2.6 GRBL CNC firmware

如果需要用Arduino控制一隻stepper motor步進馬達，可以直接用Arduino連接或者用stepper motor driver IC例如A4988。但如果同時要控制2隻或以上的步進馬達，尤其是需要創造基於XYZ結構的機器等，直接使用現有的firmware會更加方便。

2.6 GRBL CNC firmwareGRBLGetting StartG90/G91G0/G1用另一塊Arduino控制GRBL效果電路程式碼說明

GRBL

GRBL是一個開源的CNC機韌體，可以利用ATMega328控制器(即Arduino UNO, NANO等)，配合stepper motor driver 來控制最多3個stepper，輸入上可利用Serial接口，用文字輸入標準GCode來控制機械。現今大行其途的3d打印機，有多個韌體都是繼承自GRBL的。

Getting Start

部分淘寶買的GRBL控制板，使用CH340 driver的Arduino NANO，可能需要安裝driver。

安裝好之後(如有需要)，用usb線連接GRBL板上的Arduino，打開Arduino的serial監示器，或者用其他可以讀取serial的軟件都可以。只要開啟正確的串口後，Arduino會列印出GRBL 1.XX ['$' for help]，告訴你它的版本(至於我的截圖，我也不知為何會有亂碼error，可能是我的版本不是正統grbl吧)

確保右下角的bandrate是115200，文字結尾是NL&CR。在正面的文字輸入列，你可以輸入標準的GCode。

GCode是一種cnc機專用的控制命令語言，由於全部都是代號和數字，所以在一開始閱讀時可能需要邊讀邊查詢，但只要習慣了記住幾個常的的GCode代號，就會發現GCode的本質其實只是一堆座標吧了。

G90/G91

G90是Absolute positioning絕對座標，而G91是incremental positioning增量座標。

學校買回來的繪圖機是沒有homing的極限開關和sensors(可以自行加裝的)，所以預設一開機的任置就是座標(0,0)，而座標系統預設是絕對座標。你可以試一下，在命令列輸入:


1
G0 X10 Y10

系統應該會傳回ok的字樣，X軸和Y軸應該會同一時間移動10mm。跟著再嘗試輸入:


xxxxxxxxxx
1
1
G0 X0 Y20

這個系統是絕對座標系統，十分適合用來做繪圖或cnc的輸出。

別一個系統是增量座標系統:


xxxxxxxxxx
3
1
G91 (只需要輸入一次)
2
G0 X10 Y10
3
X-10 Y10

以上這段gcode跟上面的絕對座標輸入的效果是一樣的，只是由絕對座標，變成每次跟據上一次的位置再增量出發。

增量座標適合用來debugs。

G0/G1

上面的gcode中已經出現過，G0就是用機器預設最快的速度到達指定的座標。例如:


xxxxxxxxxx
1
1
G0 X10 Y10

如果需要調整機器預設最快速度，可以用:


xxxxxxxxxx
3
1
$110=5000.000(X Max rate, mm/min)
2
$111=5000.000(Y Max rate, mm/min)
3
$112=500.000 (Z Max rate, mm/min)

如果都是覺得不夠快，未達到預期，好有可能是加速度太低所致


xxxxxxxxxx
3
1
$120=1000.000   (X Acceleration, mm/sec^2)
2
$121=1000.000   (Y Acceleration, mm/sec^2)
3
$122=10.000 (Z Acceleration, mm/sec^2)

如果是方向反轉了，例如希望+y是下，-y 是上，可以用:


xxxxxxxxxx
1
1
$3=2

Setting Value	Mask	Invert X	Invert Y	Invert Z
0	00000000	N	N	N
1	00000001	Y	N	N
2	00000010	N	Y	N
3	00000011	Y	Y	N
4	00000100	N	N	Y
5	00000101	Y	N	Y
6	00000110	N	Y	Y
7	00000111	Y	Y	Y

Setting Value為2，即二進制的00000010，對應上表是反轉y軸。

如果想知道現在的設定如何，可以用$$查詢。

G1是用指定的feedrate去到指定的目標，跟其他G0一樣，也可以指定用絕對座標和增量座標。


xxxxxxxxxx
3
1
G91
2
G1 X10 Y10 F1000
3
Y10

G1命令和feedrate指定過一次之後，就可以直接輸入座標，無需每次重覆輸入。

當然GCode還有很多其他的命令，而GRBL亦有很多參數可以設定，詳細可參考這裡和這裡。

用另一塊Arduino控制GRBL

效果

用另一塊Arduino控制GRBL板，令其來回行走。

電路


xxxxxxxxxx
5
1
Arduino         GRBL
2
Vcc     <-->    Vcc
3
GND     <-->    GND
4
TX      <-->    RX
5
RX      <-->    TX

細心留意, GRBL板是有標示的。

程式碼

注意: 兩塊Arduino通訊是用硬體serial, 會佔用上傳功能，先上傳程式才接線，或在上傳時暫時斷開tx和rx連接。


x
1
unsigned long timer;
2
boolean direction = true;
3

4
void setup() {
5
  Serial.begin(115200);
6
  delay(3000);
7
  //一開始要等待GRBL回應版本表示開始
8
    
9
  Serial.println("G91");
10
  //設定為增量座標
11
}
12

13
void loop() {
14
  if (Serial.available()) 
15
    byte inByte = Serial.read();
16
  //每次傳送指令後GRBL都會回傳ok, 
17
  //如果不用read清空serial buffer,
18
  //經過一段時間後serial buffer就會滿
19

20
  if (millis() - timer >= 500)  {
21
    //這一句配合下面的 timer = millis();組成一個
22
    //multi-tasking的timer
23
    
24
    //這一段才是指令內容==================
25
    if (direction == true)  Serial.println("G0 X20 Y20");
26
    else Serial.println("G0 X-20 Y-20");
27
    direction = !direction;
28
    //這一段才是指令內容==================
29
      
30
    timer = millis();
31
  }
32
    
33
}

說明

GRBL的板會在收到正確指令時即時回傳ok的，不會理會機器是否到達指定的位置，雖然有方法可以讀取到機器現時的位置來判斷是否執行完指令，但相對較複雜，最好的辦法加一個delay, 但delay會令serial的buffer不能清空，一段時間後會產生問題，所以需要用到multi-tasking timer。