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[教程] 跟着思兼学习Klipper(11)3D 打印机主板拓展更多轴和可控风扇

本帖最后由 pATAq 于 2022-2-24 09:25 编辑

前言

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Fly3D Gemini 主板越用越顺手，新版本可能会采用 SDIO 板载 WiFi 模块，减去那个突兀的 USB 无线网卡，美滋滋。现在的问题就是默认只支持 4 个步进电机驱动，2路可控风扇，而实际上除了小体积的 Voron V0 等机型，多数玩家的机器都是双 Z 轴以上，至少 3 个可控风扇（模型、喉管、主板+驱动）来降低噪音，初始配置远不够用，继而导致 Gemini 的普及受到限制。虽然官方会出新的拓展板，但是貌似是采用一块额外的 MCU 小主板、或者 CAN 通讯的挤出头板来缓解这一问题，那我们有没有办法提前低成本解决这一问题呢？答案是肯定的，就是我在互联网冲浪的时候，发现了 MKS 的两款产品：

【图1】MKS EXP-MOT3 主板驱动拓展模块和插拔式3路风扇扩展模块

本文介绍如何在 Gemini 以及其他兼容 Ramps EXP1、EXP2 拓展插槽的 3D 打印主板上使用多种模块，拓展驱动以及利用富余的插槽。

1、使用 EXP-MOT3 驱动拓展模块

我们知道，MKS 和 Fly3D 多数主板都有 EXP1、EXP2 插槽，兼容最早的 Arduino ramps 3D打印机盾板的引脚定义，此引脚常用于连接 12864 或者 2004 LCD屏幕。

【图 2】ramps 引脚定义，注意有 5v (AVR) 和 3.3v (32bit boards) 区别，以及 KILL 信号引脚空置和连接 5V (MKS) 的区别。所以各位购买拓展模块时，建议购买同一厂家。

1.1 EXP 槽口方向区别与排线购买

由于 MKS 历史遗留问题，其主板该拓展插槽槽口方向和 Fly3D 相反，导致两者的模块都无法直接使用。

那么如果想要使用该拓展模块，临时使用可以把 FC 灰排线一头凸点切掉，正常需要购买对应排线。我们用表笔测得 MKS 为 10P 同向凸点相反的排线，由于 Fly3D 和 MKS 顺序相同槽口相反，所以我们需要购买的排线规格为【同向凸点相同（朝内或朝外）】或者【反向凸点相反】，第二种更灵活。同时由于 SPI 信号为独立的，可以尝试购买 30cm 长的，方便连接屏幕。

10P
【同向凸点相同（朝内或朝外）】或者【<u>反向凸点相反</u>】
30cm

1.2 EXP-MOT3 模块接线

该拓展模块原理图及引脚图可以在 MKS Github 项目页面找到。

我们发现如下几个细节：

需要额外的 12/24V 供电，和主板共地
提供两路常开 VCC 输出
默认无法使用 SPI 通讯的步进电机驱动，如 TMC2130、TMC5160，需要额外引入 SPI 的 MISO/SCK/MOSI 信号脚，CS 则和 UART 脚通用
EXP1全部引出用于步进电机的 EN、DIR、STEP 引脚，其中三个电机 EN 共用 BEEPER 脚。同时注意 Gemini v1.0 的 BEEPER 引脚是空置的，此时 EN 悬空，保持使能状态。v1.1 则没有此问题
注意：
我们知道通常 EXP2 的 1、2、6 引脚通常连接在主芯片的硬件 SPI 脚上，这里 MKS 选择空置不引出，询问技术后得知是“因为有些主板的 SPI 跟 RAMPS 不一样”，为了兼容更多主板。
虽然提高了兼容性，但是需要独立的 SPI 信号输入，对于没有其他 SPI 的主板，反而造成了麻烦。
如果后续利用该硬件 SPI 引脚，则建议购买 10cm 以内的排线，减少阻抗和信号干扰。
建议驱动和主板对应，因为不同驱动的 UART 引脚顺序有区别，特别注意 Fysetc 的。

1.3 EXP-MOT3 配置文件

基于我的 Klipper-Box 项目配置文件格式，直接添加到主板配置文件中的引脚部分。

[board_pins]
aliases:
    # Stepper drivers, Defalut X-Y-Z-E
    MOT0_EN=PB2,   MOT0_STEP=PC13,  MOT0_DIR=PC1,  MOT0_UART=PB11,  # MOTOR_X
    MOT1_EN=PD2,   MOT1_STEP=PC14,  MOT1_DIR=PC4,  MOT1_UART=PB9,   # MOTOR_Y
    MOT2_EN=PC12,  MOT2_STEP=PC15,  MOT2_DIR=PC5,  MOT2_UART=PB8,   # MOTOR_Z
    MOT3_EN=PC11,  MOT3_STEP=PC3,   MOT3_DIR=PC8,  MOT3_UART=PB7,   # MOTOR_E0

    # 请添加以下部分引脚定义
    # Extended Stepper drivers | MKS EXP-MOT3
    eMOT1_EN=EXP1_1,  eMOT1_STEP=EXP1_3,  eMOT1_DIR=EXP1_4,  eMOT1_UART=EXP1_2,   # eMOTOR_1
    eMOT2_EN=EXP1_1,  eMOT2_STEP=EXP1_5,  eMOT2_DIR=EXP1_6,  eMOT2_UART=EXP2_3,   # eMOTOR_2
    eMOT3_EN=EXP1_1,  eMOT3_STEP=EXP1_7,  eMOT3_DIR=EXP1_8,  eMOT3_UART=EXP2_5,   # eMOTOR_3

这里使用 Fysetc TMC2209 v2 步进电机驱动，测试效果如下：

ext_mot

2、插拔式3路风扇扩展模块

一下子多了 3 个可控 MOS 输出，上位机、仓室风扇有着落了，美滋滋，一般低于 1A 以下的负载问题都不大（本人不对此负责）。

可见 3 个控制脚分别是 EN/STEP/DIR，采用的 MOSFET 型号为 CJ3400。示例配置如下：

[fan] #        Print Cooling Fan | 模型冷却风扇
# 可由切片软件控制
pin: eMOT1_EN
kick_start_time: 0.500

[heater_fan hotend_cooling_fan] # Hotend cooling fans | 喉管散热风扇
# 根据挤出头温度自动启停
pin: eMOT1_STEP
kick_start_time: 0.500
heater_temp: 50.0 # 默认读取挤出头温度，设置 50℃ 开关
fan_speed: 0.5 # 设置风扇转速，max_power:咋回事

[controller_fan board_cooling_fan] # Controller cooling fan | 主板散热风扇，支持风扇速度监控
# 对应的挤出头开始加热或者步进电机运动后自动启停，可用于主板+驱动散热
pin: eMOT1_DIR
kick_start_time: 0.500
fan_speed: 1.0
# tachometer_pin:  # 四线风速监测引脚，可选