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Aufbau der Steuerelektronik – Teil 1

Der Aufbau der Steuerelektronik ist für viele Neulinge auf dem Gebiet des 3D-Drucks eine gewisse Herausforderung. ich spreche hier natürlich die Puristen an, die sich ihren Drucker komplett selbst zusammenbauen.

Die Teile für den Drucker kommen dabei meist aus den unterschiedlichsten Quellen. Egal ob nun im großen Internetshop oder über ebay der Einkauf stattfindet: Der Zusammenbau muss wieder im Internet oder bei Freunden gelernt werden. Bevor ich gerade mit diesem Artikel angefangen habe, habe ich noch schnell eine kleine Recherche über google gemacht. Speziell der Zusammenbau der Elektronik ist nicht so leicht zu finden. Ich habe mir damals auch mein Wissen über diverse Internetseiten zusammengesucht. Vielleicht schaffe ich es ja mit dieser Anleitung  verständlich und nachvollziehbar den Aufbau und die Programmierung zu beschreiben. Ich bediene mich dabei der Teie, die ich sowohl selbst benutze als auch hier oder per ebay verkaufe.

Und das sind die Einzelteile:

arduino

Arduino MEGA 2560 oder ein Clone davon

ramps

Ein RAMPS 1.4 mit Steckern und Jumpern

schrittmotortreiber

Ein Schrittmotortreiber mit Kühlkörper

Klebestreifen

Kleber um den Kühlkörper auf den Schrittmotortreiber aufzukleben

Bei allen Arbeiten mit der Elektronik ist immer darauf zu achten, dass sich keinerlei statische Aufladung übertragen kann. Wenn am Arbeitsplatz öfters mal ein Funke überschlägt, weil man vorher mit den Pantoffeln über den Teppich gelaufen ist, ist das eine denkbar schlechte Vorraussetzung für solche Arbeiten. Die Teile können schnell deswegen zerstört werden. Wenn sich eine geerdete Lampe am Arbeitsplatz befindet, reicht es in der Regel aus, zum Beispiel den Metallschirm der Lampe kurz anzufassen, um die statische Aufladung los zu werden. Weiter Tips für Arbeiten an elektronischen Schaltungen findet man im Internet. Das wüde hier zu weit führen ….

Auf der RAMPS-Platine ist eine Besonderheit zu beachten, wenn man die Elektronik über verschiedene Anschlüsse mit Strom versorgen will. Das wird insbesondere dann wichtig, wenn die Elektronik nicht über einen PC per USB angeschlossen wird, sondern mit einer Displayelektronik gesteuert werden soll. In diesem Fall wird das Arduino-Board nicht per USB mit Strom versorgt. Das muss in diesem Fall über die 12V-Leitung am RAMPS erfolgen. Die RAMPS-Platine muss dafür aber an einer bestimmten Stelle mit einer Diode bestückt sein. Auf dem folgenden Bild ist die Lage und Einbaurichtung der Diode zu erkennen:

Besonderheit D1

Im unteren Teil der Platine in der Mitte ist im Bild die betreffende Diode (D1) mit einem grünen Kasten umrandet und mit einem grünen Pfeil gekennzeichnet. Nur wenn diese Diode vorhanden ist, kann die Elektronik sowohl mit USB als auch über den 12V-Anschluss auf dem RAMPS betrieben werden. Es dürfen selbstverständlich auch beide Anschlüsse vorhanden sein. Die Elektronik weiß dann selbst, welche Versorgung sie nehmen soll. Sollte eine Nachbestückung notwendig sein, muss eine Diode vom Typ 1N4004 benutzt werden.

In jedem Fall tabu ist für unsere Anwendung die Anschlussbuchse auf dem arduino-Board, die im folgenden Bild rot durchgestrichen ist. Nicht benutzen !!!

Versorgung arduino

Bevor ich jetzt auf die Spezialitäten des RAMPS 1.4 eingehe, möchte ich noch auf das englischsprachige Wiki verweisen. Hier wird auch alles sehr gut erklärt. Schaltpläne, Bestückungspläne und Hintergrundwissen sind dortzu finden.

Der zentrale Zweck des RAMPS-Shields ist es, eine Verbindung zwischen der Prozessorlogik des arduino und der Hardware, wie zum Beipiel Schrittmotoren, Heizungen und Sensoren, herzustellen. Der Begriff Shield hat sich in diesem Zusammenhang eingebürgert, weil die Funktionsplatine wie ein Schutzschild auf das arduino-Board aufgesteckt wird.

Auf dem RAMPS werden nun zunächst die Jumper für unsere Schrittmotoren gesetzt. Die Steckplätze sind im folgenden Bild grün umrandet dargestellt.

ramps Jumper

Es gibt Steckplätze für 5 Schrittmotortreiber und deshalb muss man auch fünf mal die Schrittweite einstellen. Die Steckplätze der Jumper werden von link nach rechts jeweils mit MS1, MS2 und MS3 bezeichnet. Gemäß folgender Tabelle wird für A4988-Treiber die Schrittweite (Microstepping) eingestellt:

MS1 MS2 MS3 Schrittweite
0 0 0 1 -> Vollschritt
x 0 0 1/2 -> Halbschritt
0 x 0 1/4 -> Viertelschritt
x x 0 1/8 -> Achtelschritt
x x x 1/16 -> Sechzehntelschritt

Beim höherwertigen DRV8825-Treiber von Pololu sind noch mehr Möglichkeiten gegeben:

MS1 MS2 MS3 Schrittweite
0 0 0 1 -> Vollschritt
x 0 0 1/2 -> Halbschritt
0 x 0 1/4 -> Viertelschritt
x x 0 1/8 -> Achtelschritt
0 0 x 1/16 -> Sechzehntelschritt
x 0 x 1/32 -> Zweiunddressigstelschritt
0 x x 1/32 -> Zweiunddressigstelschritt
x x x 1/32 -> Zweiunddressigstelschritt

Da nahezu alle Konfigurationen im 3D-Druckerbereich von 1/16-Mikrostepping ausgehen, rate ich dazu, dies auch beim Aufbau einzustellen. Das heißt:

Beim A4988 werden alle Jumper gesteckt.

Jumper A4988

Beim DRV8825 wird nur der rechte Jumper gesteckt. Mitte und Links bleiben frei.

Jumper DRV8825