培帝 S4060 改用 grblHAL

參考 (grblHAL) Additional or extended settings

培帝控制箱

下圖是控制箱的內部。

控制程式是 MACH3，透過 printer port 連接控制箱。控制箱有 MACH3 BOB 做訊號轉換，連接 CWD556 步進馬達驅動器，台達 1.5KW 變頻器，以及限位開關信號輸入。

配備一台具備 Printer port 的筆電，執行 XP。現在已很難找到有 printer port 的電腦，而且 MACH3 的授權也是問題，雖可用，但不喜歡。因此想把控制改成開源的 grbl 控制。

grbl，有人把它 port 到 STM32F103 上，但測過以後，發現少了 G83 之類的 Drilling cycle 指令，不太方便，而且幾乎沒有再改進。後來找到 grblHAL，目前尚在活躍的開發，而且支援多種 32bit 的 MCU。

參考網路上的 PicoBOB，再由 Gemini 的協助，自行設計 BOB電路板。選擇 STM32F411 來執行 grblHAL。

操作界面，使用 Orange Pi One 單板電腦，在其上安裝 cncjs。

台達VFD-M系列變頻器-設定

原來使用的主軸為昌盛 2.2KW 水冷主軸。嫌水冷麻煩，買了 1.5KW 風冷主軸，測試後，發現風冷主軸實在是非常吵。只好買電腦水冷散熱套件來裝，測試原來的主軸，發現可能軸承已磨損，振動非常大，又再買一個 1.5KW 水冷主軸，多花了不少錢啊。

• P 00 頻率指令來源設定: 04 - 數字操作器（LC-M2E）上所附的V.R.控制，方便測試主軸。修改為 01 - 主頻率輸入由模擬信號DC 0∼ +10V 控制（AVI）。
• P 01 運轉指令來源設定: 00 - 運轉指令由數字操作器控制，方便測試主軸。修改為 01 - 運轉指令外部端子控制，鍵盤STOP有效。
• P 02 電機停止方式設定: 00 - 電機以減速煞車方式停止
• P 03 最高操作頻率選擇: 400.0
• P 04 最大電壓頻率選擇: 400.0
• P 05 最高輸出電壓選擇: 220.0
• P 06 中間頻率選擇: 1.5 -> 100
• P 07 中間電壓選擇: 10.0 -> 55
• P 08 最低輸出頻率選擇: 1.50 -> 20 (無法再高了)
• P 09 最低輸出電壓選擇: 10.0 -> 11
• P 36 輸出頻率上限設定: 400
• P 37 輸出頻率下限設定: 0.00 -> 100，限制最低轉速為 6000

原培帝的 V-F 設定，P 06 中間頻率選擇: 1.5，P 07 中間電壓選擇: 10.0，P 08 最低輸出頻率選擇: 1.50 ，P 09 最低輸出電壓選擇: 10.0。

理想的 V-F 設定，400Hz 時給 220V，則 100Hz (6000轉) 時應該只給 55V。此設定會使得在頻率為 100時，電壓過高，使得馬達內部的矽鋼片會發生磁飽和。此時，多餘的電能無法轉換為磁場，而是直接轉換為熱能，導致電流異常飆升。

實際測試的值如下，1.5KW 水冷主軸。

• F100，H100，A3.9
• F150，H150，A3.4
• F200，H200，A3.1
• F250，H250，A3.1
• F300，H300，A2.8
• F350，H350，A2.7
• F400，H400，A2.3

修改 V-F 設定，P 06 中間頻率選擇: 100，P 07 中間電壓選擇: 55，P 08 最低輸出頻率選擇: 20 ，P 09 最低輸出電壓選擇: 11。

修改後，測試的值如下。所有的電流都降低了。

• F100，H100，A2.7
• F150，H150，A2.8
• F200，H200，A2.8
• F250，H250，A3.0
• F300，H300，A2.7
• F350，H350，A2.7
• F400，H400，A2.3

grblHAL 的 PWM 設定

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$30 24000 最大轉速。對應 400Hz (10V)。

