Прошивка Smoothieware, очарование 32 бит. Вводная.

В материале про то, как «8 бит хватит всем» я утверждал, что в целом микроконтроллеров AVR, к которым относится любимый ATmega2560, для работы 3D-принтера из палок и стяжек вполне достаточно. Более того, с запасом. Однако, вскользь упоминал о существовании таинственных 32-битных контроллеров, которые запредельно круты, но непонятно, зачем нужны. Поскольку мне интересно, я потихоньку вел изыскания в этом направлении, и в конце концов одержал победу над жабой и приобрел, наверное, самую доступную плату под «взрослую» прошивку Smoothieware. MKS SBase называется (не путаем с Base), от китайцев Makerbase. Ценник на оригинальную Smoothieboard находится за субъективными пределами здравого смысла бюджетного репрапостроения, где-то там же и Azteeg X5 mini. SBase тоже не миску риса стоит, но погуманнее.

Но пока что не о платах. Начну я немного с другого конца - с вопроса о взаимоотношениях козы и баяна. В чем плюшки «модной» платы на базе NXP LPC1768 для обычного самопальщика, не замороченного частотой генерации сигнала STEP и матаном непрямоугольных систем типа «дельты»? А например, в том, что не надо компилировать прошивку. Она, как настоящий пингвин, просто берет и читает конфигурационный файл (в текстовом формате) с SD-карты. При этом, механизм обновления прошивки тоже прозрачен, и тоже с карточки происходит. Ура, мы прощаемся с Arduino IDE. Но если хочется влезть ручками в святую святых - ничего не препятствует, все опенсорсно и документировано.

А теперь пробегусь по основным параметрам конфигурационного файла прошивки Smoothieware: что касается перемещений, температур и экструдера. А там есть и 'менее важные' разделы - что касается лазера, шпинделя, автолевела, дисплея и локальной сети. Но сначала - некоторые базовые моменты. Во-первых, Smoothieware унифицирована под разные кинематики. Из коробки поддерживаются декартова, CoreXY/H-Bot, 'дельта' и немного экзотики типа Morgan/SCARA. Отдельный параметр в конфиге этому посвящен. Во-вторых, поскольку прошивка изначально под разные системы, называть оси XYZ не совсем корректно, и поэтому тут alpha, beta, gamma. В случае прямоугольного принтера они как раз с XYZ совпадают. Третий момент - это назначение пинов контроллера. Оно тоже происходит в конфигурационном файле. Полная унификация. Нумерация пинов имеет вид '0.23', так они нумеруются собственно на LPC1768. Если посмотреть доку на микроконтроллер, там это записывается как 'P0[23]', что сути не меняет. Режим работы пинов задается суффиксом. Так, '!' (для пина 0.19, например, записывается как 0.19!) означает инверсию, '^' - подтяжку к VCC, 'v' - подтяжку к GND, 'o' - режим открытого стока, '-' - отключение подтяжки.

Руководство (ин инглиш) по конфигурации Smoothieware располагается здесь. Полностью я его не рассматриваю, но большинство ключевых параметров опишу. Поехали!

General motion

default_feed_rate - Скорость рабочего хода (для G1/G2/G3), задается в мм/мин, а не мм/c;

default_seek_rate - то же самое для холостого перемещения (G0);

mm_per_arc_segment - длина элементарной линии при разбиении дуги на прямые перемещения;

mm_per_line_segment - а это для непрямоугольных принтеров, разбиение прямых линий на сегменты;

delta_segments_per_second - интересная штука для дельт, разбиение линий не по длине, а по времени, т.е., сколько сегментов в секунду;

alpha_steps_per_mm

beta_steps_per_mm

gamma_steps_per_mm - привычные параметры, количество шагов (микрошагов) для перемещения соответствующей оси на 1 мм;

arm_solution - основополагающий параметр, задающий магию прошивки: cartesian, linear_delta, corexy, rotatable_cartesian, morgan

Далее идет пачка параметров, специфичных для дельт и SCARA, их я пропущу.

acceleration - ускорение, в миллиметрах на секунду в квадрате. Для принтеров с осью Z - только для XY.

z_acceleration - отдельное указание ускорения для оси Z, не актуально для дельты.

