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[教程] 跟思兼学Klipper(22)稳中求胜: 工业级 Fysetc Spider King 简要记录

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稳中求胜:工业级的 Fysetc Spider King 简要观察记录

前言

本文感谢富源盛 (Fysetc) 赞助的 Spider King 主板。最初接触8轴主板就是当时买的 mks monster8 v1 和三叉戟自带的 spider v1.1。后来关注 fys 的 mix 二合一主板,期望很高,实际情况有很大落差,这次交流之后也解开了一些既往的困惑。每家 3D 打印机主板制造商都有其设计思路,可以从产品上反映出来,"阅读一本书,就像是和作者对话",在仔细了解一个硬件的同时,也会有这种感觉。

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【KlipperBoxConfigs 配置文件数据库】已加入 fys-spiderking-407 主板支持,提供引脚定义文件和一键编译、升级固件功能。

原创文章,转载引用请务必注明链接,水平有限,如有疏漏,欢迎指正交流。

文章如有更新请访问 DFRobot 社区 或者 cnblogs 博客园

欢迎对 Klipper 固件,以及对改版 CNC 加工的 Voron 三叉戟、v0、v2.4 感兴趣的朋友加群交流(QQ Group:490111638)

为了方便,我们约定:Spider King 使用 SKing 缩写,四轴BIG5160插槽简称大4槽,四轴普通插槽简称小4槽。

0、文档资料

开箱视频可以移步 《富盛源FYSETC 蜘蛛王主板开箱视频》by 恶化《开箱FYSETC-SPIDER-King 3D打印机10轴主板 支持4路6A 6路3A 可更换核心》。还有饼子的 《给蜘蛛king上十个电机摇一摇》。我就写点别的吧。

1、外观对比

尺寸:177*108mm,整体要比 mks monster8 和 btt octopus 略大一圈,属于富源盛家的旗舰级产品。各主板对比图前文有,主要是 mcu核心板、板子中间的隔离模块以及 BIG5160 驱动插槽比较占地方。

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2、硬件规格及备注

2.1 核心亮点

  • 可更换式控制核心板设计
  • 工业级标准设计,高压外设信号全隔离,给核心板最好的保护
  • 10轴驱动系统,支持 4 轴强力驱动(支持 BIG5160 驱动,最大 55V@6A)

2.2 接口概览

  • 10轴驱动接口,其中4路支持高压
  • 5路可控可调压风扇,其中2路可调压 4Pin PWM 调速风扇
  • 6路热敏接口,全部支持PT1000
  • 6路加热接口,每路都独立供电
  • 6路限位开关接口
  • 1个接近开关、1个BLtouch接口
  • 带隔离的 CANBus 接口
  • 无独立的断料检测、断电检测、打完关机模块接口
  • EXP1、EXP2、EXP3 拓展接口
  • 树莓派 26Pin 连接器
  • ESP32WiFi 模块接口,配模块
  • 1个独立RGB接口
  • TMC5160 编码器引脚(ABN)

2.3 可更换的控制核心板设计

将 mcu 做成模块,可以 独立使用,包括 boot0、reset,下载引脚等。

这种设计官方介绍是可以方便更换、升级核心,也就是核心板 + 底板的模式,比较灵活。比如升级到 STM32H7 核心以获得更高的性能。

问题来了:

  • 不同核心板之间,有多大差异吸引玩家去更换,价格?巨大性能提升?
  • 核心烧了,方便更换而不用整块主板更换。但是在这块保护超足的主板上,这种情况几乎很难发生
  • 核心可以匹配不同功能的底板,裁剪或者丰富功能

目前只有 F407 核心板,万里长征第一步,这种设计还是挺新颖的。

2.3.1 STM32F407 核心板

出厂自带 RepRapFirmware (RRF) 固件。短接跳帽从USB启动,显示设备为

Bus 001 Device 005: ID 16c0:27dd Van Ooijen Technische Informatica CDC-ACM class devices (modems)

