RAMPS1.4 3D打印控制板:软件下载连接安装测试

RAMPS1.4 3D打印控制板:软件下载连接安装测试

特别说明：

电源接反，电机驱动板接反将有可能烧毁芯片和电路，请再三确认后再进行通电。

如何使用：

1、需要用到的模块或器件：

Arduino Mega2560 主控板（该套件包含）：这是3d打印机的大脑，负责控制整个打印机来完成特定的动作，如打印特定的文件等；

RAMPS1.4 （该套件包含）：这是上面主控板的拓展板，有它是为了更好的与其它硬件进行连接和控制的，起到过渡桥梁的作用；

A4988步进电机驱动板（该套件包含）：这是用来连接步进电机的，从而实现主控板对步进电机的控制，实现XYZ及挤出机的动作；

4～5个步进电机（该套件不包含）：这是3d打印机的动力部分，由A4988驱动板控制，电机连接到RAMPS1.4板子上；

加热头（不包含）：加热头是用来熔化打印材料的（ABS、PLA等），一般加热头都有两个电气元件，一个电热丝通电后可以用来加热，类似于电热炉，另一个是热敏电阻，用来获取加热头上当前温度是多少，从而实现更好的温度控制，由于固件(Marlin：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v1)对温度获取成功后才允许进行很多操作，所以即使进行简单测试也需要连接两个热敏电阻（另一个用来获取热床温度），需要另外加拍热敏电阻；

热床（heatbed）（不包含）：在打印ABS时，为了让其不变性且第一层容易黏到平台上，一般的解决办法是采用热床，热床同样包含两个部分，加热部分和热敏电阻，其中热敏电阻是必需的；

12V电源（不包含）：为了能够驱动电机及电路板，你需要自己配备一个12V 100W～200W左右的电源。

以上部分都是电路连接部分的必需部件，如果缺少一个，将不能进行相应部分的测试。

其它非必需的主要包括12V风扇和至少3个限位开关（如果没有并不影响对电路板的测试，但会影响打印机的使用，如果你做整套打印机，这是必需的，尤其限位开关）。

2、准备工作：

在开始连接和测试之前，你需要些必要的软件：

Arduino IDE，用来将固件传输到主控板上的工具，下载地址：http://arduino.cc/en/Main/Software；

固件（Marlin），这是主控板上需要执行的程序，将其传输到主控板上，下载地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/tree/Marlin_v1，传输方法：打开arduino IDE，选择菜单Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，然后选择串口Tools ->Serial Port ->相应的串口，点击编译并下载到板子上。参考固件里面的说明配置相应的参数，最主要的是配置板子类型为RAMPS1.4（找到Configuration.h文件中的这一行#define MOTHERBOARD 33【这里必须改为33】），其它可以暂时默认即可；

*上位机软件：printrun：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/ 下载对应版本并安装即可；

以上是需要用到的软件，第一个是你配置参数时需要经常用到的，如果参数确定后，就很少再使用了，第三个是打印机控制软件，平时打印也会使用。

3、烧固件：

*编辑固件并上传到主控板中：

将主控板通过USB连接到电脑上，主控板的电源灯会亮。

用Arduino IDE打开下载的固件文件中的主文件（Marlin.pde），打开后，通过TAB选择到Configuration.h文件，并找到：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 某数字

#endif

修改为：

#ifndef MOTHERBOARD

#define MOTHERBOARD 33

#endif

暂时修改这些参数即可。然后选择菜单Tools -> Board -> Arduino Mega 2560，并且选择串口Tools ->Serial Port ->相应的串口（一般是倒数第一个，不对可以多试几次其它的），点击IDE上的向右箭头（→）图标，进行固件上传，如果安装上面步骤操作下来应该不会有错误。并且可以看到主控板上的另一个LED灯会不停的闪，这说明正在上传中；等待完成即可。

