【20210605更新】写字机控制器_XBoard E系列_ESP32_GRBL

简介:GRBL写字机控制器

开源协议: GPL 3.0

发布时间:2020-06-03 17:01:09
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描述

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支持此项目

如果您不方便自己DIY,那么,本项目产品已上架淘宝:https://item.taobao.com/item.htm?id=624084451437

项目特点

工程类型    运动控制

设计风格     设计精巧,兼顾外观与性能

实用程度    接口丰富,功能强大

应用范围    各类执行器的写字机、激光雕刻机

项目目的

在开始这个项目之前,我维护着一个基于STM32的Grbl运动控制器项目,为了给此控制器增加脱机功能、联网功能等进行了长时间的开发,包含控制器硬件、控制器程序、PC上位机以及测试用的机械结构,由于技术水平限制,所得成品使用效果差强人意。

“Grbl_Esp32”是一个派生于“Grbl”的项目,在接触到这个项目后,我惊奇的发现我所需求的功能它都进行了很好的支持,并且意识到:闭门造车不可取,只有参与到开源项目中与他人交流、学习,才能更好地掌握相关领域的知识。

2020年6月,此时国内尚无一款与“Grbl_Esp32”相适配的开源硬件,我萌生了制作一款开源的特化为写字机控制器的“Grbl_Esp32”硬件用来学习“Grbl_Esp32”项目的想法。

项目构架

硬件部分:XBoard E系列写字机控制器使用ESP32模组作为主控;板载12V to 5V DC-DC降压电路、5V to 3.3V LDO降压电路、USB to TTL通信电路、自动下载电路、大功率MOS管等;能驱动3路步进电机、9G舵机、2pin激光器、3pin激光器、电磁铁等;具有丰富的指示灯;对IO做了较为良好的保护。

软件部分:“Grbl_Esp32”。开源项目“Grbl_Esp32”是项目“Grbl”和项目“ESP3D”融合的结果,在作为运动控制器的同时,继承了“ESP3D”良好的交互体验。相较于原生的“Grbl”,“Grbl_Esp32”最大的特点是支持多种通信方式,如USB/Serial、Bluetooth/Serial、Telnet、WebSocket等,并可以使用SD卡脱机运行文件。

我的贡献

设计、制作并开源了项目“XBoard E系列写字机控制器”,编写了详细的使用手册(图文并茂,33页),改写了“Grbl_Esp32”源码为控制器定制了一些功能,诸如:在线设置机型、电磁铁电流策略、舵机支持等。

项目现状

项目经过半年多的打磨,即将推出正式版本,包括XBoard E1.0、XBoard ET1.0和XBoard RE1.0。

目前项目共有三个分支:XBoard E 以及尚未发布的XBoard ET和XBoard RE。

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其中XBoard E为主分支,XBoard ET和XBoard RE为派生分支。

XBoard E使用直插型驱动模块,可支持常用步进电机驱动模块,如A4988、TMC2208、TMC2130等。

XBoard ET板载TMC2225步进电机驱动,集成程度更高。

XBoard RE与XBoard E的功能几乎完全一致,但其外形为2* 24CM的矩形,可以安装在2020铝型材上。

目前主推版本:E1.1

程序源码

原项目:https://github.com/bdring/Grbl_Esp32,更加稳定

我的项目:https://github.com/KnightSin/Grbl_Esp32,更多特性,经过魔改,随缘更新

PCBA图片

ET0.3 (废案)

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E0.4(测试中)

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ET0.4(测试中)

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接线图

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修改记录

(2020年6月30日13点12分)由于硬件部分增添了自动下载电路——使用到了串口芯片的RTS和DTR这两个引脚——在连接奎享雕刻和炽写后板子会一直处于复位状态,打印大量乱码。已经和奎享的开发者以及炽写的开发者沟通过了,需要在软件层面做一定处理,如果现在需要使用这两个软件,可以选择不焊接Q1、Q2这两枚三极管——这样的话自动下载电路会失去作用,需要长按住BOOT键后再按RESET键进入下载模式

