Электроника лазерного гравера. Arduino UNO, CNC shield v3, ttl laser driver.
Лазерный гравер собран и работает, и об этом рассказывал в прошлой статье: «Самодельный Лазерный гравёр с ЧПУ, в домашних условиях». Как он гравирует, и все этапы сборки, можно посмотреть в видео, в предыдущей статье. А сегодня подробнее разберем электронику лазерного гравировального станка: Arduino UNO, CNC shield v3, драйвер шагового двигателя A4988, ttl laser driver . Почти вся электроника, которую использую для сборки самодельного лазерного гравера, расписана в отдельных статьях, которые вы можете найти в разделе сайта: «Обзор электроники для ЧПУ станков и 3D принтеров».
Тестирование электроники лазерного гравировального станка с ЧПУ.
Перед установкой всей электроники на место, рекомендую поэтапно все проверить, чтобы не искать возникшую проблему уже на станке. Можно допустить ошибку в настройке электроники или в механике, что при проверке установленной электроники приведет к ряду трудностей в определении причины сбоев в работе ЧПУ станка.
Для начала, устанавливаем CNC shield v3 на Arduino UNO. Перед установкой драйверов необходимо установить перемычки деления шага. Что это такое, и для чего нужно деление шага, читайте в статье про драйвер A4988: «Драйвер шагового двигателя A4988». Я устанавливаю деление шага ½, потому что при увеличении деления шага падает мощность двигателя, а также у меня получается 400 шагов на мм, — этого вполне достаточно для лазерного гравера.
Расчет деления шага.
Как же рассчитать деление шага, и сколько шагов получится для совершения перемещения на 1 мм? Количество шагов сделанных шаговым двигателем, для совершения перемещения станка на 1 мм, зависит от характеристик шагового двигателя, от передачи (винтовая или ременная), какое деление шага настроено (для разных драйверов деление шага настраивается по разному, и количество отличается). В моем случае, получаются следующие параметры:
- Шаговый двигатель 17HS4401 совершает 200 шагов на 1 оборот вала. (Из характеристик двигателя).
- Шпилька с метрической резьбой М6 перемещается на 1 мм. за оборот (табличное значение).
- Делениешага установил ½.
Количество шагов на 1 мм рассчитываем по формуле:
H = Sh*M/D где,
- Н – количество шагов для перемещения на 1 мм.
- Sh – количество шагов шагового двигателя для совершения 1 оборота,
- М – перемещение при вращении ходового винта на 1 оборот.
- D – установленное деление шага.
Н = 200*1/0,5 = 400 шагов для перемещения на 1 мм.
Данные параметры нам пригодятся при настройке GRBL, которые будем настраивать в следующей статье.
Установка драйверов A4988 и настройка ограничивающего тока.
После установки деления шага, устанавливаем драйвер A4988 в разъёмы с надписью X и Y.
Дальше, нам нужно рассчитать ограничение тока драйвера A4988, для этого нужно знать параметры двигателя и номинал резисторов, установленных на драйвер A4988.Это два черных прямоугольника на плате драйвера, обычно подписаны R050 или R100.
В моем случае, номинал резисторов R100, что означает 100 Ом. Ток двигателя 17HS4401 — 1,7А.
Расчет ограничивающего тока драйвера шагового двигателя A4988.
Vref = Imax * 8 * (RS)
- Imax — ток двигателя;
- RS — сопротивление резистора. В моем случае, RS = 0,100.
Для 17HS4401 Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.
В связи с тем, что рабочий ток двигателя равен 70% от тока удержания, то полученное значение нам нужно умножить на 0,7. В противном случае, двигатели, в режиме удержания, будут сильно греться.
Для 17HS4401 Vref ист. = 1,36*0,7 = 0,952 В.
Настраиваем ток шагового двигателя.
Для этого возьмём мультиметр, и один контакт подключим к контакту GND, а второй на переменный резистор драйвера. Поворачивая потенциометр на драйвере, подбираем нужное напряжение. На мультиметре у меня показания в мВ, поэтому такое большое значение.
Аналогично настраиваем ограничивающий ток для второго драйвера.
Внимание! Не забудьте установить радиатор охлаждения на драйвер шагового двигателя, в противном случае, драйвер будет перегреваться.
Подключение шагового двигателя и светодиода, вместо лазера.
Как писал выше, лучше лишний раз проверить все на столе, чтобы убедиться в работоспособности электроники в холостом режиме. А в связи с тем, что световое излучение от лазерного модуля опасно для зрения , работоспособность TTL сигнала лучше проверить на обычном светодиоде.