板载一个 reset 按钮和 FLASH 指示灯,短接 boot03.3v 进入 dfu 模式可以烧录固件(此时 FLASH 灯亮起)。

注意,使用usb供电时,SKing 主板上的 5V 灯不亮,应该是采用了隔离的缘故。正式安装使用时,拔掉 5V USB 供电跳帽。

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2.4 保护电路子系统

【5000V全IO隔离】采用工业级标准设计,板载大功率隔离电源,<u>控制核心板</u><u>所有高压外设</u> 隔离,就像开启多重影分身的鸣人多方位无死角呵护着雏田。

  • 高压输入信号:海凌科 Hi-Link URB2405YMD-20WR3 | DCDC 隔离宽电压输入模块电源
  • 步进电机驱动:川土微-Chipanalog CA-IS3741HW | 四通道标准数字隔离器
  • CANBus:金升阳-Mornsun TDH541SCANH | 带隔离电源的CAN收发器,信号传输速率高达1兆位每秒(Mbps)
  • MOSFET 输出保护
  • 6N137 光电耦合器

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你就说这样稳不稳吧。

2.5 10 轴驱动系统

驱动供电分为两部分,是独立分开供电的,与 Octopus 设计不同:

  1. 6路最大 35V@3A 的驱动插槽
  2. 4路最大 55V@6A 的强力驱动插槽,支持 57 步进电机

2.5.1 供电与电压选择

前文介绍了 Octopus 的方案,全部 10 轴都支持高压供电,且可以使用跳帽来选择电压,当都使用主板供电时,可以不接独立驱动供电。

而 SKing 则采用 4+6 <u>分开独立供电</u> 的方式,想要使用 4 轴需要额外供电,此 4 轴支持 12-55V 供电。6 轴支持 12-28V 供电。6路传统模式没太多说的,讲讲 4 路强力驱动。

2.5.2 四路强力驱动插槽

由于没有电压选择功能,此 4 路供电相同:

  • 当使用 48V 供电时,支持 QHV5160 和 BIG5160驱动
  • 当使用 24V 供电时,支持 QHV5160、 BIG5160 和 TMC2209 v4.0 驱动。理论上也能使用其他驱动的StandAlone 模式,或者焊接背面焊盘手动设置 SPI/UART 通讯来连接 TMC2208 等驱动。

目前 TMC2209 v4.0 和 BIG5160 都是搭配主板售卖,尚未零售。

image-20230308135439999

带来的问题

我们规划 3D 打印机运动部分时,常规可能会选择 X/Y 电机使用 TMC5160 高压驱动,那么剩下两个驱动插座就不能接 TMC2209 使用,浪费了两个插座。除非各轴都使用 TMC5160 高压或者像 K3/VzBot 那样 X/Y 使用四个电机的情况,总的来说,可能带来浪费插座的情况,当然,10轴本身大多数情况下是冗余备份设计,使用上并无大碍。

此外注意4轴使用端子座而不是 XH2.54 连接电机,适配更大电流。

2.5.3 预留 TMC5160 编码器引脚

观察主板时我们发现4小槽无限位归零那里有4个引脚,而不是传统的2个引脚,对照引脚图和TMC5160驱动可知,此为连接 ABN 编码器使用,期待未来更多相关信息和模块。

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ABN编码器接口:TMC5160可以外接增量式编码器,编码器不仅用于失步的判断,还可实现运动控制器的归零功能(替代参考开关)。可编程预分频器设置编码器分辨率以适应电机分辨率。TMC5160内部包含一个32位编码器计数器。

进一步阅读资料:

  1. TMC5160控制/驱动IC 让步进电机性能更强大

  2. TMC5160和TMC2160的使用

  3. 基于TMC5160StallGuard2实战案例分享 | 关于无限位归位参考

  4. 数据手册 第13页

    image-20230305162223315

2.5.4 自动识别 TMC 通讯模式

此功能通过 STC 单片机(宏晶 STC8G1K08A | SOP8 STC8G1K08 系列1T8051)实现。目前仅支持三款驱动:

  • FYS TMC2209 v4.0
  • QHV5160 v2.0
  • BIG5160

插入上述驱动,在配置文件中设置即可可以自动识别 SPI/UART/Standalone 三种模式。

使用不支持自动识别的其他驱动

想要使用其他驱动需要短接如下焊盘来手动指定 SPI 或是 UART 模式,对于非 Fysetc 的驱动,注意检查驱动通讯引脚,不同厂家的 TMC 驱动 UART 引脚顺序可能有所不同。

我希望能有独立的跳帽来选择更方便,但是得到反馈是板子上空间不够了。

2.6 树莓派 26Pin 连接器

众所周知啊,除了初版树莓派,现在都是 40-Pin 了,所以官方配套一根 26-Pin 的排线,我这恰巧没有。查看原理图可知引出了三部分功能:

  1. 为上位机反向供电
  2. UART 通讯连接上下位机/ESP32
  3. SPI总线通讯连接上位机/ESP32无线模块/下位机主板(PB12-15,spi2),不用的设备 CS 要不要拉高避免干扰

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这里的 SPI 用于 RRF固件,不过既然是总线通讯,也可以引出一路用于连接加速度计(连接到上位机、下位机都可以),当然,现在更推荐使用 USB-ADXL345 模块了。相信此 SPIBus 未来还有更多其他用途。

当然了,不止能插树莓派,只要是 40Pin 兼容的开发板都可以使用,比如香橙派等。甚至单独使用这些引脚也是可以的,比如使用 USB-TTL 模块连接 UART 引脚。

2.7 硬件接口备注

  • 文档错误,板载没有测试 LED 灯与 WS2812 控制引脚 PD3 相连

  • BIG5160 驱动丝印印刷有瑕疵,且没有标明方向,与 2209 驱动和主板丝印相反,安装时务必注意 <u>不要装反</u> 了,这么高电压,相信场面一定很刺激。

  • EXT-5V 用于输出,给高功率灯带等设备用的

  • PT1000 上拉电阻是 4k7 与 Octopus 不同

  • 核心板上有 24LC32(4K EEPROM) 存储,估计是 Marlin 固件使用

  • 发热部分集中散热的设计,不知道在哪,有条件的朋友可以用热成像仪测试下,怀疑在中间

  • 随机附送一个 ESP32 模块,且有一个烧录 USB 接口很不错,其实可以采用零售的方式降低成本,毕竟越来越多的人不选择 RRF 固件了

  • 接近开关可选 5v/24v 电压

  • 支持12cm风扇直接固定散热,买个可调速的 12v PC 风扇,有静音又凉快

  • 拓展接口丰富,支持 EXP1 和 EXP2 Ramps 接口,及 EXP3-Duet 串口屏接口,当然也可以转为他用

  • 这个地方是正常的

    image-20230308160815466

  • 限位开关电压选择

    • 默认情况下,1和2连接,6个IO接口电压都是3.3v
    • 0/1/2支持24v,3/4/5支持5v,如需如此则切断1/2,焊接2/3。

3、固件编译与烧录

编译参数:STM32F407,8M,32KB。

image-20230308022608082

3.1 SD 卡刷

下载 klipper.bin 并重命名为 firmware.bin 拷贝到格式化为 FAT32 文件系统的 SD卡中插入主板,断电或者按下RESET按钮,稍等片刻20s左右即可完成烧录,之后文件名称会变成 FIRMWARE.CUR

3.2 DFU 线刷

  1. 按住boot0按钮,再按下reset按钮,稍等片刻设备进入DFU烧录模式

    cd ~/klipper
    sudo dfu-util -p 1-1 -R -a 0 -s 0x08008000:leave -D out/klipper.bin
  2. (推荐)如果系统已经烧录了新版 Klipper 系统,则无需使用boot0按钮即可自动进入dfu模式,编译后直接烧录

    cd ~/klipper
    make flash FLASH_DEVICE=/dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32f407xx_fys-sking-407-if00
  3. 注意dfu烧录固件并不会破坏sd卡升级功能

4、Klipper 的 mcu 性能测试

虽然 Sking 的高性能 STM32H7 核心模块还没发布,但是我很想知道 F407 和 H723 性能对比如何。传统的有 coremark 等测试程序,这里我们想看看 klipper 相关的性能对比。查阅 Klipper 文档,可知 Klipper 目前有上位机性能测试、下位机性能测试、命令传输性能测试。本次我们关注下位机性能测试,剩下的下次再说。