(2020年7月2日16点32分)原理图中A4988画错——1A与1B顺序错误——导致丝印也跟着画错,已经修正此错误并向原理图模块作者提交了此错误

(2020年7月5日15点53分)将限位开关接口引脚顺序和电磁铁接口引脚顺序调整得更加符合习惯

(2020年7月6日18点09分)调整部分走线,使得其更合理

(2020年7月6日19点11分)调整了状态指示灯的位置,并优化了部分走线。鉴于PCB有较大幅度改动,提升一个小版本号,版本号变更为E0.2

(2020年7月7日16点49分)错误的使用了IO34/IO35作为输出引脚,已更正,将STATUS_LED和STEPPERS_DISABLE_PIN更换为IO13/IO12

Input Only (no pullup/pulldown) If you do not have external pull up or pull down resistors. Do not use these pins!

GPIO_NUM_34 GPIO_NUM_35 GPIO_NUM_36 GPIO_NUM_37 GPIO_NUM_38 GPIO_NUM_39

(2020年7月7日18点03分)修正了PCB反面PIN表格中关于Z轴的说明

(2020年7月16日19点34分)修改了LED的原理图符号/3D封装,使颜色与实际对应;修改了XH2.45 2P的原理图符号和封装,使之与XH2.54的封装更加统一;调整了部分丝印的位置;调整了元件编号

(2020年7月24日13点35分)增加了对TMC2130步进电机驱动模块的SPI模式的硬件支持,修改了SD卡槽的封装,修改了贴片电解电容的封装,优化了部分走线。鉴于PCB有较大幅度改动,提升一个小版本号,版本号变更为E0.3

(2020年8月4日04点09分)增加一个分支ET0.3,集成3路TMC2225步进电机驱动

(2020年8月6日10点05分)在E0.3的基础上,USB供电部分增加了自恢复保险丝,部分输出IO增加了限流电阻防止反插驱动烧坏ESP32模组。鉴于PCB有较大幅度改动,提升一个小版本号,版本号变更为E0.4

(2020年9月4日21点44分)修正了ESP32的封装、更改了0603阻容以及LED的封装;增加了一枚TVS SMAJ5.0A;大幅调整了走线;在E0.4基础上增加一个分支ET0.4,集成3路TMC2225步进电机驱动;分支ET0.3废除;更改了舵机供电方式,USB不再能为舵机供电,必须连接DC 12V电源后舵机才能工作;更改了电磁铁的控制逻辑,控制引脚为高阻状态时电磁铁不再吸合;更改了部分丝印

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//(2020年9月27日23点30分)更改了细分排针方案,使之更接近于使用习惯;将原SPI模式下使用雏菊链连接所有电机驱动变更为每轴驱动对应一个片选,为此使用了IO0和IO2;提升一个小版本号,版本号变更为E0.5

//(2020年10月9日18点20分)调整部分丝印,将USB输入电源引脚丝印由P5V变更为U5V,将TMC_CS#的说明由22调整为IO22/IO0/IO2

//(2020年12月28日12点40分)SD_CD/限位开关引脚都移至只读引脚;新版本中,将多余的3个IO以及2个电源引脚和复位引脚引出,可以接按键模块或者串口屏等等;将SPI模式由雏菊链改为每一个驱动一个片选(UART模式下每个驱动一个TX);测试了将BOOT按键作为功能按键使用,相当于增加了一个可由用户编程的按键

另外,新版本中,将SPI模式由雏菊链改为每一个驱动一个片选(UART模式下每个驱动一个TX) 测试了将BOOT按键作为功能按键使用,相当于增加了一个可由用户编程的按键 image.png

(2021年6月5日11点33分)将PC817替换成2路高速光耦,多出的1路用于将主轴PWM信号的电平由3.3V转换成5.0V(注意,逻辑发生翻转);将项目版本号提升到E1.1

