Přeskočit obsah

MCU v Klipperu

Klipper se skládá ze dvou hlavních částí:

  • host — Linux počítač s Klipperem, například Raspberry Pi, Orange Pi, mini-PC nebo jiné zařízení;
  • MCU — deska mikrokontroléru, která fyzicky ovládá piny.

Host dělá vysokoúrovňová rozhodnutí, čte konfiguraci, zpracovává G-code a plánuje akce. MCU provádí přesné příkazy na hardwaru: přepíná výstupy, čte vstupy, počítá čas, generuje PWM a hlášení stav zpět do hostu.

Co je MCU v Klipperu

MCU je zkratka pro mikroprocesorovou jednotku.

V kontextu Klipperu je to konkrétní deska:

  • hlavní deska 3D tiskárny;
  • oddělená deska RP2040;
  • oddělená deska STM32;
  • deska CAN/hlava nástrojů;
  • dodatečná deska I/O.

MCU "nemyslí jako celá tiskárna." Provádí nízkoúrovňové příkazy poslané hostem. Toto rozdělení činí Klipper flexibilním: můžete přidat druhý nebo třetí MCU a jeho piny použít v jedné sdílené konfiguraci.

Jak to vypadá

Zjednodušené schéma:

Host Klipperu a několik MCU

Host komunikuje s MCU přes USB, UART nebo CAN. V konfiguraci Klipperu dostane každý MCU svou sekci a piny tohoto MCU se pak používají v nastavení ventilátoru, sensoru, topidla, výstupu a dalších modulů.

Co dělá host

Host:

  • ukládá a čte printer.cfg;
  • přijímá G-code a uživatelské příkazy;
  • udržuje vysokoúrovňovou logiku;
  • plánuje akce v čase;
  • synchronizuje komunikaci s MCU;
  • rozhoduje, kdy zapnout ventilátor, topidlo či jiný výstup;
  • přijímá čtení a stav z MCU.

Host neaplikuje proud na ventilátor a nečte termistor přímo, pokud jsou tyto piny na externí desce. Říká MCU, co má dělat.

Co dělá MCU

MCU:

  • fyzicky ovládá GPIO;
  • čte vstupy a sensory;
  • generuje PWM;
  • provádí příkazy ve správný čas;
  • hlásí výsledky do hostu;
  • vejde do shutdown na chyby, pokud je firmware a konfigurace nastavena tak.

Například pokud konfigurace má ventilátor na pinu PA8, je právě MCU s tímto pinem, který změní svůj stav. Host pouze posílá příkaz.

Co znamená [mcu]

V printer.cfg sekce [mcu] popisuje mikrokontroleér, ke kterému se má Klipper připojit.

Příklad pro USB/sériový:

[mcu]
serial: /dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32f446xx_...

Pro dodatečný MCU se používá jméno:

[mcu chamber]
serial: /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_...

Poté lze pinům dodatečného MCU zadat předponu:

[temperature_sensor chamber_air]
sensor_type: Generic 3950
sensor_pin: chamber:gpio26

[fan_generic chamber_fan]
pin: chamber:gpio15

Logika je jednoduchá: chamber:gpio15 znamená "pin gpio15 na MCU pojmenovaném chamber".

Jména pinů a předpony

Klipper používá jména pinů hardwaru.

Příklady:

  • pro STM32: PA4, PB0, PC13;
  • pro RP2040: gpio15, gpio26;
  • pro Arduino/AVR mohou být vlastní aliasy.

Před jménem pinu mohou být symboly:

  • ! — invertovat logiku;
  • ^ — povolit pull-up, pokud MCU podporuje;
  • ~ — povolit pull-down, pokud MCU podporuje.

Příklad:

[gcode_button chamber_door]
pin: ^chamber:gpio12

To není "Klipperova kouzla", ale konkrétní nastavení vstupního pinu na konkrétním MCU. Takže rozložení pinů desky musí být přesné.

Proč je potřeba dodatečný MCU

Dodatečný MCU je užitečný, když potřebujete separovat periferie do samostatného bloku.

Příklady pro zařízení podobná iDryer:

  • sensory teploty a vlhkosti komory;
  • oběhový ventilátor;
  • filtr ventilátor;
  • podsvícení;
  • tlačítko dveří;
  • senzor víka;
  • servo tlumidla;
  • oddělený modul s měřítkem zátěže;
  • dodatečný OLED nebo RFID;
  • nouzový vstup, který je pohodlnější směrovat blízko zařízení.

Tento přístup je vhodný, když by mělo zařízení být součástí Klipperu, nikoli samostatná Wi-Fi krabička.