Для начала подключаем светодиод. Так как у меня лазер 450 nm, он синего свечения, и светодиод на макетную плату установил синего цвета.
Не забудьте про то, что в Arduino UNO нужно загрузить прошивку GRBL 1.1. Скачать прошивку можно внизу статьи. Подробно, как загрузить прошивку в Arduino, рассмотрим в следующей статье.
Схема подключения светодиода к CNC shield v3.
Сейчас, отправляя команду в монитор порта M3 S1 , мы можем включить светодиод минимальной мощности. Данную команду я использую для определения положения лазера при установке заготовки.
Затем, можно отправить команду M3 S255 ,и вы увидите, что светодиод светит ярче. Это означает, что все работает отлично. Если у вас что-то не получается, не переживайте, в следующей статье разберем, почему светодиод может не работать.
С работой лазера определились. Сейчас нужно проверить работу шаговых двигателей. Подключаем шаговые двигатели к CNC shield v3, как показано на схеме ниже.
Схема подключения шаговых двигателей к CNC shield v3.
На схеме у меня подключено 3 драйвера шагового двигателя A4988. По сути, должно стоять всего 2. В изображении CNC shield v3, которое я использую при рисовании схемы, сделано с 3 драйверами, и изменить изображение нельзя, поэтому на драйвер, установленный на ось Z, не обращайте внимания.
Сейчас можно проверить работоспособность шаговых двигателей. Для этого будем использовать программу LaserGRBL, скачать которую вы можете внизу статьи, в разделе материалы для скачивания.
Дальше, подключаем Arduino к компьютеру. Выбираем порт, к которому подключена Arduino UNO. Затем, в программе нажимаем на панель управления, в левом нижнем углу, на стрелки влево или вправо. У вас должен вращаться шаговый двигатель, подключённый к оси X. При нажатии стрелок вверх и вниз, должен вращаться двигатель, подключенный к оси Y.
Если у вас не получилось воспользоваться программой LaserGRBL, вы можете отправить, по очереди, следующие команды в монитор порта:
- G1 X50 F4000
- G1 Y50 F4000
- G1 X0 F4000
- G1 Y0 F4000
При удержании вала, двигатель не должен останавливаться сразу. Для остановки вала нужно приложить усилие. Если ваш шаговый двигатель сразу останавливается, то нужно проверить настройку ограничивающего тока, правильность установки драйверов. При необходимости, поменять драйвера местами. Бывают случаи глюков драйверов, и при простой их смене местами, всё начинает работать нормально.
Установка электроники на лазерный гравировальный станок, и подключение.
После проведения всех тестов, можно установить электронику на ЧПУ станок и провести первый пуск.
Схема подключения Arduino UNO + CNC shield v3 + A 4988 + ttl laser driver.
Подключаем все вот по такой схеме. Я постарался все разместить и подписать так, как у меня на TTL драйвере. У вас может быть другой порядок подключения, но значительных отличий быть не должно.
Несколько фото подключения ttl laser driver к CNC shield v3.
Вот так выглядит установленная электроника. Как станок работает, смотрите в предыдущей статье. А в следующей статье рассмотрим: как загрузить GRBL 1.1 в Arduino UNO, настроить GRBL и запустить гравировку первого изделия.
Понравился проект Самодельный Лазерный гравёр с ЧПУ, в домашних условиях? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.
А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.
ВОПРОС И снова про подключения TTL
Добрый день. Возник вопрос по подключению ТТЛ к плате WoodPecker 3.2.
Смотрел другие темы, такого подключения ещё не видел.
Имеется:
Плата WoodPecker 3.2A 
TTL с фотографии 
Для упрощения восприятия накидал схему ещё.
Про подключение 12V вопросов нет, вопрос как подключить разъем ТТЛ с платы ТТЛ в разъем Лазер на Дятле.
