开发环境

• 开发框架

• Arduino

• 主控芯片

• 主板

• 电机驱动

• X TMC2008

• Y TMC2008

• Z A4988

• E TMC2225

• 显示器

• 暂未实现，通过串口交互

• 机身

G代码解析

• 最常见G代码 G1 F200 X2 Y4 ; 移动到(2,4,0) 速度为200mm/min G28 X0 Y0 ; move X/Y to min endstops M104 S200 ; 热端升温到200℃ G代码详解: marlin

• gcode对象示例 gcode.cmdtype = 'G'; gcode.cmdnum = 1; gcode.X = 2.4; gcode.Y = 5.6; gcode.hasX = true; gcode.hasY = true;

SD卡

温度控制

hotend.setTargetTemp(200); // 设定目标温度为200℃
hotend.readTemp(); // 读取当前温度
hotend.update(); // 以更新MOS管的开关时间

• 控制器输出值

• 一个0~255的数, 125表示加热器功率设为50%

• Error

• 当前温度150℃, 目标温度200℃, 则偏差值为50

• Proportion 比例 p = kp * err;

• 假设当前温度150℃, 目标温度200℃, kp值为1.0, 则p项=50. 加热器功率设为(50/255)=20%

• 有了这一项就能控制温度. 但是只有这一项, 可能加到170℃温度就加不上去了, 因为这时候加热器功率只有12%, 正好加热器向空气中散发的热量也是这个功率. 这种现象被称为稳态误差.

• Integration 积分 pidIntegral += err; i = ki * pidIntegral;

• i项可以解决只有p项时出现的稳态误差. 假设ki为0.5, 那么当加到170℃温度就加不上去时, pidIntegral每200ms就会增加30, i项每200ms就会增加15, 加热器功率每200ms就会增加(15/255)=6%, 如此假以时日, 温度自然就上去了.

• Differentiation 微分 d = kd * (err - pidPrevErr);

• 你可能会说，按我这个说法，那只要有p项和i项就能实现温度控制了。确实如此，如果你发现有了p项和i项就能很好的控制温度的话，那完全可以把ki设成0。但是如果我们想要防止温度变化过快的话，那么可以试试加上d项。因为假设目标温度为200℃，kd为1。如果上一个周期温度为170℃，这一个周期温度为190℃，那么d项就是20。而如果上一个周期温度为170℃，这一个周期温度还是170℃，那么d项就是0。可以说d项这家伙就是讨厌变化。这在到达目标温度后，防止温度快速滑落很有用，因为上文不是提到了嘛， i项需要“假以时日”，p项则在快到目标温度时萎靡不振。

电机控制

motor.enable();
motor.setDir(1); // 设定电机转动方向
motor.moveOneStep();

A4988

1. VMOT 接8v~35v直流电源，需要在VMOT和GND间布置一个100uf的电容，以快速响应电机的电能需求。

2. 1A 1B 接第一个线圈

3. 2A 2B 接第二个线圈

4. VDD 接MCU电源

5. DIR 方向控制引脚，接MCU输出，高低电平分别代表一个转动方向

6. STEP 一个方波电机运动一次，如果设置步进细分为1，则运动一次一步进，一次步进为1.8°，200步可以转一圈

7. MS1 MS2 MS3 对步进进行细分，至多可以将一步进细分为16次运动

1. ENABLE 接低电平模块开始工作，接高电平则模块关机， 悬空则模块工作。

2. SLEEP 接低电平则电机断电，用手拧可以自由转动。接高电平则电机工作。

3. RESET 默认悬空。收到低电平时，重置模块。如果不打算控制这个引脚，则应该将其连接到SLEEP引脚以设置为高电平。

1. 接线。前往注意不要装反了，装反了模块会烧掉。

2. 设置enable引脚为低电平以激活模块

3. 设置dir引脚以设置方向

4. 向step引脚发射脉冲以要求电机运动

轴步数

• 同步轮与皮带 以2GT，20齿的同步轮为例。2GT的意思是走一个齿皮带运动2mm，那么如果同步轮有20齿，转一圈皮带走40mm。而如果我们电机驱动采用16细分，那么步进电机一圈就是3200步。 轴步数 = 3200steps / 40mm = 80steps/mm 所以如果我们使用i3的结构，希望打印头在x轴正方向上前进10mm，那么就需要MCU向A4988发射 3200 * 10 = 32000 个脉冲。

• 丝杆 以螺距2mm，导程8mm的丝杆为例。导程的意思是丝杆转一圈所行走的直线距离。所以 轴步数 = 3200steps / 8mm = 400steps/mm 所以如果我们使用i3的结构，希望打印头在z轴正方向上前进10mm，那么就需要MCU向A4988发射 3200 * 400 = 1,280,000 个脉冲

限位开关

xMin.isTriggered() // 开关被按下则返回true

运动控制

如何使得轨迹看起来显示一条直线?

// module/Planner.cpp - planBufferLine
block.stepEventCount = getMax(block.steps);
​
// main.cpp - motion control isr
motorX.deltaError = -(curBlock->stepEventCount / 2);
motorY.deltaError = motorX.deltaError;
​
motorX.deltaError += curBlock->steps.x;
if (motorX.deltaError > 0) {
    motorX.moveOneStep();
    motorX.deltaError -= curBlock->stepEventCount;
}
​
motorY.deltaError += curBlock->steps.y;
if (motorY.deltaError > 0) {
    motorY.moveOneStep();
    motorY.posInSteps += curBlock->dir.y;
    motorY.deltaError -= curBlock->stepEventCount;
}

多个运动指令

• block typedef struct { volatile bool isBusy; volatile bool isReady; volatile bool isDone; bool needRecalculate; uint32_t id; ​ double distance; // mm double stepsPerMm; // steps/mm int8_xyze_t dir; // -1 or 1 int32_xyze_t startStep; // mm uint32_xyze_t steps; // steps uint32_t stepEventCount; // steps uint32_t stepEventCompleted; // steps uint32_t accelerateUntil; uint32_t decelerateAfter; double entrySpeed; // mm/s double exitSpeed; // mm/s double nominalSpeed; // mm/s uint32_t entryRate; // steps/s uint32_t exitRate; // steps/s uint32_t nominalRate; // steps/s uint32_t speedRate; // steps/s ​ double acceleration; // steps/sec^2 uint32_t accelerateRate; // steps/sec^2 } block_t;

速度控制

速度衔接

梯形加速

衔接速度

后记