4、连接其它电路板及测试：

断开USB数据线，将RAMPS1.4板子连接到主控班上，注意不要连接错误，RAMPS上背面的插针应该都连接到主控板上才对。

然后连接两个热敏电阻到板子相应位置，先下图，此时打开printrun软件（上面的第三个软件），选择串口（一般是最后一个），设置波特率（为250000）。点击连接如果正常，右侧会有连接成功的提示文字，并且下面的操作按钮将可以正常使用了。

通过printrun软件上的“check temp”（读取温度），可以获取两个热敏电阻的温度，因为热敏电阻是直接连接上的，所以读取的温度应该接近你所在的室温，如果读取的值为0，所有连接有误，请检查。

虽然没有连接加热头和热床，但可以进行简单测试，首先连接12V电源，然后设置加热床和加热头的温度分别为230和110度，此时板子上有两个红色LED会相继点亮，这说明这部分电路正常，关掉即可。然后再右下角输入命令：M106 S255点发送，来打开风扇控制，此时另一盏红色LED会点亮，输入：M107点发送可以关掉。

断开电源，将A4988驱动板接入RAMPS板子，注意方向正确与否，否则有可能会烧坏板子，可以参考我的照片。应该至少有一个电机做测试，电机连接应该按照下图所示进行连接，一般的为红蓝绿黄的顺序进行连接，接好后，接通电源，通过printrun可以尝试让电机动起来，比如你将电机连接到了X轴上，电机X轴电机+10mm，电机会旋转，点击-10mm，电机会反转。同样的可以测试YZ两轴（更改电机时应该断掉电源）。挤出机电机当温度不达到时是不能测试的，你可以将其A4988驱动器安装到XY或Z轴上进行测试，以保证驱动器的正常。

如果上面的测试都没有问题，说明主要的电路就没有问题了，剩下的就是把你的3D打印机组装起来了。

连接检测方法:

一、准备工作
“工欲善其事，必先利其器”，在开始工作之前，你应该准备下面所说的工具（包括软件和硬件）。

1、需要下载的软件
1.1 固件上传工具——Arduino IDE
这是上传固件的必备工具，有了这个软件让上传固件变的容易很多，插上USB，就可以轻松上传。

下载地址：
windows版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-windows.exe
MAC版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-macosx.zip
linux 32位版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-linux32.tgz
linux 64位版本：http://downloads.arduino.cc/arduino-1.5.5-linux64.tgz
其它版本：Arduino

1.2 3d打印切片软件——Slic3r

这个软件是生产3d打印机能够识别的控制代码的必备工具。没有它，3d打印机将不能识别3d模型的格式。只有通过这个软件转化为G代码后，打印机才可以正常使用。而Slic3r是一个非常优秀的切片工具。

下载地址：
windows 32位版：http://dl.slic3r.org/win/slic3r-mswin-x86-0-9-10b.zip
windows 64位版：http://dl.slic3r.org/win/slic3r-mswin-x64-0-9-10b.zip
MAC版本：http://dl.slic3r.org/mac/slic3r-osx-uni-0-9-10b.dmg
linux 32位版本：http://dl.slic3r.org/linux/slic3r-linux-x86-0-9-10b.tar.gz
linux 64位版本：http://dl.slic3r.org/linux/slic3r-linux-x86_64-0-9-10b.tar.gz

如果你想通过源代码自己编译，请参考：slic3r

1.3 3d打印机控制软件（上位机）——Printrun

reprap官方上位机，界面简单，操作方便，是新手不错的选择。它是3d打印机的控制中心，它会不停的读取计算机上的G代码文件（由上面的切片软件生成），然后通过usb线传输给3d打印机主控板（mega2560）从而实现对打印机的精确控制。

下载地址：
MAC版本：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/Printrun-Mac-12July2013.zip
windows版本：http://koti.kapsi.fi/~kliment/printrun/Printrun-Win-Slic3r-12July2013.zip
更多版本选择：Printrun