Темы из этой же категории
Некит
Некит
МЕСТНЫЙ
- 17.06.2019
- #2
Artyuha
Artyuha
НЕ ТОЛЬКО ЧИТАЕТ
- 17.06.2019
- #3
DarkNir
DarkNir
МЕСТНЫЙ
- 17.06.2019
- #4
Вложения
Artyuha
Artyuha
НЕ ТОЛЬКО ЧИТАЕТ
- 17.06.2019
- #5
extrimus
extrimus
ПОЧТИ ПРОФИ
- 17.06.2019
- #6
Artyuha
Artyuha
НЕ ТОЛЬКО ЧИТАЕТ
- 17.06.2019
- #7
Если очень грубо, то примерно так:
DarkNir
DarkNir
МЕСТНЫЙ
- 17.06.2019
- #8
extrimus
extrimus
ПОЧТИ ПРОФИ
- 17.06.2019
- #9
Если очень грубо, то примерно так:
Artyuha
Artyuha
НЕ ТОЛЬКО ЧИТАЕТ
- 18.06.2019
- Последнее редактирование: 18.06.2019
- #10
Вот нашел картинку Вашего модуля с подробной разблюдовкой что куда:
Исходя из описания от продавца (https://ru.aliexpress.com/item/32947933372.html — ссылка не для рекламы, а просто потому что там нашел важную инфу), требуется прямое управление, не инверсное. Соответственно, берете и разводите из разъема с PWM+ два конца: земля + PWM+ на управление (TTL), земля + 12V на подачу питания (12V power input port), ЛД понятно куда (LD), ну а в разъемы для фанов втыкаем вентиляторы охлаждения лазерной башки и самого регулятора.
- Форумы
- ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
- ЛАЗЕР
О ФОРУМЕ CNC3018.ru
Интернет портал организованный в 2018 году , для поддержки пользователей мини станка с ЧПУ CNC 3018 и его модификаций.
Мы хотели бы помочь всем, кто приобрел или только собирается приобрести данный станок. Здесь Вы совершенно спокойно можете задать свои вопросы, или просто прочитать полезную или интересную информацию по сборке, настройке и эксплуатации данного мини станка.
Статистика форума
Онлайн статистика
Контакты
МЫ ДОГАДЫВАЕМСЯ, ЧТО РЕКЛАМА ВАС РАЗДРАЖАЕТ!
Конечно, Ваше программное обеспечение для блокировки рекламы отлично справляется с блокировкой рекламы на нашем сайте, но оно также блокирует полезные функции. Мы стараемся для Вас и не обязываем Вас донатить и скидывать денег на наши кошельки, чтобы пользоваться форумом, но реклама это единственное, что позволяет поддерживать проект и развивать его.
СТАНОК С ЧПУ СВОИМИ РУКАМИ
Продолжаем дорабатывать простой станок с ЧПУ на Arduino. Теперь делаем из него лазерный гравер. Механическая часть в плане доработок отсутвует. Потребуется прикрепить радиатор лазера к платформе. Некоторая доработка потребуется для прошивки платы Ардуино, а также для программы управления станком.
TTL-модуляция, подключение драйвера лазера к Ардуино
Итак, нам потребуется лазерный модуль с драйвером и блоком питания. Я взял с с TTL-модуляцией. Это значит, что можно логическим сигналом включать и выключать лазер: +5v — включено, 0 — выключено. В случае, если к TTL ничего не подключено, драйвер находится в режиме «включено». Так как нам необходимо то включать, то выключать лазер нам потребуется управление через вход TTL. Мы будем управлять лазером с помощью Ардуино и TTL входа драйвера лазера. Итак, подключаем питание 12В к входам питания драйвера лазера. В качестве источника питания я использовал блок питания на 12В и 2А (24 Ватта), купленный в китайском интернет-магазине. Однако подойдёт любой блок питания на 12В и мощностью более 3 Ватт, например БП от компьютера.
Подключаем TTL вход — к земле (Gnd) Ардуино, а ко входу + — цифровой пин Ардуино, находящийся в режиме Output. Теперь, если подать на цифровой пин сигнал HIGH, лазер включится, а если LOW, то выключится. Максимальная частота включения выключения лазера для купленного мной драйвера составляет 20кГц, чего более чем достаточно.
Ниже представлена схема подключения драйвера лазера к Ардуино и источнику питания.
Внимание! Если для лазерной гравировки вы используете драйверы, построенные по схеме двойной мост, например L298N, то TTL+ надо подключать к АНАЛОГОВОМУ пину 2. На Ардуино UNO и Nano не хватает цифровых пинов.
Длина волны и мощность лазера для гравировки
Для выжигания по дереву подходят высокочастотные лазеры. Длина волны лазера 405нм соответствует фиолетовому свету видимого спектра. Выбор пал на 405нм лазер с выходной оптической мощностью 300мВ. Излучение с длиной волны 405нм поглощается большим количеством материалов, что обеспечит большую универсальность граверу. Фиолетовый цвет выбран потому, что наиболее эффективно гравирует / выжигает на деревянной поверхности.
