End Stop 電路介紹

End Stop 限位開關，對許多不熟悉電子電路的同好還說，是一團難以摸透的迷霧。控制板上明明有三個腳位，為什麼接兩隻腳就可以用？微動開關上，接點有分NC、NO，是什麼意思啊？控制板上的S腳位是作什麼用的？S腳位直接跟 "-" 腳位短接在一起，為什麼不會燒毀？Marlin設定裡面，X_MIN_ENDSTOP_INVERTING 到底要設成 "true"，還是"false"？

RAMPS控制板上的限位開關腳位

先來解釋RAMPS控制板上，關於限位開關的腳位。總共有六組限位開關腳位，分別定義給XYZ三軸的MAX/MIN位置。每組腳位各自有 "S"腳位、"-"腳位、"+"腳位。"+"腳位連結到RAMPS系統裡的5V電源供應系統；"-"腳位連結到接地線路；"S"腳位連結到Arduino的數位輸出/入腳位(IO)，在Arduino+Marlin系統內，是設定成以一根電阻拉到高電位的"數位輸入"腳位。

電路I/O腳位的秘密

Pull high 電路示意圖

上圖中，PIN12是CPU偵測電位高低的IO腳位。透過一支10K毆母的電阻，接到系統的電源供應線路(5V)。所以當S1按鈕放開的時候，PIN12腳位偵測的的電壓會非常接近5V，軟體系統偵測這支腳位的狀態時，會讀取到"1"的結果。這個狀態下，軟體系統會定義為"Triggered"。當S1按鈕被按下，這時PIN12會直接接地，軟體系統偵測這支腳位的狀態時，會讀取到"0"的結果，判定為"Open"。這時5V的電源，會透過10K的電阻再接到接地點，所以並不會發生電源直接短路到接地線而燒毀電源供應系統(5V穩壓IC)。註1

微動開關腳位的定義

微動開關一般有三支接腳，分別為 "C"共同接腳、"NO" Normal Open 通常開路接腳、"NC" Normal Close 通常短路接腳。顧名思義，"通常開路接腳"，在微動開關被放開的時候，跟"C"接腳是斷開的，被按壓後，跟"C"接腳才短路接在一起；"通常短路接腳"則是在放開時，跟"C"接腳短路接在一起，被按壓後才跟"C"接腳斷開不通電。所以透過不同的接線方法，可以選擇被按壓時，是要讓線路通電、或是要斷電。

Marlin內與限位器相關的設定

再來要了解Marlin Configuration.h裡，對於End-Stop腳位狀態的定義，要怎麼設定。一般軟體設計，都會定義IO腳位讀取值為1時，是為腳位驅動(Triggered)。Marlin裡也是這麼設計的。所以當RAMPS的S腳位浮接(不接任合線路)時，會視為Triggered。但是如果硬體線路必須要定義成S腳位為低電位時當作Triggered，這時可透過"ENDSTOP_INVERTING"的設定，改變Marlin對S腳位的定義。當設定值為"true"，S腳位接地會變成"Triggered"。

另外還有 "DISABLE_MAX_ENDSTOPS" 跟 "DISABLE_MIN_ENDSTOPS" 兩個設定值，是用來告訴Marlin，是否有接 "MAX_ENDSTOPS" 跟 "MIN_ENDSTOPS"。例如沒有接MAX End-Stop的話，可以把 "//#define DISABLE_MAX_ENDSTOPS" 最前面的 "//" 刪掉，這樣Marlin就不會去讀取MAX End-Stop的狀態了。

融會貫通

綜合上述的所有設計細節，就可以融會貫通的解答END STOP相關的問題了。

如果單純使用微動開關當作限位器，那一定要接RAMPS上的 "S" 跟 "-" 腳位。因為"S"腳位在控制板CPU內部已經被Pull-up到高電位了，所以想要讓"S"腳位的狀態改變，只有把他拉去接地一途。"S"接到"+"是沒有作用的。

"S"腳位在CPU內部已經內見Pull-up電阻了，所以直接連接到"-"接地腳位，是不會燒毀的。

"ENDSTOP_INVERTING"設定值要看End-stop硬體線路的接法而定，如果希望"S"腳位為高電位或浮接時，定義為"Triggered"，則"ENDSTOP_INVERTING"要設定成"false"；反之如果希望"S"腳位為低電位或接地時，定義為"Triggered"，則"ENDSTOP_INVERTING"要設定成"true"。

整個系統上有好幾個會改變狀態的變數，要全部融會貫通，才能設計出讓限位器正常工作的設定。如果不太確定自己能設計出對的設定，建議還是先依照i3組裝筆記內的說明進行安裝。而且務必檢查有沒有接錯，再開始做馬達的測試。

最後，祝大家列印愉快~


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註1：ATmega-2560 的IO pin 有內建 Pull-Up 電阻在IC內部，不需要在外部電路另外安排 Pull-Up 電阻。ATmega-2560規格書第七頁。