1.4 固件——Marlin

固件是安装在mega2560板子上的软件，功能强大的Marlin是不错的选择。

下载地址：https://github.com/ErikZalm/Marlin/archive/Marlin_v1.zip
下载后解压后，marlin文件夹里的所有文件就是固件的源代码，找到里面的pde或ino文件用IDE软件打开即可。

2、安装驱动

MAC和linux系统都不需要位mega 2560安装特定驱动，插上usb就可以使用了，由于mega 2560板子实际上是usb转串口，所以插上后如果正常，会多了一个串口出来。

2.1 windows操作系统安装驱动

当你安装好Arduino IDE后，来到IDE的目录，里面有一个
driver
文件夹，进去后找
mega2560 r3
字样的inf文件，如果找不到，这个目录下应该会有一个压缩文件，解压后就可以找到这个文件了，右键安装就可以了。这是插上mega2560板子，应该是可识别的设备了。

3、工具及配件

DIY 3d打印机没有必要的工具，几乎是不可能完成的，当然必要的配件也是必须的。

3.1 常用工具

在测试或安装3d打印机套件时，可能会用到的工具包括有，一字螺丝刀、剥线钳、压线钳、电烙铁、镊子、片口、尖嘴钳、高温胶带等等。
配套4

3.2 配件

一台完整的3d打印机是由几十个甚至上百个零件组合而成。如果想完成下面的测试或组成一台打印机，你应该有一下零件：
- 3d打印机主控套件：主要包含一个mega 2560主控板，一个RAMPS1.4拓展板和4个4988步进电机驱动板；
- 12V 200W开关电源：用于提供12V电压，可以使用电脑上的ATX电源，但接线时需要注意；
- 2个100k ntc热敏电阻：为了实现控制板对加热头及加热床的温度控制，需要有两个温度传感器，最方便的莫过于ntc 热敏电阻，100k电阻是不错的选择（大部分固件直接支持）；
- 至少一个两相四线步进电机：如果你是简单测试，只需要一个步进电机就可以完成轮流测试，如果你要组成一台成品，你需要4～5台步进电机，Z轴根据机械结构的不同有的采用两台电机驱动。电机型号需要根据你自己的情况选择，一般来说普通42电机都可以胜任，需要注意的是4988最大支持的驱动电流是2A；
- 至少一个限位开关：限位开关是打印机用来确定位置的重要传感器，要组成完整的打印机至少需要3个限位来帮助打印机确定原点位置，限位开关种类很多，可以是机械式的、光电的、磁性的（霍尔）等；
- 12V加热管：如果你的机械是FDM（热溶式打印机），那么加热管几乎是必须的，用在加热头上面，可以选择12V 40W的加热管。如果你紧紧是测试主控板是否正常，可以不需要，因为ramps板子上有led指示灯，知道是否在通电；
- 12V风扇：用于散热的风扇，没有太多需要说明的，需要注意的是风扇正负极必须接对，否则不会转，也可以仅仅通过led指示来判断是否工作；
- 12V加热床PCB板：为了让打印材料更容易粘在打印平台上，以及防止冷却变形（主要是ABS材料），如果打印PLA材料，该板子可以不需要，如果测试也可以只通过led来指示；

4、准备开始

如果你已经把上面的软件硬件都准备好了，那么就可以进入下一个环节了。

二、配置固件并上传固件

mega 2560板子在3d打印机中相当于大脑，控制这所有的3d打印配件来完成复杂的打印工作，但mega2560不能直接使用，需要上传（upload）固件（firmware）才可以使用。