Далее тонкие настройки, пропускаю.

x_axis_max_speed

y_axis_max_speed

z_axis_max_speed - максимальная скорость перемещения по осям, мм/мин. Потолок, выше которого прошивка не даст разогнаться.

Stepper motors

alpha_step_pin

alpha_dir_pin

alpha_en_pin - назначение пинов для оси alpha;

alpha_current - ограничение тока для драйвера оси alpha. Да, если драйверы распаяны на плате (большинство решений на LPC1768), ток управляется программно;

alpha_max_rate - максимальная скорость по оси (мм/мин), в 'прюшах' и подобных это то же, что x_axis_max_speed, а вот в дельтах это разные вещи.

Далее такие же пачки параметров для beta и gamma осей.

Extruder

Здесь описывается поведение двигателя (двигателей) экструдера. Подробно останавливаться не буду - назначение пинов, ограничение тока, потолок скорости, ускорение - можно настроить по аналогии с обычными осями. Тут стоит остановиться вот на чем: extruder.module_name.<параметр>. Здесь module_name - это ваше название модуля экструдера. Например, для одного экструдера пачка параметров может иметь вид extruder.extruder0.<параметр>, для второго - extruder.extruder1.<параметр>.

Temperature control

temperature_control.module_name.thermistor_pin - назначение пина модуля термоконтроля. С модулями - та же история, что и в разделе Extruder. Например, при двух экструдерах у вас могут быть модули heater0, heater1, bed_heater.

temperature_control.module_name.heater_pin - назначение пина нагревателя;

temperature_control.module_name.readings_per_second - частота опроса термодатчика;

temperature_control.module_name.pwm_frequency - частота ШИМ канала регулирования;

temperature_control.module_name.thermistor - тип термистора.

Далее немного тонких настроек и ПИД.

temperature_control.module_name.max_pwm - потолок ШИМ при управлении. Например, если вы используете 12-вольтовый нагреватель хотэнда при напряжении БП 24В, рекомендуют поставить 64 вместо 255.

temperature_control.module_name.bang_bang - включение режима 'пыщь-пыщь' вместо ШИМ, актуально для электромеханического реле на управлении столом;

temperature_control.module_name.hysteresis - гистерезис для режима 'пыщь-пыщь' в градусах;

Далее немного настроек для экзотики - например, термопар с чипом max31855, подключенным по SPI.

Разделы Switch и Temperature switch я пока не трогаю. Там настраиваются выходные пины для выполнения каких-то действий и связь этих пинов с модулями термоконтроля. Laser и Spindle control тоже пропускаю, ибо непосредственно к 3D-принтеру они не относятся.

Endstops

Немного пропущу (параметры типа corexy_homing, delta_homing - выбираем соответствующий алгоритм позиционирования в домашнее положение, например, corexy_homing true).

alpha_min_endstop

alpha_max_endstop - назначение пинов концевиков. Если не используется, то ставится nc.

alpha_homing_direction - направление парковки, например, home_to_min;

alpha_min

alpha_max - какое положение (в мм) соответствует минимуму и максимуму по концевикам.

Далее то же самое для beta и gamma.

homing_order - порядок парковки по осям, например, XYZ или YXZ.

alpha_limit_enable

beta_limit_enable

gamma_limit_enable - остановка аппарата, если в процессе движения сработал концевик.

alpha_fast_homing_rate_mm_s

alpha_homing_retract_mm

alpha_slow_homing_rate_mm_s - логика парковки. Сначала ось движется быстро (скорость в первом параметре, почему-то в мм/с), после срабатывания концевика отъезжает (на расстояние во втором параметре, чтобы концевик 'отпустило';) и медленно (скорость в третьем параметре) снова вызывает срабатывание концевика.Далее такая же пачка для beta и gamma, и немного тонких настроек. Потом идут Z probe - настройка щупа Z для автокалибровки и Leveling strategy - логика автоупровня. Раздел Panel отвечает за работу с дисплеем, энкодером, кнопками, кардридером. Network - настройка сетевого интерфейса (статика/динамика).

На этом краткий обзор конфигурации Smoothieware разрешите считать законченным. Конкретика и практика, естественно, последуют - буду осваивать MKS SBase и прикручивать ее ко второму 'кубокору'. На вопросы постараюсь ответить.