官方提供的方法,与 mcu 直接通讯,基础知识见前文:跟着思兼学习Klipper(21)新一代全能选手: Octopus Max EZ 简要使用记录

4.1 Step Rate Benchmark Test | 理论测试

Klipper 默认将 Gcode 命令转换为机器语言,当然我们也可以直接与下位机主板通讯。这与 /tmp/printer 不同。参考文档包括:

这里的 Step rate benchmark test 用于mcu 同时控制一个或多个步进电机,发出运动指令,逐渐降低每个指令之间的间隔,找到 mcu 能负担的最小间隔,通过换算得到单位时间内步进电机控制性能,反映 mcu 的性能。直观就是 STM32 32位处理器要比 mega2560 能支持的打印速度更快。

image-20230308144527660

【不同 mcu 性能对比】Source:klipper3d.org

注意:

  • 因为它真的会控制电机移动,请不要实机测试或者使用其他不用的引脚,比如 led 等。
  • 文档中写的比较容易令人困惑,重新整理如下
## 使用 console.py 连接 mcu,注意设备号
## 支持canbus连接:~/klippy-env/bin/python ~/klipper/klippy/console.py -c can0 1b93bb79de21
sudo systemctl stop klipper
~/klippy-env/bin/python ~/klipper/klippy/console.py /dev/serial/by-id/usb-Klipper_stm32f407xx_fys-sking-407-if00

## 屏蔽干扰信息, [stats] 可以改成其他关键字
SUPPRESS stats

## 初始化H723/F407,定义指定数量对象,选择合适的步进电机引脚(step/dir_pin).以下内容直接复制黏贴,使用 shift+insert 黏贴,ctrl+c 在 Linux 下是退出
## 文档中有不同 mcu 的参考引脚配置,多数情况下可以直接使用
allocate_oids count=3
config_stepper oid=0 step_pin=PE9 dir_pin=PD3 invert_step=-1 step_pulse_ticks=0
config_stepper oid=1 step_pin=PA15 dir_pin=PA8 invert_step=-1 step_pulse_ticks=0
config_stepper oid=2 step_pin=PE2 dir_pin=PE3 invert_step=-1 step_pulse_ticks=0
finalize_config crc=0

## 设置变量,开始时间start_clock 和 次数ticks
## 定义三个电机,0 1 2。也可以只定义单个电机
## 下面代码段同样整段直接复制黏贴

SET start_clock {clock+freq}
SET ticks 10
reset_step_clock oid=0 clock={start_clock}
set_next_step_dir oid=0 dir=0
queue_step oid=0 interval={ticks} count=60000 add=0
set_next_step_dir oid=0 dir=1
queue_step oid=0 interval=3000 count=1 add=0
reset_step_clock oid=1 clock={start_clock}
set_next_step_dir oid=1 dir=0
queue_step oid=1 interval={ticks} count=60000 add=0
set_next_step_dir oid=1 dir=1
queue_step oid=1 interval=3000 count=1 add=0
reset_step_clock oid=2 clock={start_clock}
set_next_step_dir oid=2 dir=0
queue_step oid=2 interval={ticks} count=60000 add=0
set_next_step_dir oid=2 dir=1
queue_step oid=2 interval=3000 count=1 add=0

# 如果没有报错则稍等片刻,修改上方ticks的值,再次复制黏贴,直到报错:"Rescheduled timer in the past" 或者 "Stepper too far in past" ,代表 ticks 值太小了(导致 stepping rate 太快)
## 一般 ticks 每次减半,报错则使用下方命令清除 shutdown 状态,重新选择合适的值。
clear_shutdown

## 找到合适的 ticks 值,使用如下公式计算 stepper performance

## 由于文档没有更新,部分命令使用方法可以使用 LIST 和查阅源码,例如
# https://github.com/Klipper3d/klipper/blob/master/src/stepper.c | config_stepper

image-20230308151604424

小结:

  • stepper performance K = 3 × freq ÷ ticks ÷ 1000,其中 3 是步进电机数量

  • 此值仅针对 TMC 驱动有参考意义

  • 获得的数值仅是理论值,当控制其他变量后,可以对比不同 mcu 的性能

  • mcu支持 STEPPER_BOTH_EDGE=1 的(使用console.py连接时最后面)可以设置如下参数进行优化

    invert_step=-1 step_pulse_ticks=0

    否则设置

    step_pulse_ticks为100ns

    image-20230308151012440

查看源码,搜索 STEPPER_BOTH_EDGE 可知目前支持此特性的主控芯片包括 :

  • hc32f460
  • atsam
  • lpc176x
  • atsamd
  • rp2040
  • stm32
  • ar100
  • AVR 不支持
  • pru 不支持

The benchmarks are run with parameters suitable for TMC Drivers. For micro-controllers that support STEPPER_BOTH_EDGE=1 (as reported in the MCU config line when console.py first starts) use step_pulse_duration=0 and invert_step=-1 to enable optimized stepping on both edges of the step pulse. For other micro-controllers use a step_pulse_duration corresponding to 100ns.

step_pulse_duration: The minimum time between the step pulse signal edge and the following "unstep" signal edge. This is also used to set the minimum time between a step pulse and a direction change signal. The default is 0.000 000 100 (100ns) for TMC steppers that are configured in UART or SPI mode, and the default is 0.000 002 (which is 2us) for all other steppers.

【上述内容涉及 step_pulse_duration 】和丢步有关,有待进一步研究。最后测试结果和官方表格类似。

4.2 Klipper Speed test | 真假实机环境测试

基于以下来源:https://pastebin.com/yPfSMBGF 修改,这也就是大家常见的测速宏:

  • 支持设置速度、加速度、移动距离
  • 支持自动X/Y方向直线、矩形、圆形、十字形移动
  • 支持一次设定不同参数,依次自动加速

image-20230308152131311

如上图,真实测试,涉及因素包括电机响应速度,MCU同一时间能处理的脉冲数,步进电机驱动能处理的脉冲数,电机不丢步下能达到的速度。通过调参,找到最优设置。对步进电机驱动各项寄存器参数进行优化。

4.2.1 假实机测试

上述实机测试好是好,但是:

  • 我们只关注 mcu 性能,需要排除其他影响因素
  • 实际跑测短板太多,达不到理论最大值,超高速还会对机器造成较大损害

所以这里我们要排除电机因素,仅观察上位机能达到的理论数据,为此我们创建一个测速用参考文件,不需要热床、风扇、挤出机,仅需要xyz,不定义TMC驱动(避免通讯失败报错以及24V供电),仅让上位机输出step/dir/en 驱动信号。

4.2.2 运动员登场 | mcu 压测 printer.cfg

[include misc/board.cfg]
[include misc/fake_speed_test.cfg]
[include misc/fluidd.cfg]

[printer]
# cartesian
kinematics: corexy
max_velocity: 1000
max_accel: 100000
square_corner_velocity: 5.0
max_z_velocity: 5
max_z_accel: 100

#####################################################################
#  X/Y/Z 步进电机设置 | X/Y/Z Stepper Settings
#####################################################################

[stepper_x]
step_pin: MOT0_STEP
dir_pin: !MOT0_DIR     # X轴电机方向引脚设置,可以通过添或删除引脚前面的!来改变电机方向
enable_pin: !MOT0_EN
microsteps: 64         # 推荐16细分以达到较好的精度和静音效果
position_max: 1000
# step_pulse_duration: 0.000004
rotation_distance: 40  # 同步轮周长mm(2GT-20T带轮40,2GT-16T带轮32)
endstop_pin: ^!ESTOP0  # X_MIN
position_endstop: 0    # X Offset,用于设置打印平台偏移

[stepper_y]
step_pin: MOT1_STEP
dir_pin: !MOT1_DIR
enable_pin: !MOT0_EN
microsteps: 64
position_max: 1000
# step_pulse_duration: 0.000004
rotation_distance: 40
endstop_pin: ^!ESTOP2  #  Y_MIN
position_endstop: 0    # Y Offset