1、下载固件——Marlin，由于Marlin固件的强大功能和简单易用，所以这里暂时只介绍Marlin固件。
2、配置固件参数

下面是需要配置的参数。没有提到的参数默认即可。
#define BAUDRATE 250000
这是配置串口波特率的，只有上位机波特率和固件波特率相同来能通讯成功，一定需要注意。当然也不能随便改，常见的波特率为：2400，9600，19200，38400，57600，115200，250000。在3d打印机中常用的是后3个。
#define MOTHERBOARD 33
这个参数是配置板子类型的，3d打印机主控板类型非常多，每个板子的io配置不尽相同，所以这个参数必须要跟你自己的板子类型相同，否则无法正常使用。我的板子是RAMPS1.4版本，对应的配置应该为33（单打印头配置），和34（双打印头配置）。如果你使用的是其它板子，请参考旁边的注释并选择合适的配置。
#define TEMP_SENSOR_0 3

#define TEMP_SENSOR_BED 3
这两个参数分别配置温度传感器的类型。这是读取温度是否正常的重要参数，如果读取的温度不正常将不能工作甚至有很大的潜在危险（烧毁器件等）。如果你使用了其它温度传感器需要根据情况自行更改。
#define EXTRUDE_MINTEMP 170
这个参数是为了防止温度未达到而进行挤出操作时带来的潜在风险，如果你做其它3d打印机，比如有朋友做巧克力打印机，挤出温度只需要45度，那么这个参数需要配置为较低数值，比如40度。
const bool X_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Y_ENDSTOPS_INVERTING = true;
const bool Z_ENDSTOPS_INVERTING = true;
这里的三个参数是配置3各轴的限位开关类型的，配置为true，限位开关默认状态输出为1，触发状态输出为0，也就是机械限位应该接常开段子。如果你接常闭段子，则将true改为false。
#define INVERT_X_DIR false
#define INVERT_Y_DIR true
这两个参数是比较容易错的。根据自己机械的类型不通，两个的配置不尽相同。但是原则就是要保证原点应该在打印平台的左下角（原点位置为[0,0]），或右上角（原点位置为[max,max]）。只有这样打印出来的模型才是正确的，否则会是某个轴的镜像而造成模型方位不对。
#define X_HOME_DIR -1
#define Y_HOME_DIR -1
#define Z_HOME_DIR -1
如果原点位置为最小值参数为-1，如果原点位置为最大值配置为1.
#define X_MAX_POS 205
#define X_MIN_POS 0
#define Y_MAX_POS 205
#define Y_MIN_POS 0
#define Z_MAX_POS 200
#define Z_MIN_POS 0
这几个参数是配置打印尺寸的重要参数，参考上面的坐标系图来填写，这里需要说明的是坐标原点并不是打印中心，真正的打印中心一般在[(x.max-x.min)/2,(y.max-y.min)/2]的位置。中心位置的坐标需要在后面的切片工具中使用到，打印中心坐标应该与这里的参数配置匹配，否则很可能会打印到平台以外。
#define HOMING_FEEDRATE {50*60, 50*60, 4*60, 0}
配置回原点的速率，单位为毫米每分钟，如果你使用的是xy轴同步带传动，z轴螺杆传动，这个参数可以使用默认值。
#define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {85.3333, 85.3333,2560,158.8308}
这个参数是打印机打印尺寸是否正确的最重要参数，参数含义为运行1mm各轴所需要的脉冲数，分别对应x,y,z,e四轴。多数情况下这个数字都需要自己计算才可以。可以参考http://calculator.josefprusa.cz/#steppers

至此，最常用的参数都已经配置完成，可以开始使用了。 另外如果2004lcd板子还需要改
//#define REPRAP_DISCOUNT_SMART_CONTROLLER
将前面的
//
删除掉才可以正常使用。

3、上传固件

上传之前，windows用户需要提前安装驱动。 配置板子类型：Tools > Board > Arduino Mega 2560 or Mega ADK，如图

配置串口： Tools > Serial Port > 你的mega板子对应串口号一般是最后一个。如图

点击对号按钮来检查是否有错误，再点击向右的箭头按钮来上传固件，如图

上传过程中，2560板子上的TX RX 和L对应的三个led灯都会闪。如果不闪了，说明上传完成

上传完成提示

如果上传成功，你就可以进入下一个步骤了，如果上传中出现问题而无法上传，请查看IDE下方的提示框，确认是什么问题后进行进行解决再上传，常见错误板子类型选择错误，串口选择错误等。