MCU přístup nebo samostatný kontrolér

Existují dvě různé cesty.

MCU v Klipperu:

  • zařízení je řízeno z printer.cfg;
  • piny jsou viditelné Klipperu;
  • můžete použít existující sekce jako fan_generic, temperature_sensor, heater_generic, output_pin;
  • stav je viditelný v rozhraní Klipperu;
  • komunikace s hostem je povinná.

Samostatný kontrolér:

  • zařízení si dělá vlastní rozhodnutí;
  • může mít Wi-Fi, webové rozhraní, MQTT;
  • nemusí záviset na tiskárně;
  • vyžaduje vlastní firmware a bezpečnostní logiku;
  • se nepřipojuje jako normální [mcu] v Klipperu.

ESP32 je často dobrý na samostatné Wi-Fi zařízení. RP2040 a STM32 jsou často pohodlnější jako drátový MCU v Klipperu.

USB, UART a CAN

Komunikace mezi hostem a MCU může být různá.

USB — nejběžnější a jednoduchý na jednu nebo dvě desky blízko hostu. Pohodlný na Pico, desky STM32 a mnoho desek tiskáren.

UART — sériová komunikace přes oddělené piny TX/RX. Může být užitečný na některých deskách, ale vyžaduje opatrné připojení úrovně, zem a rychlosti.

CAN — pohodlný pro vzdálené moduly, desky hlav nástrojů a stabilnější drátovou architekturu. Ale CAN vyžaduje podporovaný mikrokontroleér, CAN transceiver, správnou sběrnici, terminátory a nastavení rozhraní Linuxu.

Na první dodatečný kontrolér je USB obvykle jednodušší. CAN má smysl, když je skutečný důvod: delší zapojení, více uzlů, deska hlavy nástrojů nebo existující infrastruktura CAN.

MCU nechrání sekci napájení

Důležité: přidání MCU neučiní zátěž bezpečnou.

Pokud MCU řídí ventilátor, topidlo nebo SSR, stále potřebujete:

  • správný spínač napájení;
  • správné napájení;
  • vodiče a svorky na proud;
  • pojistku;
  • nezávislou tepelnou ochranu topidla;
  • bezpečné pouzdro;
  • ověření chování, pokud komunikace bude ztracena nebo je host vypnut.

Pokud hostitel ztratí komunikaci s MCU, Klipper může systém vypnout, ale nenahrazuje hardwarovou ochranu. Topidlo by mělo být navrženo tak, aby selhání firmwaru, senzoru, SSR nebo komunikace nevedlo k nebezpečnému režimu.

Co zkontrolovat před výběrem MCU

Před nákupem desky na MCU Klipperu zkontrolujte:

  • zda je mikrokontroleér podporován Klipperem;
  • zda existuje hotová konfigurace nebo pokyny pro desku;
  • která metoda komunikace je potřebná: USB, UART nebo CAN;
  • jak se deska nahraje;
  • zda máte dost GPIO, ADC, PWM, I2C, SPI, UART;
  • které piny jsou skutečně exponované;
  • jaká logika GPIO: obvykle 3.3V;
  • zda jsou potřebné drivery/MOSFET/SSR na zátěž;
  • zda je dokumentace na napájení a rozložení pinů;
  • co se stane, pokud komunikace s MCU bude ztracena.

Na první dodatečný MCU je obvykle jednodušší vybrat RP2040/Pico nebo známou desku STM32 s jasnými pokyny.

Běžné chyby

  • myšlenka, že MCU obsahuje veškerou logiku Klipperu;
  • plení si host a MCU;
  • přidání [mcu chamber], ale pak zadání pinů bez předpony chamber:;
  • převzetí pinu z něčího rozložení pinů;
  • nahrání špatného typu mikrokontroléru v make menuconfig;
  • nekontrolování offsetu bootloaderu a metody nahrávání desky;
  • používání nestabilního USB kabelu;
  • připojení 5V na 3.3V vstup;
  • napájení zátěže z GPIO;
  • myšlenka, že softwarové vypnutí nahrazuje pojistku a tepelnou pojistku.

Klíčové body

V Klipperu je MCU deska, která fyzicky ovládá piny, a host plánuje a koordinuje práci. Dodatečný MCU vám umožní rozšířit systém a přesunout periferie blíž k zařízení.

Na úlohy podobné iDryer je to pohodlné na ventilátory, sensory, filtry, podsvícení, tlačítka a některé pohony. Ale sekce napájení a bezpečnost topidla zůstávají samostatným hardwarovým úkolem.

Související materiály