Фото 12В лазерного модуля с длиной волны 405нм мощностью 300мв идрайвера с TTL-модуляцией. От драйвера наверх идут две пары проводов. Красный-чёрный — питание 12В, подключены к блоку питания, белый синий — TTL -модуляция, подключены к Arduino к пинам Dout и Gnd соответственно. На обратной стороне драйвера лазерного диода указано, каким образом необходимо подключать входы драйвера. Обратите внимание на то, что лазерный диод установлен внутри радиатора. На радиаторе стоит куллер. Лазерный модуль и драйвер я прикрепил к соответсвующей платформе.
Для ослабления воздействия на глаза я использовал специальные красные очки, купленные также в китайском интернет-магазине. Соблюдение техники безопасности крайне важно при работе с лазером.
Оптика лазерного гравера на Ардуино
Купленный мной комплект включает лазерный диод, установленный на радиаторе, который охлаждается с помощью небольшого вентилятора. При покупке я не обратил внимание на то, что комплект продаётся без системы фокусировки. То есть отсутствует выпуклая линза или система линз, которые позволяют сфокусировать излучение лазерного диода в точку. Однако имеется трубка, которая вкручивается в радиатор. В неё должен встраиваться коллиматор. Покупать коллиматор, а затем прикручивать его к радиатору я не стал. Вместо этого купил обычный дверной глазок и вытащил из него выпуклую линзу. Фокусное расстояние моей линзы 2-3 см, что меня устраивало. Свет лазера видимый, так что оптическая линза из дверного глазка вполне подходит. Линзу я приклеил к трубке моментальным клеем. Полученную оптическую «систему» вкрутил в радиатор.
Фото лазерного гравера с ЧПУ. За основу взят недорогой станок с ЧПУ на базе контроллера Ардуино, шаговых двигателей 17HS3404N в корпусе Nema 17 и драйверов ШД DM420A. Все электронные составляющие лазерного гравера, управляемого компьютером, приобретены в китайских интернет-магазинах.
Фото морды гепарда, выгравированной лазерным станком с ЧПУ. Слева исходная фотография. Рядом лежит 50-копеечная монета для оценки размеров результата и точности выжигания с помощью лазерного гравера, управляемого программой на компьютере. Такой лазерный гравер с ЧПУ легко можно сделать самостоятельно в домашних условиях.
Everything about TTL and laser control. Learn about PWM and how does it work.
How to find a PWM pin on your board with a multimeter.
Quite often we get questions about TTL and PWM.
How does TTL works, how should it be connected, what voltage is needed to control TTL, what to do if you want to control the laser intensity but you do not have a PWM on your board, etc?
Here we are going to highlight the key things about PWM & TTL.
TTL voltage
1. Endurance lasers support TTL+ with voltage control in the range of 3.5 – 24V (if you need to operate the laser with lower voltage – let us know and we will make a custom solution for you). It means that any voltage in this range will activate the MOSFET and the laser will work. The voltage value does not affect the laser power – it only affects the duration of the signal. For example, TTL will activate the laser at any voltage in this range, at any duty ratio, without changing the laser power.
In other words, if you have (1) 3.5V output with 50% duty ratio the laser will work with 50% power, and the same will be if you have a (2) 24V output pin and a 50% duty ratio but the average (if you will measure with a multimeter) voltage will be 1.75V for (1) one and 12V for a (2)
How to find a PWM pin on your mainboard.
2. If you do not have a separate PWM on your board and you want to control the laser – some boards can have different voltages on power output, for example, your power output can be 0-24V, in this case just connect the TTL wire to the 12V of your FAN1 (sometimes FAN2 on 3d printers) and use your existing power output to control the laser.
Most Fan pins have built-in PWM. And it can be easily observed since fans could rotate at different speeds.
Mostly all CNC boards have separate PWM pins for diode lasers.
What to do if there is no PWM pin on your controller board
3. If you do not have a PWM output but your board is compatible with an Arduino Nano then you may use the D11 output pin as a PWM to control the TTL.
4. On most CNC machines a spindle output or spindle speed output can be used to control the laser power by way of changing the impulse duration or by changing the voltage on the output slot. (make sure it is not exceeding 24V)
In continuous mode, there is the maximum frequency and you can toggle on and off the driver. The laser diode can be modulated at very high speeds. The MOSFETs and their driver must have an upper-frequency limit.
Right now our Mo1 works with 250-500 Hz (laser boxes ver 1.0, 1.1 )and our Mo2 PCB works with 25 kHz frequency (laser box ver 2.0).