Здравствуйте уважаемые.
Я новичок и уже запутался в логике которую сам и задумал.
Цель сделать для себя инструмент для сверления печатных плат.
Понимаю что ЧПУ станок будет лучшим выбором. Но в ближайшем времени нет возможности. Инструмент нужен в следствии необходимости (после аварии правая рабочая рука плохо работает)
Аналогичные проекты меня не устроили по разным причинам.
А на выходе может и другим пригодится.
Пока нужно ваше мнение и советы по логике.
Логика ниже:
На данный момент я реализовал почти все.
- Работу с шаговым двигателем
- PWM яркостью подсветки
- PWM DC (скорость)
Кроме меню. И пока не смог проверить проверку записи во внешнюю EEPROM (пока ее нет)
Может кто подскажет более простую и главное правильную логику. Подскажет как реализовать логику правильно.
Логика проекта — пошагово:
Ниже — Описано поведение при старте, калибровках, всех режимах (ручном и Peck/PCB), меню, управлении вводом и безопасностью.
- Обозначения
• Координатная система: Z = 0 — нижний концевик (Z-min).
• posLimitTop — максимально допустимое Z (верхняя граница хода), вычисляется как posMax - 12.0 мм (после калибровки концевиков).
• surface_mm — позиция поверхности материала (мм) в той же системе координат (то есть положение поверхности относительно Z=0).
• posDrillPCBStart = surface_mm + 2.0 мм (всегда 2 мм выше поверхности). Это обязательное правило.
• Все концевики NC → GND (в коде читаем LOW как «сработал»). Touch Plate тоже активный LOW.
• Шаги/мм: stepsPerMM = MOTOR_STEPS * microsteps / SCREW_LEAD. Примеры: MOTOR_STEPS=200, SCREW_LEAD=4 мм/об, microsteps=16 → stepsPerMM = 200*16/4 = 800 шага/мм.
• Скорости: пользователь вводит в мм/мин → переводим в шаги/сек для stepper: stepsPerSec = (mmPerMin / 60) * stepsPerMM. - Поведение при старте (power-on / reset)
- Инициализация:
• инициализировать I²C (Wire), дисплей (PCF8574), энкодер (прерывания A и кнопка), все входы/выходы (концевики, кнопки), PWM-таймеры (PA8, PA9).
• конфигурировать STEP/DIR/EN/MS1/MS2 как выходы. - Попытка загрузить конфиг из EEPROM (24LC256) и проверить CRC:
• если конфиг валиден → применить: microsteps (установить MS1/MS2), вычислить stepsPerMM, настроить PWM и LED;
• если нет → загрузить значения по умолчанию и записать в EEPROM. - Немедленно выполнить калибровку концевиков (обязательная):
• опускание вниз до Z-min → установить позицию 0;
• подъём до Z-max → записать posMax;
• posLimitTop = max(0, posMax - 12.0);
• установить calibratedZ = true и сохранить.
(Если по какой-то причине концевики не срабатывают — уйти в STATE_EMERGENCY и вывести ошибку.) - Если calibratedPlate == false, на главный экран выводится приглашение выполнить калибровку Touch Plate (предложение, не обязательное — но без обеих калибровок работа сверления блокируется по безопасности).5. Показать главный экран — режим Idle.
- Главные состояния
• STATE_IDLE — ожидание ввода; отображение статуса.
• STATE_IN_MENU — пользователь изменяет параметры; движение заблокировано.
• STATE_CALIBRATING_Z — автоматическая калибровка по концевикам.
• STATE_PROBING_PLATE — калибровка по Touch Plate.
• STATE_MANUAL_DRILL — ручное сверление (Drill button удерживается).
• STATE_PECK_DRILL — автоматический Peck Drill (Drill PCB).
• STATE_EMERGENCY — аварийный стоп (концевик/ошибка/прерывание).
Переключение между состояниями только по командам/условиям, при входе/выходе — всегда сохранять/восстанавливать PWM и стоп шаговика. - Калибровка по концевикам (Z)
- Переход в STATE_CALIBRATING_Z.
- Медленно опуститься вниз (small feed) до срабатывания Z-min (LOW).