项目衍生

1、3D打印“钢网”教程

https://www.bilibili.com/read/cv6741734 image.png

2、为LCEDA的工程建立3D模型并渲染

https://www.bilibili.com/read/cv6758801

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用户手册(新版本编写中,敬请期待)

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设计图

ESP32_GRBL_3Axis_E1.1

在编辑器中打开

ESP32_GRBL_3Axis_E1.1_Drive

在编辑器中打开

ESP32_GRBL_3Axis_E1.1

在编辑器中打开
ID Name Designator Footprint Quantity
1 10uF C1,C3,C6,C8 C0603 4
2 104 C2,C5,C7,C9,C11,C15 C0603 6
3 100uF(35V) C4 CAP-D6.3XH5.5 1
4 180uF(16V) C10 CAP-D6.3XH5.5 1
5 1uF C12 C0603 1
6 USB-BF90 CN1 USB-B_4PIN-FEMALE_BF90 1
7 XH2.54-2A CN2,CN9 XH2.54-2A 2
8 XH2.54-3A CN6,CN7,CN8,CN10,CN11 XH2.54-3A 5
9 SS34 D1,D2,D3,D4 SMA_L4.4-W2.8-LS5.4-RD 4
10 SMAJ5.0A D5 SMAJ5.0A 1
11 DC005 DC1 DC-IN-TH_DC-005 1
12 FSMD012-1206-R F1 F1206 1
13 QR H7 XBOARD交流群二维码 1
14 HDR-F-2.54_1x6 H8 HDR-F-2.54_1X6 1
15 button6*6*8.5 KEY1,KEY2 KEY-TH_4P-L6.0-W6.0-P4.50 2
16 68uH L1 IND-SMD_L7.3-W6.8 1
17 LED-0603_Violet LED1,LED2,LED3 LED0603_VIOLET 3
18 LED-0603_R LED4 LED0603_RED 1
19 LED-0603_G LED5 LED0603_GREEN 1
20 LED-0603_Y LED6 LED0603_YELLOW 1
21 LED-0603_B LED7,LED8,LED9 LED0603_BLUE 3
22 100uF(35V) MC13,MC14,MC19 CAP-D6.3XH5.5 3
23 XH2.54-4AW MCN3,MCN4,MCN5 XH2.54-4A 3
24 HDR-M-2.54_2x4 MJ1,MJ2,MJ3,MJ4,MJ5,MJ6 HDR-M-2.54_2X4 6
25 Header-Male-2.54_1x2 P1 HDR-1X2/2.54 1
26 HDR_1x24_2.54_trisect P2,P3 HDR_FAMALE_24P_2.54 2
27 S8050 Q1,Q2 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 2
28 IRLR7843TRPBF Q3 TO-252-2_L6.5-W6.1-P4.58-LS10.0-BR 1
29 10k R1,R2,R11,R23,R26,R27 R0603 6
30 2k R3,R4,R5,R6,R10 R0603 5
31 1k R7,R8,R9,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R24,R25,R28,R29,R30,R31,R32 R0603 18
32 390 R12,R34 R0603 2
33 0R RN1 RES-ARRAY-SMD_0603-8P-L3.2-W1.6-BL 1
34 10K RN2,RN3 RES-ARRAY-SMD_0603-8P-L3.2-W1.6-BL 2
35 Micro SD Card SD1 MICRO-SD 1
36 XL1509-5.0E U1 SOIC-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.0-BL 1
37 AMS1117-3.3 U2 SOT-223_L6.5-W3.5-P2.30-LS7.0-BR 1
38 CH340C U3 SOP-16_L10.0-W3.9-P1.27-LS6.0-BL 1
39 ESP-WROOM-32 U4 ESP-WROOM-32D 1
40 TLP2168(TP,F) U6 SO-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS5.9-BL 1

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