三、RAMPS1.4 接线
         RAMPS1.4作为mega2560的拓展板插在mega板子上面。从而让mega板子可以控制3d打印机的工作。ramps上的接线至关重要，接错不仅不能打印，甚至还会烧坏器件和板子。请一定注意。
RAMPS1.4板子的功能分布,请参考示意图，为了防止接错，请再三确认以下几个方面后再通电，
* 电源正负极是否正确？
* RAMPS电源只接12V，没有5V接入。
* 4988驱动板确保没有插错位和颠倒（如果连接错误，通电就会烧板子）,请细看A4988驱动板的接线图。

最后，将ramps1.4插在mega2560板子上，注意不要接错位。在通电之前你应该仔细检查一下，免得有疏忽。接错了会导致后面的工作无法正常进行。如果都没问题了，可以接上USB线，和12V电源了。

四、连接上位机并做简单手动控制

如果之前的操作都顺利，现在就可以插上USB线，打开printrun上位机软件了。mega2560刚刚接通电源时，RAMPS板子上的LED1（绿色）会闪几下。这说明mega2560板子中的固件正在启动。

1、通过上位机连接板子

如上图，打开软件，选择正确的串口，设置正确的波特率（需要跟你固件中配置一致），点击connect。如果连接正常，右侧的提示区，会有类似下面的提示：

Connecting... 
start 
Printer is now online. 
echo: External Reset 
Marlin 1.0.0 
echo: Last Updated: Sep 8 2013 15:04:20 | Author: (MakerLab, default config) 
Compiled: Sep 8 2013 
echo: Free Memory: 4260 PlannerBufferBytes: 1232 
echo:Hardcoded Default Settings Loaded

并且，左侧的图形操作区变为可以操作的颜色。勾上温度曲线旁边的watch选项，可以实时获取温度情况，如下图。

2、查看温度是否正确（只接5V即可）

如果上面的操作都正确，你可以看到现在两个温度传感器的温度，并且温度应该为室温，手捏在上面可以看到温度的变化。如果你的温度读取到的为0度，请确保连接正确，依然有问题应检查固件中的相关参数。

3、测试三个输出端（需接12V）

接上12V电源，点击下图中标红位置的按钮，两个设置温度的按钮，一个风扇按钮（如果没有风扇打开按钮，可以在右侧输入M106 命令来实现）。如图：

如果这时RAMPS1.4上亮起了三个红色LED，那说明输出端测试成功。

4、测试电机及驱动（需接12V）

连接步进电机的4跟线到X轴电机输出端，如果你的电机导线颜色是标准颜色，可以用红-蓝-绿-黑的顺序连接，如果你的线颜色不标准或没有颜色区分，你需要通过电机说明书找到4跟线属于哪一相及哪一极，然后安装相B负-相B正-相A正-相A负的顺序连接（还有其它接线方式，请了解一下步进电机的原理）。

4.1 xyz三轴电机测试

点击上位机左侧的手动操作区域，进行对xyz三轴的测试。如果只有一个电机测试完应该轴后，再插到另一个轴上。

测试流程：
先电机某个轴的加+方向操作，电机应该往正方向运转； 再电机对应轴的负-方向操作，电机应该反转； 重复几次上面的操作。
需要注意的是，固件为了防止打印机撞车，小于最小位置和大于最大位置后电机就会停止运动。也就是说并不会一直加或减下去，电机都会转。

4.2 挤出机电机测试

由于固件不允许温度为达到最小挤出温度（固件中的参数）时执行挤出动作。所以如果你连接了真正的挤出机，并且有物料在里面，请不要在温度未达到230(abs)和185(pla)时进行挤出机测试。