- Установить текущую позицию шагов в 0 (stepper.setCurrentPosition(0)).
- Подняться вверх до срабатывания Z-max. Записать posMax = stepsToMM(currentSteps).
- posLimitTop = max(0, posMax - 12.0).
- Пометить calibratedZ = true, записать в EEPROM.
- Выход в STATE_IDLE.
Защита: при любом движении проверять концевики; при неожиданном срабатывании — emergencyStop. - Калибровка Touch Plate (высота инструмента)
(Пункт меню / процедура) - Требование: calibratedZ == true. Если нет — предложить сначала калибровать Z.
- Пользователь кладёт Touch Plate на заготовку и подтверждает (кнопка энкодера).
- Подъехать в безопасную позицию сверху
- Медленное опускание (низкая скорость) до срабатывания TOUCH (LOW).
- Когда Touch Plate сработал — фиксируем measured_mm = stepsToMM(currentSteps).
- surface_mm = measured_mm - plateThickness (plateThickness задаётся в меню).
• Ограничить: surface_mm = clamp(surface_mm, 0, posLimitTop).7. Автоматически: posDrillPCBStart = surface_mm + 2.0 (2 мм выше поверхности). Обязательно сохранить в EEPROM. - calibratedPlate = true. Вывести результат на LCD. Выход в STATE_IDLE. Примечание: Touch Plate должен быть изолирован и иметь контакт с инструментом
(инструмент → GND). - Пункт 3.3 «Проверка поверхности»
• Опция в меню. Поведение: - Проверка флагов calibratedZ и calibratedPlate. Если нет — ошибка.
- По подтверждению: подъехать к surface_mm (медленно).
- Остановиться и показать Z = surface_mm на LCD.
- При нажатии — подъехать к posDrillPCBStart (surface + 2 mm) и показать позицию.
- Возврат к posDrillStart после проверки.
• Это функциональное тестирование, чтобы визуально убедиться в корректности калибровки. - Ручное сверление (Drill)
• Кнопка Drill — активна при удержании (нормально HIGH, замкнута на GND при нажатии).
• Алгоритм: - Проверить флаги калибровок; если отсутствуют — предупредить и не начинать.
- Включить шпиндель PWM на speedPWMDrill %.
- Пока кнопка удерживается:
• двигать вниз с шагом/итерацией (например, по 0.1–0.2 мм) со скоростью speedDrillDrill (мм/мин), каждая итерация — проверка границ:
• не опускаться ниже (surface_mm - maxManualDepth) (защита по глубине);
• не заходить ниже 0 (Z >= 0);
• контролировать Z-min (если сработал — emergencyStop). - По отпусканию кнопки: выключить шпиндель и возврат в posDrillStart по speedMoveDrill.
• Дополнительно: при удержании кнопки оператор вручную ограничивает глубину → system respects maxManualDepth. - Peck Drill — Drill PCB (автомат)
• Цель: сверлить до drill_PCBDepth в ступенях peckDepth, возвращаясь после каждого захода в posDrillPCBStart.• Алгоритм: - Проверить калибровки.
- Перейти в posDrillPCBStart (движение с speedMovePeck).
- currentDepth = 0
- Пока currentDepth < drill_PCBDepth:
• dive = min(peckDepth, drill_PCBDepth - currentDepth).
• target_mm = surface_mm - (currentDepth + dive) — пояснение: уменьшаем Z (вниз) на глубину.
• target_mm = clamp(target_mm, 0.0, posLimitTop) — защита.
• Включить шпиндель на speedPWMDrillPCB.
• Перемещение вниз к target_mm со скоростью speedDrillPeck.
• Остановить шпиндель.
• Подняться обратно в posDrillPCBStart со скоростью speedMovePeck.
• currentDepth += dive. - По завершении отключить шпиндель, вернуться в posDrillPCBStart и STATE_IDLE.
• Защиты во время каждого движения: - Контроль Z-min/Z-max.
- Контроль posLimitTop и нижней границы (0).
- Смена инструмента (Tool Change)
• Кнопка ToolChange: - При нажатии → подняться вверх до Z-max (верхний концевик), установить позицию posLimitTop (или просто убедиться в нахождении у верхнего лимита).