$31 6000 最小轉速。確保軟體不會輸出低於 100Hz (2.5V) 的指令。

$33 1000 PWM 頻率。維持 1kHz 以確保 BOB 板電壓平穩。

$35 25.0 關鍵！ 將最小 PWM 佔空比設為 25%。

$36 100.0   最大 PWM 佔空比設為 100%。

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步進馬達步數計數

MACH3 設定

Steps per (mm) = 馬達旋轉一圈總步數 * 減速比 / 螺桿導程 

其中，馬達旋轉一圈總步數，由驅動器 DIP 決定。減速比，若直連則為 1。螺桿導程，轉一圈移動多少 mm。

在培帝的控制系統，找到 X，Y，Z 的 [Steps per] 的設定值皆為 200，驅動器的 DIP 設定為 1000，反推 [螺桿導程] 為  1000 / 200 = 5。

grblHAL 的 $100 (X軸), $101 (Y軸), $102 (Z軸) 的設定方式，和 MACH3 完全相同，一樣是 200。

nvidia-drivers 升級至 580.126.09，閃爍問題

 在 Arch Linux，已發生此問題，一直以為是顯卡的問題。

直到 Gentoo，也升級到新版後，發生閃爍的問題。降回舊版驅動，就沒有此問題，因此確定是新版驅動的問題。

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NVIDIA driver version 580.126.09 is causing significant screen flickering issues, particularly on Linux (Xfce/Wayland) with applications and desktop components. Users report this issue as a regression from previous stable drivers. Immediate fixes include rolling back to a known stable driver, disabling the compositor, or waiting for a patch. 

Key Troubleshooting Steps for 580.126.09 Flicker:

• Roll Back Driver (Linux/Windows): If the flicker started immediately after updating to 580.126.09, revert to the previous version via your package manager (Linux) or Device Manager (Windows).
• Disable Compositor (Linux): On Xfce, turning off the compositor in settings may stop the flashing.
• Clean Reinstall: Use DDU (Display Driver Uninstaller) to completely remove the current driver before reinstalling to rule out corruption.
• Wait for Hotfix: NVIDIA frequently releases hotfix drivers for reported regressions.
• Check Hardware/Cables: Ensure display cables are secure, as driver changes can sometimes exacerbate minor physical connection issues. 

For Linux users, this issue appears to be heavily affecting desktop environments, and reverting to the 580.95.05 driver has been reported as a workaround. 

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grblhal build

參考 https://github.com/grblHAL/core/wiki/Compiling-GrblHAL

 git clone --recurse-submodules https://github.com/grblHAL/STM32F4xx.git

Inc/my_machine.h

grbl/config.h

The default build environment for Pi Pico (RP2040) is VSCode, see the driver readme for link to information on how to.

Other drivers may also be built using VSCode, but this is not supported by the project for the time beeing.

DIY PCB 製作

 參考

• DIY 洗電路板指南，這是主要的參考資料，尤其使用光固化 3D印表機當曝光機。

從淘寶買了製作 PCB 的套件，放了好久， 一直沒用。到後來，蝕刻劑受潮，還把附的銅箔板腐蝕掉一大塊。直到最近，為了使用 FPC軟排線連接 Orange Pi 和 SPI LCD，只能使用 FPC 插座轉接板，要用手焊接很多線，不好看，板子又大。才認真考慮製作 PCB。

淘寶買的感光藍油，可以很方便製作感光銅箔板，成本也低。不便之處，要用透明膠膜印出 PCB負片，才能曝光。後來，在網頁上無意中發現，有人用光固化3D印表機當 PCB 的曝光機，效果不錯。剛好手邊有光固化機器，一直沒用，賣又不值錢，正好可以拿來用。

開始學習使用 KiCad 軟體，使用 KiCad PCB 編輯器，手工畫 PCB。PCB 畫好後，使用 [繪製] 功能輸出 pdf。

KiCad 輸出的 pdf，再用 InkScape 開啟，先在 [文件屬性] 中，將格式由 [px] 改成 [mm]，會自動改變縮放比例。再另存成 SVG檔，這樣圖才不會變大。KiCad 也能直接輸出 SVG檔，但解析度有問題，會太低。

然後，使用 OpenScad 匯入 SVG檔，轉成有高度的 STL 檔，才能給光固化用。這個步驟，會有一個小問題，pad 的中空鑽孔，都被填滿了，看了很不習慣。在 OpenScad，要另外再加工一下，挖出那些孔。