[stepper_z]
step_pin: MOT2_STEP
dir_pin: !MOT2_DIR
enable_pin: !MOT0_EN
microsteps: 16
step_pulse_duration: 0.000004
rotation_distance: 4   # 根据情况修改
position_endstop: 0.5                    # disable to use BLTouch
endstop_pin: ^!ESTOP4                    # disable to use BLTouch, Z_MIN
position_min: 0
position_max: 300
  • 是的,这就没了
  • 关注细分参数
  • board.cfg 改成不同主板的引脚定义文件,比如 maxez/rp2040/sking 等
  • fake_speed_test.cfg 是我们的假跑宏

4.2.3 比赛场地与规则介绍 | fake_speed_test.cfg

# original_url: https://pastebin.com/yPfSMBGF
# 参数:
# ACCEL_STEPS (文字,逗号隔开整数):测试的加速度值,调用方式:ACCEL_STEPS="5000, 10000, 20000"
# TEST_STEPS (文字,逗号隔开文本):测试目标,如:TEST_STEPS="x_test,y_test,rect_test,diag_test"
#- 选项:
#  - x_test    = 移动x轴
#  - y_test    = 移动y轴
#  - rect_test = 矩形移动
#  - diag_test = xy对角移动
#  - circle_test = 圆形移动Moves in a circle twice
# DISTANCE_STEPS (文字,逗号隔开浮点数):测试移动距离, DISTANCE_STEPS="30, 22, 45.221"
# SPEED_STEPS (文字,逗号隔开浮点数): 测试移动速度, SPEED_STEPS="100, 120, 120.22"

# feed_rate_test TEST_STEPS="x_test,y_test,rect_test,diag_test" SPEED_STEPS="200, 400" DISTANCE_STEPS="400" ACCEL_STEPS="10000, 50000"

# 清空当前日志并生成负载图
; python3 ~/klipper/scripts/graphstats.py ~/printer_data/logs/klippy.log -o ~/loadgraph.png
; systemctl stop klipper
; echo > ~/printer_data/logs/klippy.log
; systemctl start klipper

[gcode_macro FEED_RATE_TEST]
description: 打印机速度测试,仅涉及XY空跑或者虚拟跑。original_url: https://pastebin.com/yPfSMBGF
# TODO: 判断是否开启 respond
gcode:
  {% if printer.configfile.config.respond is not defined %}
    {action_raise_error("This gcode_macro requires the [respond] section in your printer.cfg")}
  {% endif %}

  # Ugly code to convert a string into an array in jinja
  # TEST_STEPS conversion
  # TODO: 读取参数设置
  {% set ns_test_steps = namespace(collector="", arr=[]) %}
  {% for char in params.TEST_STEPS|default("x_test,y_test,rect_test,diag_test")|string %}
    {% if char == "," or loop.last %}
      {% if loop.last %}
        {% set ns_test_steps.collector = ns_test_steps.collector ~ char %}
      {% endif %}

      {% set ns_test_steps.arr = ns_test_steps.arr + [ns_test_steps.collector|string] %}
      {% set ns_test_steps.collector = "" %}
    {% else %}
      {% set ns_test_steps.collector = ns_test_steps.collector ~ char %}
    {% endif %}
  {% endfor %}

  # SPEED_STEPS conversion
  {% set ns_speed_steps = namespace(collector="", arr=[]) %}
  {% for char in params.SPEED_STEPS|default("80.0")|string %}
    {% if char == "," or loop.last %}
      {% if loop.last %}
        {% set ns_speed_steps.collector = ns_speed_steps.collector ~ char %}
      {% endif %}

      {% set ns_speed_steps.arr = ns_speed_steps.arr + [ns_speed_steps.collector|float] %}
      {% set ns_speed_steps.collector = "" %}
    {% else %}
      {% set ns_speed_steps.collector = ns_speed_steps.collector ~ char %}
    {% endif %}
  {% endfor %}