- Остановиться; затем опуститься на 3 оборота ШВП (3 * SCREW_LEAD = 12 мм) вниз и стоп.
- Это позиция для смены инструмента; шпиндель выключён.
- Возврат operator-initiated (по кнопке или автоматически в posDrillStart).
• Защита: мониторить концевики; если Z-min сработал во время подъёма — emergencyStop. - Меню и параметры (структура + поведение)
• Структура меню (главная ветка):1. Режимы сверления:
• Pos Drill Start (редактируемый)
• Pos Drill PCB (авто; показывается)
• Peck Depth
• PCB Total Depth
• Speed Move Drill
• Speed Drill Drill
• Speed Move Peck
• Speed Drill Peck
• PWM Spindle Drill (%)
• PWM Spindle PCB (%) - Настройки оборудования:
• Microsteps (1 / 2 / 4 / 8 / 16) — изменение устанавливает MS1/MS2 и пересчитывает stepsPerMM
• Plate thickness
• LED Brightness - Калибровка:
• Calibrate Z
• Calibrate Touch Plate
• Check Surface (пункт 3.3) - Сохранить конфиг
- Exit
• Поведение редактора: - Энкодер вращает значение (delta → ±N * step).
- Кнопка энкодера подтверждает (короткое) или входит/выходит (долгое).
- При изменении microsteps — установить пины MS1/MS2 (учесть LL-тоггл поведение), пересчитать stepsPerMM, пересчитать ограничения.
- При изменении surface_mm вручную — автоматически скорректировать posDrillPCBStart = surface_mm + 2.0; сохранить по запросу.
- EEPROM — хранение конфигурации
• В EEPROM (24LC256) сохраняем структуру Config, включающую все параметры, флаги калибровок и posLimitTop/posMax.
• Перед записью вычисляем CRC16-CCITT и записываем в конец блока. При загрузке — проверяем CRC.
• Формат: бинарный блок sizeof(Config) (фиксированная длина).
• Запись: блоками по 64 байта (page write) с ожиданием tWR (≈5–10 ms).• При изменении критичных параметров (microsteps, plateThickness, surface_mm, speeds) — сохранять по явному запросу (Save) и/или при выходе из меню, а иногда
автоматически (encoder short press = quick save). - Управление микрошагами TMC2209 (MS1/MS2)
• Управление аппаратными пинами MS1/MS2; учесть особенность драйвера:
• LL → 1/1 ↔ 1/16 (повторный LL переключает между 1/1 и 1/16).
• HL → 1/2 ↔ 1/32
• LH → 1/4 ↔ 1/64
• HH → 1/8 ↔ 1/128
• При старте прошивки: прочитать cfg.microsteps из EEPROM и установить MS1/MS2 (выполнить нужную последовательность, возможно двойной LL).
• В меню «Microsteps» — менять значение (1/2/4/8/16) и применять сразу:
• установить пины MS1/MS2 корректно,
• вызвать computeStepsPerMM() и пересчитать скорости/параметры зависимости.
• Защита: запретить редкие значения, обязать значение из списка {1,2,4,8,16}. - Управление PWM (шпиндель и LED)
• Использовать аппаратный таймер (TIM1 CH1 → PA8 и CH2 → PA9) настроенный на ~60 kHz (или 30kHz для шпинделя по желанию).
• PWM задаётся в % (0–100). В меню для шпинделя — два параметра: speedPWMDrill и speedPWMDrillPCB.
• Для LED (DF6113 DIM) соблюдаем ограничение 10–100% (DF6113 не корректно реагирует на очень малые скважности).
• Изменение значения в меню — немедленное применение (applyImmediately=true при редактировании).
• При аварии/останове — PWM = 0. - Работа с энкодером и кнопками (ввод)
• Энкодер A — прерывание CHANGE; в ISR читаем B и корректно
приращиваем/уменьшаем encoderPos (очень коротко, минимум работы); не вызывать LCD/Stepper из ISR.
• Энкодер кнопка — прерывание FALLING (установить флаг encoderBtnPressed = true), но реальные действия (дебаунс/определение долгого/короткого нажатия) выполнять в основном цикле.
