Плата расширения ЧПУ Arduino Nano CNC Shield v4.0

Плата расширения ЧПУ Arduino Nano CNC Shield v4.0 используется для создания на основе контроллера Arduino Nano (других контроллеров совместимых по типоразмеру) станков с числовым программным управлением, 3D принтеров, гравировальной или фрезерной машины и т.п. Плата расширения CNC Shield v4.0 может работать с Arduino Nano и драйверами двигателей с помощью программного обеспечения Arduino GRBL. Программное обеспечение обменивается информацией с «железом» с помощью G-кодов. Программное обеспечение можно скачать здесь.
Перед использованием CNC Shield v4.0 нужно установить на Ваш компьютер программное обеспечение Arduino GRBL. Теперь нужно подготовить к работе CNC Shield v4.0. Для этого нам понадобятся джамперы (в комплект поставки не входят). CNC Shield v4.0 имеет три слота, по 16 контактов каждый, для подключения трех драйверов двигателей. Для подключения трех драйверов шаговых двигателей A4988 (или аналогичных) возле каждого слота есть синяя колодка, состоящая из четырех контактов. Эти контакты дублируют контакты драйверов – к ним подключаются обмотки двигателей. Возле каждого слота для подключения драйвера двигателя есть желтая колодка, состоящая из шести пинов, для управления шагом двигателя. Эти пины на плате никак не обозначены, условно назовем их M0, M1, M2, причем пара M0 верхняя.
Таблица установки джамперов для управления шагом или микрошагом:

Как упоминалось выше, CNC Shield v4.0 имеет три слота, по 16 контактов каждый, для подключения трех драйверов двигателей. Каждый слот отвечает за свою ось. Слоты, обозначенные желтым цветом, отвечают за оси X, Y, Z. На текстолите платы есть соответствующие пиктограммы для идентификации осей.
На плате CNC Shield v4.0 есть контакты для подключения концевых датчиков и аварийных кнопок остановки всего процесса или отдельной оси, кнопки паузы, продолжения, возвращения на исходную позицию, включения подачи охлаждения:

• Abort – кнопка возвращения на исходную позицию;
• Hold – пауза;
• Resume – кнопка продолжения;
• X+ X- Y+ Y- Z+ Z- – кнопка аварийной остановки осей X, Y, Z;
• E-STOP – кнопка аварийной остановки всего процесса;
• CoolEn – включения подачи охлаждения.

Колодка D12 замыкается для возможности управления шагом, колодка D13 замыкается для возможности управления направлением вращения.
Также на плате CNC Shield ver. 3.0 есть кнопка сброса параметров и перезагрузки, обозначенная RST.
Для расширения возможностей CNC Shield v4.0 на плате предусмотрено два интерфейса связи UART и I2C. Расположение контактов:

После настройки и подготовки CNC Shield v4.0 соединяем его с контроллером Arduino Nano (или другим совместимым) и с драйверами двигателей. Arduino Nano нужно подключить так, чтобы USB гнездо контроллера было расположено справа. Для проверки подключения с обратной стороны CNC Shield v4.0 есть распиновка Arduino Nano – контакты должны совпадать. Драйверы A4988 нужно подключить так, чтобы настроечные резисторы были расположены слева.
Далее нужно подключить Arduino Nano к компьютеру и синхронизировать с программным обеспечением. Далее подключаем питание силовой части CNC Shield v4.0. Для этого на плате есть вход для внешнего источника питания. Гнездо для внешнего питания требует штекер адаптера диаметром 2,1 мм, центральный контакт положительный. Напряжение питания силовой части 12 – 24 В. Напряжение питания силовой части нужно подбирать под имеющиеся драйвера двигателей. Не все драйверы двигателей работают с высоким напряжением питания и могут выйти из строя при подаче высокого напряжения.
Теперь можно подключать шаговые двигатели и делать пробный запуск. Нужно вооружится мультиметром и отверткой для настройки оптимального напряжения на контрольных точках драйверов двигателей. Во время проведения настройки, двигатель должен быть включен. Для настройки напряжения нужно установить щупы мультиметра на точки, изображенные на картинке:

Напряжение между этими двумя точками должно соответствовать формуле V=I*0,4 (напряжение равняется номинальному току двигателя, умноженному на коэффициент 0,4). Напряжение выставляем настройкой потенциометра драйвера двигателя. Такую настройку нужно провести отдельно для каждой оси.
Для подачи питания силовой части на двигатели нужно замкнуть джампером перемычку, обозначенную на плате Mot-VOT-Sel. Питание логической части происходит от контроллера Arduino Nano и составляет 5В. Напряжение логической части можно переключить на 3,3В. Для этого нужно замкнуть джампером перемычку, обозначенную на плате 3V3-GND.
    
Характеристики:

модель: CNC Shield v4.0;
контроллер: Arduino Nano и другие совместимые;
количество осей: 3 (X, Y, Z);
напряжение питания логической части: 3,3 - 5В;
напряжение питания силовой части: 12 – 24В;
совместимые драйверы двигателей: A4988, а также другие подобные;
связь с другими устройствами: UART, I2C;
программное обеспечение: Arduino GRBL;
размеры: 72 х 59 х 20 мм;
вес: 31 г.

Полезная статья.