使用 CHITUBOX (赤兔) 切片軟體，將產生的 STL 檔，產生切片檔，再 copy 到 USB碟，用光固化機器曝光。切片參數，首層的時間，改成想要的曝光時間，大約為 60秒左右。首層曝光完，就可以關掉，後面的不用跑了。

下圖是顯示的曝光在白紙上的情形，用來定位用。

顯影後的電路板

蝕刻後的電路板

安裝 CNCJS

 在 Orange Pi One 上安裝 CNCJS

參考

• Mister Ngan 的部落格 GRBL – 「遙控」你的 CNC 機 及 GRBL – 自製脫機控制器 cncjs
• cncjs 官網 https://github.com/cncjs/cncjs
• https://github.com/cncjs/cncjs-pendant-lcd
• CNC Router Web Control Appliance，影片 Turnkey CNC Router Web Control ...

個人測試安裝

官方文件的資訊，已嚴重落後，如支援的 Node.js 的版本為 v4。目前透過 npm 安裝的 cncjs 是 1.10.5，在 github 的 package.json 中，要求的 Node.js 是 ">=18"。

"engines": {
  "node": ">=18"
},

安裝 "Node Version Manager" 來管理多個 Node.js 版本。

# 安裝 nvm
$ curl -o- https://raw.githubusercontent.com/nvm-sh/nvm/v0.40.3/install.sh | bash
$ source .profile
$ source .bashrc

#安裝最新的 node.js
$ nvm install 22
$ nvm use 22

# 執行 node 會出現錯誤
# node: error while loading shared libraries: libatomic.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

$ sudo apt install libatomic1

# 更新 npm
$ npm install npm@latest -g

# 安裝 cncjs
$ npm install -g cncjs

# 更新 cncjs
$ npm install -g cncjs@latest

以上的安裝，只能以個人的身分執行。

執行後，在網頁上看到的畫面。

Global 安裝

為了自動啟始服務，使用 global 安裝。

# 設定網路之後，更新系統
$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade 

# 安裝所需套件及 cncjs
$ sudo apt install nodejs npm git
$ sudo npm install -g cncjs --unsafe-perms 

# CNCjs Test Run
$ cncjs --allow-remote-access -p 8080 

# give us permissions to run on port 80 without root
$ sudo setcap CAP_NET_BIND_SERVICE=+eip /usr/bin/node 

# give permissions to use the serial port
$ sudo usermod -a -G dialout cncjs 

# 建立及啟動 CNCjs Systemd Service
$ sudo touch /etc/systemd/system/cncjs.service
$ sudo chmod 664 /etc/systemd/system/cncjs.service
$ sudo nano /etc/systemd/system/cncjs.service
$ sudo systemctl daemon-reload
$ sudo systemctl start cncjs
$ sudo systemctl enable cncjs 
 
# 下載 tinyweb 套件
$ cd ~
$ git clone https://github.com/cncjs/cncjs-pendant-tinyweb

建立 /etc/systemd/system/cncjs.service 如下。

[Unit]
Description=CNC Controller Web UI
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=cncjs -p 80 -m /tinyweb:/home/cncjs/cncjs-pendant-tinyweb/src
User=cncjs
WorkingDirectory=/home/cncjs
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target 

設定 tinyweb 

enable 的 service，連結放在 /etc/systemd/system/multi-user.target.wants

安裝 tineweb

安裝所需的 X window 的 package。

sudo apt install xinit xinput x11-xserver-utils \
    xserver-xorg-input-evdev xserver-xorg-input-libinput \
    xserver-xorg-legacy xserver-xorg-video-fbdev  \
    xdg-utils  chromium-browser 

修改 /etc/X11/Xwrapper.config，"allowed_users=anybody"

-------------

# 建立 start_tinyweb.sh

chromium-browser --noerrdialogs --disable-suggestions-service --disable-translate --disable-save-password-bubble --disable-session-crashed-bubble --disable-infobars --touch-events=enabled --disable-gesture-typing --kiosk http://localhost:8000/pendant/
-------------

cncjs -m /tinyweb:/home/klipper/cncjs-pendant-tinyweb-1.2.4/src &

執行 xinit ./start_tinyweb.sh。

新增 shutdown 功能

進入 [Settings] (齒輪圖示) 功能，到 [Commands] 頁面，點選 [+ New]，在 title 中輸入 "Shutdown"，以及在 [command] 欄位輸入  "sudo shutdown -h now"。

