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!!

Marlin 溫度感應器 數值轉換對應表

(2014/03/27)Update: 自己實測了這個自動產生的對應表，結果測得的溫度與實際值仍有相當大的誤差。看來還是要回頭用測量的方式來校正溫度...

3D印表機內使用的溫度感應器，大多使用負溫度係數熱敏電阻(NTC)。溫度越高，阻值越小。 電阻值隨溫度變化的公式如下：

R(t) = R0 * Exp(B*((1/t) - (1/t0)))

其中R0是指溫度在t0時的電阻值。t0是標準參考溫度，一般規格書會以攝氏25度為參考溫度。 公式中溫度相關的參數，都使以凱氏溫度做計算，如果自己要動手做計算，記得要把攝氏溫度加上273.13，轉換成凱氏溫標，才能算出正確的阻值。B值是NTC的特性參數，請在自己所使用的熱敏電阻規格書中找出B值。

這邊提供一個方便的計算機，只要填妥 t0、R0、B值，在按下 "Try it" 按鈕，就會自動產生Marlin所使用的溫度偵測對應轉換表。把轉換表附蓋掉"Marlin/thermistortables.h"內，"temptable_1[][2] PROGMEM"所記錄的轉換表，並且確定"Marlin/Configuration.h"內，"#define TEMP_SENSOR_0"的設定值為"1"。再重新燒錄Marlin到RAMPS 1.4控制板，就可以獲得校準確的溫度偵測值。

由於部落格內不能執行Javascript，只好將計算機另外找網頁安置。請前往這個網址：
https://dl.dropboxusercontent.com/u/1325192/NTC/NTC.htm

參考資訊

阿男的部落格 - 3D列印噴頭的熱敏電阻更換

註記

熔普三維、捷泰 這兩家販售的J-Head應該都是使用這款熱敏電阻，規格特性如下，給大家做參考。

型號：B2-100-3950-1
R @ 25：K100K-1％
B25/50：K3950-1％
元素：熱敏電阻型MJB2
特性
（1）電氣特性
A：電阻值：R（25°C）= 100K±1％
B：B值：B=3950±1％（在25℃和50℃的電阻值計算出）
C：絕緣電阻50MΩ或以上DC500V兆歐表（玻璃和引線之間）
（2）熱時間常數（τ）：τ≤10?17S（在靜止空氣中）
（3）熱耗散係數（δ）：δ=1.1~1.6MW/°C（在靜止空氣中）
（4）工作溫度範圍：-50~+260°C

列印到一半馬達失步!! 怎麼辦?

慘...

相信大家都有這種經驗(沒遇過的實在是很幸福)，一早起床發現列印作品被攔腰截成兩截，列印失步!!開始印的時候都沒問題阿，印的好好的。可是偷懶沒顧著機器，機器就跟著偷懶，出包給你看。(其實就算顧著，一樣會失步，而且束手無策。)G-code裡面幾千個指令中，只要其中一個指令造成馬達失步，整件作品就毀了。這樣失敗的作品，實在是難以見人啊!!

發生失步的原因，其實很簡單，就是工作需要的力量太大，馬達不夠力。所以解決失步的方向，不外乎加強馬達的力量(難)，另外就是減輕馬達的負擔。

加強馬達力量的方法，不外乎換更大顆的馬達，或是增加供應給馬達的電流。換更大顆的馬達，得要花大錢重新買，而且買來到底夠不夠力，也沒個準。42型步進馬達的規格中，身長要多長?電流要買多少的?都要靠複雜的仔細計算才能有參考。

另外比較可行的也許是增加供應電流。大家買的馬達，額訂電流(電流上限)大約都是1.5~1.7A，但是4988驅動板上的電流供應設定，一般都不會超過1A。所以電流是可以再繼續提高的，不過4988驅動板要另外買，或是更換Rs電阻。電流提高後，還要面對4988散熱不良會燒毀的困擾，要千萬注意。

以上是增加馬達力量的方法，除了既有4988驅動板的電流調高到接近1A以外，其他方法可行性都不高。另外一方面要設法減低馬達的負載，可以嘗試的方法就比較多了。

1. 放鬆皮帶的鬆緊度
皮帶太緊，會增加馬達軸，還有墮輪的摩擦力。合適的鬆緊度，有助於馬達順利運轉，而且兼顧定位的精準度。

2. 減少馬達的負載重量
列印平台的玻璃、列印台底板(有些人使用金屬)，是Y軸負荷重量的主要來源。使用較薄的玻璃，或是用玻纖板替代原有的玻璃，可以減輕重量。在強度充足的前提下，列印台底板上盡量鏤空，或使用更輕的材質，也可以減少Y軸馬達的負荷。

