voyons ici comment utiliser le CNC SHIELD pour des applications de pilotage de moteurs pas a pas en dehors du domaine de la CNC de loisir.
nous avons vu dans la rubrique moteur pas a pas comment piloter un moteur type NEMA 17 a partir d’un driver type POLOLU A4988 , a partir de ce principe , il est possible de piloter plusieurs moteur NEMA sur un ARDUINO UNO . Dans la rubrique ARDUINO-CNC , est développé brièvement la description de l’utilisation d’un CNC SHIEL pour commander une petite CNC DIY de loisir , nous allons voir ici de façon plus approfondie son principe et ses utilisations potentielles dont aussi les utilisations autres que pour de la CNC.
DESCRIPTION
comme tous les shield , le CNC shield est prévu pour se monter sur un ARDUINO UNO mais aussi sur un ARDUINO MEGA.
vue de dessus
vue arriere
BROCHAGE
le shield est concu a la base pour etre utilisé en applications CNC sur un ARDUINO avec GRBL installé dessus . GRBL est un programme permettant de lire des instruction GCODE reçues d’un programme de conduite de CNC et de les transformer en trajectoires lineaires ou circulaires. pour les aspects CNC et GCODE voir les rubriques dédiées du site.
son architecture est donc prévue pour fonctionner selon le brochage arduino ci dessous:
le shield comporte des slot permettant de recevoir des drivers d’axe type POLOLU A4988 ou DRV8825 dont l’architecture de fonctionnement est la suivante :
le principe de fonctionnement est décrit avec des exemples de programme arduino simple dans la rubrique spécifique ICI
ATTENTION:
le CNC shield peut egalement etre avantageusement utilisé avec d’autres microcontroleurs (raspberry PI par exemple) sans être pluggué sur le microcontroleur mais en carte additionnelle . dans ce cas il faudra veiller a avoir soit une broche spécifique qui active la fonction ENABLE (broche 8) sous le CNC shield soit fixer un cavalier de shunt sur les broches EN/NGD sous le bouton RESET en haut a gauche de la platine
ALIMENTATION
le shield comporte un bloc de connexion bleu en bas a gauche permettant de faire l’alimentation en puissance (motor power supply 8-35V ) en orange dans le schéma ci dessus. pour les montage en alimentation 12V ( batterie auto ou moto) il est possible de combiner l’alimentation du shield et de l’arduino via un cable commun dont voici une proposition de conception avec des prises jack male/femelle standard de 5,5mm:
le shield est prévu pour recevoir jusqu’a 4 drivers type POLOLU dont les emplacements sont notés: X – Y – Z – A . visuellement , ils sont différenciés par des slot jaunes pour X,Y et Z et des slots ROUGE pour A. cette notation est en correspondance avec la notation des axes utilisé en CNC. chaque emplacement comporte son condensateur filtre de 100 micro farrad entre les 2 rangées de slot support
le 4° driver ( emplacement A, slot rouge) peut etre configuré pour une utilisation en synchronisation avec l’un des 3 autres soit en 4° axe propre. on peut donc piloter jusqu’a 4 moteurs pas a pas indépendamment avec un CNC SHIELD.
CONFIGURATION DU 4° DRIVER:
elle se fait au moyen de cavaliers a positionner sur les broches juste au dessus du connecteur d’alimentation
ici un exemple de config avec l’axe A en tandem de l’axe Y
et pour un fonctionnement en 4° axe , dans ce cas ce sont les broches 12 et 13 de l’arduino qui vont permettre de piloter le driver en DIR/STEP avec la broche 12 arduino pour le signal STEP et la broche 13 arduino pour le signal DIR.
le schema de brochage ARDUINO equivalent devient ainsi le suivant ( modifications en rouge):
LE MICRO STEPPING:
le micro stepping de chaque driver se configure indépendamment au niveau de chaque emplacement via des broche sur lesquelles on positionne des jumpers de court circuit permettant de mettre chaque position M0-M1-M2 au 5V avec un cavalier dédié. sans cavalier , le bloc correspondant est au niveau LOW, avec un cavalier il passe au niveau HIGH
le choix de configuration dépends du niveau de micro-stepping souhaité , par exemple avec un drive DRV8825 capable d’un micro-stepping jusqu’a 1/32 voici les config possibles :
le probleme avec le shield CNC c’est que le micro-stepping n’est pas commandable via une broche arduino. une fois les cavaliers positionnés , pas possible , a priori , de faire varier le micro-stepping avec un code arduino via une broche de l’UNO.
ceci dit si l’on reprends le brochage de l’UNO avec 4 moteurs :
les broches 8-9-10 et 11 , dédiées a la fonction Enable et aux limites d’axes en version shield CNC sont disponibles pour d’autres actions , il est donc possible de les utiliser pour une “config” globale du micro-stepping en renvoyant les pins de config des drivers sur ces sorties. pour cela il suffit de réaliser des câbles spécifiques entre les broches de micro-stepping des drivers et les broches 8-9-10-11.
exemple d’un cable simple :
qui une fois branché sur les broches END STOPS X+ et X- correspondant a la broche D9 permet de contrôler l’état de M2 via le programme . avec 3 cables communs sur les broches M0 , M1 et M2et sur les broches 9-10-11 de l’arduino il est donc possible de contrôler via le soft , de façon commune, l’état des 3 broches M0, M1 et M2 des drivers.
la photo ci dessous montre une configuration ou les 2 supports de POLOLU X et Y ont un cavalier vert sur M0 et jaune sur M1 et le cable de renvoi M2 sur les broches X+ X- soit D9 sur l’arduino Uno ( voir ci dessous descriptif des connecteurs) . ce câblage permet donc de switcher, des POLOLU DRV8825 par programme C++ entre une config M0-M1-M2 a niveau HIGH-HIGH-LOW ( 1/8step) et HIGH-HIGH-HIGH (1/32 step).
bien sur ces 3 broches peuvent être utilisée a d’autres contrôles que les drivers.
LA CONNECTIQUE LATÉRALE DROITE:
le connecteur latéral a droite de la carte permet de récupérer un certain nombre de broches de l’arduino uno sur lequel il est branché, et donc brancher des capteurs ou des actionneurs. en voici la description:
L’ INTERFACE I2C :
Vu le nombre de sortie Arduino utilisées pour commander 4 moteurs pas a pas en utilisant les broche D9 D10 et D11 pour commander le microstepping, il peut etre interressant d’utiliser l’interface I2C pour communiquer avec des composants exterieurs compatibles du protocole I2C . pour cela il suffit d’utiliser l’ensemble des broches du connecteur en haut ( colonnes jaunes et bleues) sur la photo précédente . on y trouve en renvoi les broches GND et 5V ainsi que SDA ( A4) et SCL (A5) de l’interface I2C.
avec 2 bloc Dupont 4 connexions collés dos a dos on peut ainsi réaliser une prise rapide, comme par exemple dans la photo ci dessous ou le câble va ensuite sur un connecteur RJ11 utilisant un câble torsadé de téléphone pour aller a un ensemble écran/clavier/joystick géré sous le protocole I2C:
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REFROIDISSEMENT DES DRIVERS
il est possible de rajouter un petit ventilateur 5V sur le coté pour produire un flux d’air afin de refroidir les drivers (munis de radiateurs) , ceci ameliore l’efficacité des drivers. il faut donc réaliser un petit support pour fixer le ventilo sur le caté du bloc arduino/CNC shield.
exemple de réalisation : ici le ventilateur est tenu par une piece imprimée 3D bridée entre les 2 cartes