賦予 shutdown 權限，執行 "sudo visudo" 指令，新增一面的內容

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cncjs ALL=NOPASSWD: /sbin/shutdown
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Orange Pi One / Orange Pi Zero 升級記憶體

動機

在網路上有人賣淘汰的 Orange Pi One 和 Orange Pi Zero，因為便宜，又收了一堆舊的 3D 印表機來改，所以就買了不少的 Orange Pi One 和 Orange Pi Zero。其中 Orange Pi One 的記憶體都是 512MB，Orange Pi Zero 則有 256MB 和 512MB。

仔細看 DDR RAM 的編號，有 K4B2G1646E 和 K4B4G1646E，前者為 8*256M = 2G (bits)，後者為 8*512M = 4G (bits)。編號的其中幾個字母，可能不同，不重要。Orange Pi One 使用 2個 K4B2G1646E，總共有 512MB。若換成 2個 K4B4G1646E，則有 1GB，請參考下面的連結分享。Orange Pi One 可以只裝一個記憶晶片，但不能裝2個不同型號的芯片。

後來查 H2+ 和 H3 的規格，可支援 2GB 的記憶空間。又找到相近型號的記憶晶片 K4B8G1646Q，假如把 Orange Pi Zero 換成這個晶片，就能有 1GB 的記憶體。先買 3個來測，換了之後，確定能用。

面臨的問題是，從來沒有焊過 BGA 封裝的晶片。因此花重金買了一些設備，然後再花了一兩個星期，用沒用到的 DDR2 記憶模組來練習 拆焊，植錫，焊接。最終成功換上記憶晶片，同時發現 BGA 晶片蠻耐操的，加熱 3，4分鐘，重複 3，4遍，甚至不小心用洗板液急速冷卻，仍然正常運作。

參考

• bilibili: 内存植锡练手，给全志D1开发板换1GB内存
• YouTube: Orange Pi One RAM upgrade 1GB

K4B4G1646E / K4B8G1646Q 

• Density: 4 Gb (Gigabits) / 8 Gb (Gigabits)
• Package: 96 FBGA
• Speed: 1600 Mbps (Megabits per second)
• Voltage: 1.35 V (Volts)
• Temperature: -40 to 95 °C (Celsius)
• Organization: 256M x 16 / 512M x 16
• Product Status: End of Life (EOL)

工具

• 熱風槍，不可少的工具，可以在淘寶買，指定 110V
• 助焊膏
• PCB 固定架
• 錫球，BGA 焊盤間距 0.8mm，挑選錫球直徑 0.45mm
• 植錫網，植錫架
• 洗板液
• 鑷子

植錫

現在的記憶體晶片都是 BGA 封裝，雖然買來的記憶體晶片，都已植錫，但焊接失敗，就必須拆下，重新植錫，再次焊接。因此，在焊接前，先把 BGA 的植錫和焊接功夫練好。翻找手邊的剩餘材料，發現 DDR2 的記憶模組是使用 BGA 封裝的晶片，現在又已用不上，正好用來練習。花了一個多星期時間練習，拆裝了幾條記憶模組，十幾顆晶片，慢慢掌握其中的技巧。

可以買記憶體用的小鋼網。雖然有買簡易植錫架，但後來在網路上看到有人分享的經驗，發現這樣做更好。先徒手植 2顆上去，當作鋼網的定位點，這樣就不需使用植錫架。

徒手植錫，要練一下。練成後，不用鋼網，也可以用手排錫球，植錫。但實在很費時間，只能當練功。關鍵在於，塗上薄薄一層助焊膏，可以黏住錫球。太多助焊膏，助焊膏一化開，錫球會漂走。熱風槍的風速開到最小，先用遠一點的距離吹，讓錫球先黏在焊盤上，再靠近吹，讓它整個化開，完美地吸在焊盤上。

在焊盤上均勻塗抹助焊膏，一定要用助焊膏，錫球才能黏在焊盤上。這很關鍵，不能太少，不然錫球都會黏在鋼網上。但也不能太多，不然錫球會飄。再把鋼網套上，背後可以用鋁箔紙貼住。