X軸最大的重量負荷，來自擠出機馬達。如果把擠出機構改成遠端送料 Bowden 型態，可以大幅降低X軸馬達的負荷。

3. 降低列印速度
車開慢一點，需要的力量就減低了，這不需要再解釋吧~~

4. 降低加速度
這其實是最有效又實惠的解決辦法，可以印得又快又穩。

牛頓運動定理中提到 F(力量) = M(質量) x a(加速度)
當加速度減小，所需的力量也會等比例得減小。雖然質量減小也有幫助，可是質量能減小的比例有限。加速度減小，可以改善失步，但是不代表"最高列印速度"也會跟著降低。只是加速到最高速度需要的時間會增長而已。所以降低加速度，但是不降低列印速度，仍然可以保有相當快的列印速度。只犧牲一些些列印時間，但是又不會失步，一舉兩得!

加速度的設定，建議可以直接透過 LCD修改 Marlin 韌體裡的參數，然後儲存到 EEPROM 裡面。也可以直接修改 Marlin 的 Configuration.h 設定檔，再重新燒錄到 2560 控制板。再不然也可以在切片軟體裡面設定。

Marlin 的加速度設定，分為 Default (預設) 與 Max.(最高) 兩個部分。 Default 是當 G code  執行 G0、G1 等"移動指令"時所使用的加速度，預設值是 3000mm/s²。當 G code 執行 M204 ，嘗試著要修改 Default 加速度時，設定值不能超過 Max. 加速度的值。直接把 Max 加速度設定到3000mm/s²以下，才能有效避免 G code 裡面的 M204 又把加速度調高。

LCD 控制板內選擇 "Control -> Motion -> Amax x" 與 "Control -> Motion -> Amax y" 可以修改 Max. 加速度。修改好後記得要使用 "Control -> Store memory" 把設定值存入 EEPROM 中，下次開機才不必重新再調整一遍。

如果想從 Marlin 的 Configuration.h 做修改，請找到這行：
#define DEFAULT_MAX_ACCELERATION      {9000,9000,100,10000}
把兩個 "9000"的數字調低到合適的數字，再重新燒錄韌體進 2560 控制板。
如果之前使用過 EEPROM 記錄設定值，記得要在LCD選擇"Control -> Restore Failsafe"，清除EEPROM中的設定，才會讓燒錄進去的設定值升效。

修改成 #define DEFAULT_MAX_ACCELERATION      {1500,1500,100,10000}

切片軟體 KISSlicer 的加速度設定，在 "Printer -> Speed -> XY Accel [mm/s^2]"

Slic3r 的加速度設定，在 "Print Settings -> Acceleration control (advanced)" 。 如果填 0 ，Slic3r 會使用 3000mm/s²這個預設值。請把這個框框裡所有的 0 ，都修改成合適的加速度。

至於加速度設定多少會合適呢?建議可以用二分法慢慢做實驗。預設值是3000mm/s²，所以第一次測試時使用1500mm/s²。如果不會失步，就再提升至 1500-(3000-1500)/2 = 2250mm/s²；如果會失步，就要再降低至750mm/s²。重複幾次測試之後，應該就可以找出自己機器的合理設定值了。另外要注意，測試時列印速度也許可以設高一點，譬如100mm/s，而且千萬要記得關閉切片軟體的 auto cooling 功能，要不然測試時使用較小件的模型，會讓切片軟體強迫減慢列印速度，導致實驗不準確。

KISSlicer 中，每層列印時間至少要10秒的設定，改成0秒，避免列印速度變慢影響實驗結果。

Slic3r 中，"Enable auto cooling" 自動降溫要取消勾選，避免列印速度變慢影響實驗結果。

以上，希望大家列印時都可以不必再提心吊膽，安穩睡個好覺！

Prusa i3 做搭橋速度實驗

i3 抓來做Bridge 測試，Slic3r的Speed中，Bridges speed 依序測了 60->30 ->90->70->50 (mm/s)。
溫度我設180度，層高0.2。

測試模型在這邊：
http://www.thingiverse.com/thing:269679

Bridge的速度設定在這個地方

看起來速度設60mm/s最理想

ATOM小改裝

1. 4988加上散熱片

2. 晶晶腸散熱片塗上散熱膏