  # DISTANCE_STEPS conversion
  {% set ns_distance_steps = namespace(collector="", arr=[]) %}
  {% for char in params.DISTANCE_STEPS|default("40.0")|string %}
    {% if char == "," or loop.last %}
      {% if loop.last %}
        {% set ns_distance_steps.collector = ns_distance_steps.collector ~ char %}
      {% endif %}

      {% set ns_distance_steps.arr = ns_distance_steps.arr + [ns_distance_steps.collector|float] %}
      {% set ns_distance_steps.collector = "" %}
    {% else %}
      {% set ns_distance_steps.collector = ns_distance_steps.collector ~ char %}
    {% endif %}
  {% endfor %}

  # ACCEL_STEPS conversion
  {% set ns_accel_steps = namespace(collector="", arr=[]) %}
  {% for char in params.ACCEL_STEPS|default(printer.toolhead.max_accel|string)|string %}
    {% if char == "," or loop.last %}
      {% if loop.last %}
        {% set ns_accel_steps.collector = ns_accel_steps.collector ~ char %}
      {% endif %}

      {% set ns_accel_steps.arr = ns_accel_steps.arr + [ns_accel_steps.collector|int] %}
      {% set ns_accel_steps.collector = "" %}

    {% else %}
      {% set ns_accel_steps.collector = ns_accel_steps.collector ~ char %}
    {% endif %}
  {% endfor %}

# TODO: 读取机器变量
  # Variable  assignment
  {% set center_x_position = printer.toolhead.axis_maximum.x / 2 %}
  {% set center_y_position = printer.toolhead.axis_maximum.y / 2 %}

  # Conversion steps variable assignment
  {% set accel_steps = ns_accel_steps.arr %}
  {% set test_steps = ns_test_steps.arr %}
  {% set distance_steps = ns_distance_steps.arr %}
  {% set speed_steps = ns_speed_steps.arr %}

  SAVE_GCODE_STATE NAME=speed_testing_macro
  {% set testRunCounter = namespace(value=0) %}
  RESPOND PREFIX="Speed-Test - " MSG="使用以下参数进行测试:"
  RESPOND PREFIX="- " MSG="distance_steps={distance_steps}"
  RESPOND PREFIX="- " MSG="speed_steps={speed_steps}"
  RESPOND PREFIX="- " MSG="accel_steps={accel_steps}"
  RESPOND PREFIX="- " MSG="test_steps={test_steps}"
  RESPOND PREFIX="" MSG="--------------------"

# TODO: 归位,虚假和实际
  # Homing
  {% if printer.toolhead.homed_axes != "xyz" %}
    # G28
    SET_KINEMATIC_POSITION X=0 Y=0 Z=0
  {% endif %}

  G90
  G1 X{center_x_position} Y{center_y_position} Z25 F4000

  {% for distance_step in distance_steps %}
    {% for speed_step in speed_steps %}
      {% set speed_feedrate_step = speed_step * 60 %}
      {% for accel_step in accel_steps %}
        {% set testRunCounter.value = testRunCounter.value + 1 %}
        M204 S{accel_step}
        RESPOND PREFIX="Speed-Test - " MSG="Test-Run {testRunCounter.value} => distance: {distance_step} speed: {speed_step} acceleration: {accel_step}"

        {% for test_step in test_steps %}
          _{test_step|upper} FEEDRATE={speed_feedrate_step} DISTANCE={distance_step}
        {% endfor %}
      {% endfor %}
    {% endfor %}
  {% endfor %}
  RESTORE_GCODE_STATE NAME=speed_testing_macro

[gcode_macro _X_TEST]
description: Moves the head left/right
gcode:
  {% set speed_feedrate = params.FEEDRATE|default(4800)|float %}
  {% set distance = params.DISTANCE|default(100)|float %}
  G91
  G1 x{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x-{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance} F{speed_feedrate}
  G90
  M118 Done_X_TEST

[gcode_macro _Y_TEST]
description: Moves the head forward/backward
gcode:
  {% set speed_feedrate = params.FEEDRATE|default(4800)|float %}
  {% set distance = params.DISTANCE|default(100)|float %}
  G91
  G1 y{distance} F{speed_feedrate}
  G1 y-{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 y{distance} F{speed_feedrate}
  G90
  M118 Done_Y_TEST