用鑷子一顆一顆把錫球放上去。利用助焊膏黏性，把球黏在鑷尖，再黏到焊盤上。

錫球全部擺好後，用熱風槍，380度，慢慢吹。看影片，都是 40幾秒就好。但我就是要吹到 2分鐘以上才行，不知差在那裡。但也發現，用這溫度吹個 3分鐘多，晶片也還可以正常工作，就放心地做吧。

拆焊與焊接

植球和焊接，最好有計時器，不要光憑感覺。要有耐心，常要好幾分鐘，時間不夠，錫沒全化，硬來，只會把東西弄壞，更麻煩。

拆焊，可以用 450度。PCB上的塑膠零件，用鋁箔紙保護一下，以免吹壞。注意一下小零件，不要不小心把它吹飛或撞飛。若真不幸弄飛了，要留下來，事後再焊回去。一定要等錫全化了，再把晶片夾起來，一次就要拿起來。若不幸一次不成，部分黏住，不要硬拔，會把焊盤拔壞。

再來就是把晶片焊回去，用 380度，我要吹到 3分鐘，才能焊接成功。先對 PCB 吹個一分鐘，上助焊膏，碰到就化開，可以塗抹均勻。

買來的晶片，可能不是新品，但都有植錫。可惜，我直接焊接，都會失敗。反倒是我自己植錫的，吹個 2分鐘 ~ 3分鐘，就能自動歸位。不知是不是 有鉛 和 無鉛 的差別。後來乾脆全部重新植錫再焊，比較不會失敗。

另外，影片的經驗分享，都是用鑷子輕推一下，會重新歸位，判斷錫全化呈流動狀態，為焊接成功的判斷。但手抖得厲害，一不小心就推到位置之外，也看不出塌陷的瞬間。後來發現有個影片，晶片擺得不正，錫全化呈流動狀態時，晶片自動歸正了。

我就在放晶片時，對準位置之後，稍稍把它弄歪一點，讓晶片邊緣和定位白線不會對齊。等加熱到晶片和白線對齊，就成功了。

後來，發現可以吹到 3分鐘，晶片仍是正常的，在重新植錫後，就固定吹個 3分鐘，比較保險。

好不容易，成功了，升級為 1GB 的記憶體。

修改 Klipper LCD 螢幕的 menu

在 Klipper 的 LCD 的功能表中，增加一些功能，方便使用。

顯示 IP

在 LCD 顯示 IP，參考 goopypanther/klipper_network_status。參考它的說明，執行 install.sh。或是直接將 network_status.py 複製到 ~/klipper/klippy/extras/ 目錄下，再重新開機，就會生效。然後依照說明，在 printer.cfg 建立功能表。

[menu __main __system]
type: list
name: System

[menu __main __system __network]
type: list
name: Network

[menu __main __system __network _mdns]
type: command
name: mDNS: {printer.network_status.mdns}

[menu __main __system __network _ethip]
type: command
name: Eth IP: {printer.network_status.ethip}

[menu __main __system __network _wifissid]
type: command
name: Wifi SSID: {printer.network_status.wifissid}

[menu __main __system __network _wifiip]
type: command
name: Wifi IP: {printer.network_status.wifiip}

我是放在 [System] 的子功能表之下。

關機功能

參考 Shutdown host from menu with mainsail?。

Klipper 是在 Linux 系統下執行，最好執行 shutdown 指令，關閉系統後，再關閉電源，以免資料流失。

首先，透過 kiauh 的 "4) [Advanced]"，安裝 "Extras: 8) [G-Code Shell Command]"。

# shell command
[gcode_shell_command reboot_host]
command: reboot

[gcode_shell_command shutdown_host]
command: shutdown now

# 功能表
[menu __main __system __reboot_host]
type: command
name: Reboot Host
gcode:
    M117 Reboot Host
    { menu.exit() }
    RUN_SHELL_COMMAND CMD=reboot_host

[menu __main __system __shutdown_host]
type: command
name: Shutdown Host
gcode:
    M117 Shutdown Host
    { menu.exit() }
    RUN_SHELL_COMMAND CMD=shutdown_host