测试方法：
1、将温度加热到物料对应的挤出温度，PLA：185度，ABS：230度，再进行测试，电机Extrude为挤出动作，Reverse为后退动作。如果所需要的方向跟实际方向相反，直接把所有的4跟电机导线反向即可。

2、如果你没有接挤出机，或挤出机中没有物料，可以不需要进行加热来测试。需要在右侧命令输入框中输入M302来允许冷挤出操作。这样就可以跟上面一样进行Extrude和Reverse测试了。

5、限位开关测试

RAMPS1.4最多共支持6个限位开关，分别是X-min，X-max，Y-min，Y-max，Z-min，Z-max。其中至少需要用到3个来确定打印机的原点，可以是一个轴的min或max位置的限位（由固件中做配置）。限位开关根据不同的形式接线方式也不同，机械式的限位开关只需要连接两个段子即可（负和信号），光电、霍尔式开关一般需要连接三个段子（正、负和信号）。
我这里测试用3个轴的min位置来做原点的配置方式。测试限位开关应该接在各轴的min位置上。然后电机测试轴的home按键，对应轴的电机应该开始转动，然后按下对应轴的限位开关两下（为了提高精度，碰到一次后返回几毫米再碰到才是真正的原点），此时电机应该停止转动。以上操作重复在其它轴上进行测试。

6、测试完成

如果上面的测试顺利完成，说明你可以开始把所有的东西安装在机构架子上了。需要注意各轴和各限位开关的对应关系。

五、测试修改并重新上传固件
如果你的固件有问题，强烈建议你再过一遍固件配置部分。
比较容易出错的地方是：限位开关的配置，每毫米脉冲数等。

六、切片软件配置

切片软件是生产打印机主控板可以识别的代码（Gcode）的工具，没有这个软件的帮忙，打印机不能识别3d模型文件。这里暂时只介绍Slic3r这个切片软件。简单好用功能强大。

1、打开expert模式

Slic3r默认是简单模式，但是我建议直接打开expert（专家）模式，从而能够对打印机进行更好的控制。我这里以mac版本为例子，其它版本做相似操作。

如上图设置后，重新启动后就会进入专家模式。

2、print settings

打印配置，跟打印相关的配置会在这个栏目下。有些相同的打印机会对不同的模型打印时用不同的打印配置，从而实现各自最好的效果。

2.1 Layers and perimeters 层和边缘配置

Layer height:为打印每层的层高度，0.4mm打印头推荐层高0.3以下，层高越小，打印精度也高，同样模型打印时间也就越长。 我设置的是0.3mm。
First layer height:第一层一般为了更好的粘在平台上，都会比其它层高要小一些，比如50%左右，我这里设置的是0.2mm。
Perimeters：是指每层的边缘部位需要打印的圈数。默认为3层。无特殊需求保持默认即可。
Solid layers：底层和顶层各需要多少层进行完全填充，默认各3层就可以。
其它参数默认。

2.2 Infill 填充配置

Fill density:填充比例，最大1(100%)，最小0，越大理论强度越高，当然耗费的时间和物料也就越多。一般情况30%的填充率已经可以满足大部分的打印需求了。
Fill pattern：填充时的图案是什么样的，可以保持默认，也可以找到自己喜欢的模式。 Infill every ? layers：每多少层进行填充，默认每层都进行填充。
其它配置可以默认。

2.3 Speed 打印速度配置

2.4 Skirt and brim 轮廓打印

Skirt：是指在正式打印之前，在模型周围做一个轮廓打印的动作，来保障挤出机出丝正常，以及给你时间及时发现问题，比如平台不平，平台高度有问题，挤出头等等。

七、开始打印
如果你顺利完成了上述的所有步骤，你的打印机应该可以开始工作了。