• Остальные кнопки (Drill, DrillPCB, UP, DOWN, ToolChange) — использовать Bounce2 или поллинг+дебаунс в loop(); можно использовать fell()/rose() для событий.
• Правило ISR: никаких длительных операций (delay, I2C, stepper.run) — только атомарные флаги/счётчики. - Проверки безопасности и аварии
• В любой функции движения (moveToPositionMM / moveRelativeMM / stepper.run loop) — постоянно проверять:
• if (digitalRead(Z_MIN) == LOW && movingDown) emergencyStop(“Z-min”)
• if (digitalRead(Z_MAX) == LOW && movingUp) emergencyStop(“Z-max”)
• Ограниечение по posLimitTop и по нижней границе 0.
• EmergencyStop:
• Остановить stepper, установить PWM шпинделя = 0, пометить состояние STATE_EMERGENCY, вывести сообщение на LCD, ждать ручного
вмешательства (сброс флага/перезапуск).
• В логе/Serial можно вывести причину для отладки.
• Защита параметров: при установке глубин/скоростей — clamp значений к разумным пределам. - Преобразования и формулы
• stepsPerMM = MOTOR_STEPS * microsteps / SCREW_LEAD
• stepsTarget = round(mm * stepsPerMM)
• mmCurrent = stepsCurrent / stepsPerMM
• stepsPerSec = (mmPerMin / 60.0) * stepsPerMM
• AccelStepper принимает setMaxSpeed() в шагах/сек и setAcceleration() в шагах/сек². - Сохранение макросов / G-code (если потребуется)
• Текущая логика генерирует G-подобные последовательности динамически (peck routine) на MCU, хранит только параметры (позиции, глубины, скорости).
• Если нужен функционал «сохранить N макросов с разными параметрами» —
выделить область EEPROM для массива записей {peckDepth, drillDepth, speedMove, speedDrill, posStart} и индекс/имена; при выборе — загружать и выполнять. (Примечание: это расширение — делается по запросу.) - Протоколы логирования и отладки
• Серийный порт (Serial 115200) — логирование старт/ошибок/событий (калибровка, emergency, EEPROM load/save).
• LCD показывает краткую информацию; для подробного лога — использовать Serial.18. Взаимодействие задач
• ISR: только флаги/счётчики; все тяжёлые действия в loop() или задачах.
• Движения — последовательны: одна операция движения (moveToPositionMM / performPeckDrillRoutine) блокирует другие пользовательские команды (используем состояние) — кнопки должны задавать запросы, а не выполнять движение прямо.
• При экстренной ситуации — флаги прерывают цикл движения и вызывают emergencyStop. - Поведение при некорректных параметрах
• При вводе параметра, который физически выводит инструмент за пределы (например, posDrillStart > posLimitTop), GUI должен не позволить сохранить или автоматически ограничить его.
• Перед стартом Peck/Drill — вычисляется контрольный маршрут; если любой target выходит за 0..posLimitTop — блокируется с сообщением. - контрольный список логики
- Старt: init HW → load EEPROM (CRC) → set microsteps → compute stepsPerMM → mandatory calibrate Z → ask/perform plate probe.
- Все движения проверяют Z-min/Z-max и posLimitTop/0.
- Touch Plate калибровка автоматически корректирует posDrillPCBStart = surface + 2 mm.
- Manual Drill: шпиндель ON при удержании, движение вниз шагами, не глубже maxManualDepth, возврат в posDrillStart.
- Peck Drill: автоматический цикл dive/raise до общей глубины, с PWM control и подъемом между заходами.
- Menu: редактирование всех параметров, microsteps устанавливаются через MS1/MS2 с учетом особенностей LL комбинации.
- EEPROM: хранение конфигурации + CRC16, запись pagewise, чтение при старте.
- Энкодер — прерывания; кнопки — debounced polling; ISR максимально «лёгкие».
- EmergencyStop — немедленный стоп шаговика и PWM, вывод ошибки, блокировка операций до ручного сброса.
. Я станок делал себе такой, интересно было заниматься.