熱敏電阻阻值實測

鑒於上回使用熱敏電阻規格書上給定的特徵值，實做出來的"溫度對電壓"轉換表，仍然與擠出頭的實際溫度有相當的落差，特地買了一個熱電偶溫度計，配合三用電表，嚐試著自己測量可變電阻的特性參數。

熱敏電阻用三用電表測量阻值，同時用熱電偶溫度計測量水溫。

實際測量的溫度對電阻表列

溫度	電阻值
81.5	9890
80.8	10090
79.4	10540
74.6	12430
69.9	14630
65.4	17290
60.1	21200
55	25600
50.1	31300
45.3	39400
39.6	51200
35.4	61800
32.2	71900
31.6	73900
25	100000

利用Excel 整理出實測值的曲線圖，並且配上透過公式算出來的電阻對溫度曲線，發現B值使用規格書上載明的3950，與實測值有相當的差距。
透過調整B值，讓特性曲線盡量逼近實測值，發現B值取4300會比較恰當。不過由於我使用辦公室開飲機的熱水做溫度測量的標的，所以只能測量室溫到80度左右的電阻值，所以並不能確定80度以上，一直到300度的特性曲線，是否與B值4300的特徵相符。改天再使用加熱鋁塊來測量熱敏電阻在溫度300度附近的特性。

畫特性曲線的EXCEL在此，有興趣的朋友可以參考：https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0AgxRsa-TcCE0dFVCT0pxdk5jUG1RTG82UGRkNk1sdlE&usp=sharing

初學者應該如何開始呢?

真是大哉問阿，該從哪開始著手呢?我認為，應該要先從燒壞幾顆4988控制板開始著手。

不燒壞點什麼零件，怎麼能自稱是Maker呢? XD

所以說，如果你是個打算自己從零件採購開始的Maker，我建議可以先從採購機電相關的零件開始。四至五顆步進馬達、RAMPS1.4、Arduino Mega 2560、六個4988控制模組(兩個備品)、三個微動開關，還有一些24AWG多心線、杜邦接頭組。歐，還有電源供應器NES-100-12。其實自己動手組裝3D印表機，最難搞定的，是電機安裝的部分。機械結構照著照片，大多不會裝錯，頂多是沒鎖緊，再補螺絲刀就解決；軟體設定的部份，就算是自己搞不懂怎麼設定也沒關係，使用網友提供的懶人包，也可以輕鬆過關。唯獨電線該怎麼接、電流要怎麼調整，沒人救得了你。安裝示意圖接點一大堆，實際拉出來的電線亂糟糟，實在是對不起來。就算都接對了，還要面對杜邦接頭壓接不確實，接觸不良等等用看得看不出問題的疑難雜症。然後還有馬達電流要怎麼調整的問題，就更頭大了。(這個步驟很多人都發生意外，可能會需要4988備品的步驟在這邊。)所以說電機安裝搞定了，其他部分就算是小菜一盤了。

先買電機零件，還有另外一個好處：可以慢慢再考慮到底要裝配哪款3D印表機。目前幾乎所有的RepRap積層式3D印表機，都可以使用RAMPS1.4系統，當作主要控制器。不管想嘗試看起來最簡單的SmartRAP，或是想挑戰連Sega都說很難搞的Delta型態，其他的i3、Air 2 就更不用說了，都可以使用RAMPS1.4系統。先採購RAMPS，絕對不會後悔(後悔的話請退給代理商，不要來找我  逃~)。

電機零件買齊之後，可以先參考Prusa i3組裝筆記裡面的相關組裝步驟，開始挑戰電機組裝，記得End Stop微動開關千萬別遺漏，沒裝好的話馬達是不會乖乖運作的。要特別注意，要先把Marlin懶人包裡面，溫度感應器的設定改回 "-1"，還有LCD控制器也要在最開頭加回 "//" 符號，暫時關閉LCD控制器。因為還沒有安裝熱敏電阻，無法偵測溫度；由於LCD控制器的程式如果沒有溫度資料可以參考，會無法編譯。

安裝好RAMPS系統之後，就可以透過PC上Repetier-Host軟體的"手動控制"面板，開始試玩電機系統，讓三軸歸零、隨意控制三個馬達、試著把馬達控制線順序顛倒插，使馬達改變轉動方向。還有，使用M119指令，觀察End Stop的狀態。

再來，可以嘗試著調整4988模組上的可變電阻，讓4988吐出更多的電流來驅動馬達。觀察看看馬達是不是會變得更有力量? 馬達會不會變熱? 4988有沒有冒煙等等現象。當然，這個實驗可能會帶來些損失，不過不要擔心，沒燒壞點什麼，是不能自稱Maker的。

好啦，這第一個關卡，也是最難突破的關卡，如果能闖關成功，後續的3D印表機組裝、測試跟使用，應該也難不倒你。趕快去訂購零件吧!!