программное ограничение перемещений (параметры $130,$131,$132) BOOL
$21 = 0 Включить ограничение по концевым датчикам, BOOL
$22 = 0 Автопозиционирование по концевикам, поиск точки Home, BOOL
$23 = 1 Маска инвертирования направления движения к точке Home 00000001
$24 = 50,000 Скорость движения у концевиков, мм / мин
$25 = 635,000 Скорость движения к точке Home, мм / мин
$26 = 250 Задержка срабатывания концевиков (антидребезг) мс.
$27 = 1,000 Расстояние «отскока» от концевиков, мм.)
$100 = 314,961 Число шагов на мм. по оси X, шаг / мм
$101 = 314,961 Число шагов на мм. по оси Y, шаг / мм
$102 = 314,961 Число шагов на мм. по оси Z, шаг / мм
$110 = 635,000 Максимальная скорость перемещений по оси X мм / мин
$111 = 635,000 Максимальная скорость перемещений по оси Y мм / мин
$112 = 635,000 Максимальная скорость перемещений по оси Z мм / мин
$120 = 50,000 Ускорение по оси X (чем больше значение тем быстрее разгон) мм / сек ^ 2
$121 = 50,000 Ускорение по оси Y (чем больше значение тем быстрее разгон) мм / сек ^ 2
$122 = 50,000 Ускорение по оси Z (чем больше значение тем быстрее разгон) мм / сек ^ 2
$130 = 225,000 Программное ограничение перемещения по оси X мм (включение $20 = 1)
$131 = 125,000 Программное ограничение перемещения по оси Y мм (включение $20 = 1)
$132 = 170,000 Программное ограничение перемещения по оси Z мм (включение $20 = 1)

Вывод списка параметров, команда: $$
Изменение параметра: $x = значение (x - номер параметра, например $100=90, новое значение количества шагов на один миллиметр для оси X = 90)

RST=$, $RST=#, $RST=* - Команды восстановление настроек и параметров Grbl по умолчанию.
RST=$ - Восстанавливает параметры из списка $$ на значения из прошивки (заданные по умолчанию перед компиляцией).
RST=# - Обнуляет все значения заданные через команды G54-G59, G28, G30 (смещения и позиции), хранящиеся в EEPROM.
RST=* - Обнуляет и восстанавливает все настройки и параметры GRBL, хранящиеся в EEPROM.
RST=* рекомендуется выполнить после прошивки, перед дальнейшей настройкой).

Таблица значений для масок инвертирования:

Инв. X	Инв. Y	Инв. Z	Маска bit	Значение dec
Нет	Нет	Нет	00000000	0
Да	Нет	Нет	00000001	1
Нет	Да	Нет	00000010	2
Да	Да	Нет	00000011	3
Нет	Нет	Да	00000100	4
Да	Нет	Да	00000101	5
Нет	Да	Да	00000110	6
Да	Да	Да	00000111	7

Если например нужно инвертировать направление движения по осям X и Y, выбираем маску 00000011 значение 3.
Вводим команду: $3 = 3 OK

После внесения изменений в параметры, выполняем сброс контроллера (команда CTRL-X OK или соответствующая кнопка в управляющей программе).

Настройка параметров ($100, $101, $102) количество шагов на миллиметр для осей X, Y, Z.
Для ШВП. Вводные:
1. Шаг винта мм/оборот
2. Число полных шагов на один оборот вала двигателя, для шагового двигателя обычно 200 но может быть и меньше (смотрите документацию на двигатель).
3. Микрошаг (деление шага, установленное на драйвере двигателя) если полный шаг берем 1.
Шагов на миллиметр = Число полных шагов * микрошаг / Шаг винта.
Пример для оси Y: Шаг винта = 5, Число полных шагов = 200, микрошаг = 8; 200 * 8 / 5 = 320
Задаем новое значение для оси Y: $101 = 320 OK, делаем сброс CTRL-X и проверяем перемещение (например F500 G1 Y30).
Тоже самое для других осей.

Метод подбора (пример для оси X). Входящие:
1. Заданный путь, например F500 G1 X10.
2. Реально пройденный путь (замеряем линейкой), к примеру получилось 16 мм.
3. Текущее количество шагов на миллиметр для оси X (смотрим параметр $100 по команде $$), допустим у нас $100 = 314.961.
Считаем: шагов на мм. (новое значение) = Реально пройденный путь мм / Заданный путь мм * Шагов на мм (текущее значение); 16 / 10 * 314.961 = 503.9376
Задаем новое значение для оси X: $100 = 503.9376 OK, делаем сброс CTRL-X затем проводим замер заново но с большим перемещением
(например F500 G1 X100). И так несколько раз до получения приемлемой точности. Тоже самое для других осей.

Инструкция - как записать прошивку в ардуино-контроллер: http://www.cnc-club.ru/wiki/index.php/FirmwareGRBL