CNC Drawing Machine Firmware
Projekt jest maszyną CNC do rysowania z dwoma silnikami NEMA17 sterowanymi przez DRV8825 na płytce CNC shield, ESP32 WROOM, serwomechanizm do pisaka, wyświetlacz LCD I2C 2x16, karta SD, 3 przyciski (Up/Down/OK). Celem jest kompletny firmware: przeglądanie plików GCode na karcie SD, drukowanie z podglądem postępu, regulacja prędkości podczas druku, tryb komend przez UART.
Działanie
- Start normalny: lista plików .gcode/.nc z karty SD, Up/Down przewija, OK rozpoczyna druk
- Podczas druku: Up/Down zmienia prędkość (0.5x–2.0x), OK → dialog przerwania
- Boot z wciśniętym OK (2s): tryb UART — wysyłaj GCode przez monitor (G1 X50 Y30 F1000, G28, M3/M5)
Elementy
- Moduł deweloperski ESP32
- Dwa silniki krokowyme NEMA17
- Sterownik A4988 DRV8825,
- Sterownik silnika krokowego DRV8825
- Serwo do opuszczania pisaka.
- Moduł karty SD
- LCD I2C 2x16
- 3x przycisk Up/Down/OK
include/config.h parametry dostosowalne przez użytkownika
- WORKSPACE_WIDTH_MM, WORKSPACE_HEIGHT_MM — pole robocze
- STEPS_PER_MM_X, STEPS_PER_MM_Y — zależne od mikrostepowania DRV8825
- SPEED_DEFAULT_MM_S, SPEED_MIN_MM_S, SPEED_MAX_MM_S — prędkości
- SPEED_MULT_MIN/MAX/STEP — zakres regulatora prędkości (0.5x–2.0x)
- ACCEL_MM_S2 — przyspieszenie AccelStepper
- SERVO_ANGLE_UP, SERVO_ANGLE_DOWN — kąty pisaka (nacisk)
- SERVO_SETTLE_MS — czas oczekiwania po ruchu serwa
Wszystkie numery pinów GPIO
- LCD_I2C_ADDR, LCD_COLS, LCD_ROWS
- SD_MAX_FILES, FILENAME_MAX_LEN
- DISPLAY_UPDATE_MS, BUTTON_DEBOUNCE_MS, BOOT_HOLD_MS
- Enum AppState i struct GCodeLine, PrintStatus
Przypisanie pinów (domyślne, zmieniane w config.h)
Sygnał GPIO
- X STEP 26
- X DIR 27
- Y STEP 14
- Y DIR 12
- STEPPER ENABLE 13
- SERVO 25
- SD CS 5
- LCD SDA 21
- LCD SCL 22
- BTN UP 32
- BTN DOWN 33
- BTN OK 4
Uwaga: GPIO12 to strapping pin — DRV8825 DIR ma wysoką impedancję przy braku sygnału, więc nie powinien przeciągać pinu podczas bootu. Jeśli problemy — zmienić na inny pin.
Do skonfigurowania przed użyciem w config.h:
- STEPS_PER_MM_X/Y — zależy od mikrostepowania DRV8825 (jumperów na shield)
- SERVO_ANGLE_DOWN — kąt nacisku pisaka (kalibracja mechaniczna)
- PIN_* — jeśli CNC shield używa innych pinów niż domyślne
- LCD_I2C_ADDR — sprawdzić 0x27 lub 0x3F (zależy od modułu LCD)
include/config.h
PIN_LIMIT_X = 34, PIN_LIMIT_Y = 35 (GPIO input-only, idealne dla krańcówek) HOMING_DIR_X = -1, HOMING_DIR_Y = -1 — silniki jadą w kierunku ujemnym do lewego górnego rogu HOMING_SPEED_MM_S = 20, HOMING_BACKOFF_MM = 2 — cofnięcie po wyzwoleniu Pole robocze: 297 × 210 mm (A4 poziomo)
otowe. Podsumowanie geometrii w kodzie:
Fizyczna maszyna Pole robocze (GCode) ───────────────── ─────────────────────────────── Prawy górny (HOME) ────→ (0,0) = lewy górny = START Lewy górny ────→ (297, 0) = prawy górny Prawy dolny ────→ (0, 210) = lewy dolny Lewy dolny ────→ (297, 210) = prawy dolny = koniec Sekwencja homingu: silniki jadą w kierunku HOMING_DIR = +1 (dodatni krok AccelSteppera) → po wyzwoleniu obu krańcówek = pozycja (0,0) → maszyna gotowa do drukowania od lewego górnego rogu.
Jeśli przy homingu silnik jedzie w złą stronę (od krańcówki zamiast do niej): zmień HOMING_DIR_X lub HOMING_DIR_Y na -1 w include/config.h.
Kompilacja OK. Co zostało dodane:
Nowy stan AppState::ERROR — wyświetla błąd na LCD, OK wraca do listy plików.
Wykrywane błędy:
Sytuacja Komunikat Nie można otworzyć pliku Blad odczytu SD / Nie otwarto pliku Plik istnieje ale jest pusty Blad pliku / Plik jest pusty Karta SD odłączona w trakcie druku Blad karty SD / Utracono plik Współrzędne GCode poza polem roboczym Blad GCode / Poza polem rob. Zachowanie: po każdym błędzie silniki są zatrzymywane i pisak unoszony (abortPrint()), a wciśnięcie OK przywraca listę plików (z ponownym odczytem z karty SD, gdyby karta była wymieniona).
ESP32 ma wbudowane WiFi — dodajemy asynchroniczny serwer HTTP, który serwuje stronę WWW do zarządzania maszyną bez fizycznego dostępu: upload plików .gcode, przeglądanie listy, start/stop druku, podgląd postępu. Eliminuje konieczność wyjmowania karty SD.
Najważniejszy wybór: ESPAsyncWebServer (nie wbudowany WebServer.h), bo callbacks HTTP działają w osobnym tasku FreeRTOS (Core 0), dzięki czemu motion_run() w loop() nie jest nigdy blokowany przez request HTTP ani upload.
Co zostało zaimplementowane Serwer HTTP na porcie 80 (ESPAsyncWebServer — nie blokuje loop() ani silników):
URL Metoda Funkcja / GET Strona WWW (PROGMEM) /api/status GET JSON: stan, plik, postęp, prędkość /api/files GET JSON: lista plików .gcode z SD /api/print POST Start druku — file=nazwa.gcode /api/stop POST Zatrzymanie druku /api/upload POST Upload pliku .gcode na kartę SD Strona WWW (działa z telefonu/laptopa, offline, bez CDN):
Status druku z paskiem postępu, aktualną prędkością Lista plików z przyciskami "Drukuj" Upload z paskiem postępu Przycisk "Zatrzymaj druk" Polling co 1 sekundę Sekwencja startu:
Próba połączenia z WIFI_SSID (10s timeout) Sukces → LCD "WiFi STA: 192.168.x.x" Brak sieci → fallback AP mode → LCD "WiFi AP: 192.168.4.1" Konfiguracja — zmień w include/config.h:
#define WIFI_SSID "NazwaSieci" #define WIFI_PASSWORD "Haslo"