[gcode_macro _RECT_TEST]
description: Moves the head in a rectangle
gcode:
  {% set speed_feedrate = params.FEEDRATE|default(4800)|float %}
  {% set distance = params.DISTANCE|default(100)|float %}
  G91
  G1 x-{distance} F{speed_feedrate}
  G1 y-{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 y{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 x-{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 y-{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance} F{speed_feedrate}
  G90
  M118 Done_RECT_TEST

[gcode_macro _DIAG_TEST]
description: Moves the head diagonally. First spinning the stepper_x, then the stepper_y. (CoreXY)
gcode:
  {% set speed_feedrate = params.FEEDRATE|default(4800)|float %}
  {% set distance = params.DISTANCE|default(100)|float %}
  G91
  G1 x{distance} y{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x-{distance * 2} y-{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance} y{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance} y-{distance} F{speed_feedrate}
  G1 x-{distance * 2} y{distance * 2} F{speed_feedrate}
  G1 x{distance} y-{distance} F{speed_feedrate}
  G90
  M118 Done_DIAG_TEST

[gcode_macro _CIRCLE_TEST]
description: Moves the head in a circle twice.
gcode:
  {% set speed_feedrate = params.FEEDRATE|default(4800)|float %}
  {% set distance = params.DISTANCE|default(100)|float %}
  {% if printer.configfile.config.gcode_arcs is not defined %}
    {action_raise_error("The circle test requires the [gcode_arcs] section in your printer.cfg")}
  {% endif %}
  {% for count in range(2) %}
    G2 I{distance} J{distance} F{speed_feedrate}
  {% endfor %}
  M118 Done_CIRCLE_TEST
  • 将物理归位 G28 改为指定坐标 SET_KINEMATIC_POSITION X=0 Y=0 Z=0
  • 每项测试结束后增加返回信息 Done_XXXX_TEST 避免干等
  • 调用方法:feed_rate_test TEST_STEPS="x_test,y_test,rect_test,diag_test" SPEED_STEPS="200, 400" DISTANCE_STEPS="400" ACCEL_STEPS="10000, 50000"
  • 上述分别代表测试项目,测试速度,测试距离以及加速度。会自动排列组合依次测试,注意双引号,也可以从网页上宏界面输入参数。

4.2.4 裁判员登场 | graphstats.py

我们使用 Klipper 自带的系统负载生成工具。

# 清空日志
systemctl stop klipper
echo > ~/printer_data/logs/klippy.log
systemctl start klipper

# ——>开始比赛<——

# 生成负载图
python3 ~/klipper/scripts/graphstats.py ~/printer_data/logs/klippy.log -o ~/loadgraph.png
  • fluiid 好像支持归档旧日志,我这里直接清空了,反正用不到
  • 也可以拷贝一份日志进行分析

大概结果如下:

image-20230308154027371

这个图后面再做分析,写累了。

4.2.5 合适的加速度和速度选择

参考 Prusa 计算器,太高的速度和加速度对于一般用户来说意义也不大,瓶颈在挤出头。

image-20230308154224001

5、建议与问题

  1. <u>驱动插槽颜色</u> | 建议恢复颜色区分两排,避免反插,当然现在使用fys的驱动,不存在这一问题
  2. <u>核心板</u> | 有没有设计其他底板的计划,还是仅用来升级更换 SKing 的核心
  3. <u>BIG5160丝印</u> | 与主板、2209驱动丝印相反,建议标注安装方向或者统一。且丝印一面1.1一面1.0
  4. <u>RGB接口</u> | 建议增加可选电压,方便使用大功率 12v 彩色灯板
  5. <u>TMC驱动自动识别</u> | 建议加上跳帽选择而不仅仅是焊盘方式,方便使用旧版驱动

6、小结

Fysetc Spider King 这块主板,读下来的感觉就是一个字:稳。工业标准的理念贯穿其中,就是太贵了,普通用户买不起,听说以后随着物料成本的降低也会降价,先做期待。

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