Gen6 に Smart Controller を実装する

さて、もちろんポン付けで使えるとは思っていないので、まずは Marlin でピンの割付をしてコンパイルだけしてみようと考えました。SD Ramps の時のようにメモリが足りないなんてことがないかを、事前に確認するのです。っていうか、発注する前にやっとけって。
Gen6 側の I/O は、たぶん足りるだろうと勝手に思ってました。Gen6 には RS-485 があるんです。ホントに初期の頃の 3D プリンタ用コントロールボードには大抵ついていたようです。もちろん使ってません。なので基板を改造してコントローラチップを外してしまえば、最低でも 4 ピンは確保できるだろうと。

RepRapDiscount Smart Controller の回路図を当たって I/O を確認。SD カード関係は今あるものを使うのでそれ以外の部分です。元々が Ramps 1.4 用なので、Ramps 1.4 の増設コネクタに接続するための小基板とかあって、なにをどこへ繋ぐのかよくわかりません。紙に書き起こしたり表を作ったりして四苦八苦して導き出した答えは…

必要なデジタル I/O は、LCD に6、操作スイッチ ( ロータリーエンコーダ ) に3、ストップスイッチとブザーで2、計11にもなります。想像よりだいぶ多い。RS-485 を潰すだけじゃとてもじゃないけど足りません。トホホ。

ほぼあきらめムードが漂い始めたところで、いや待てよ、Melzi で LCD コントローラを装備しているマシンはたくさんあるぞと。うちの Gen 6 は AVR マイコンを載せ替えたのでほぼ Melzi 相当。 I/O の数は同じなんだからなにか方法があるはず。

で、見つけました。I2C ( I-squared-C ) Expander というものを使えば、LCD に必要な I/O は2本で済むのですね。
こちらの記事が参考になりました。

I2C display and rotary encoder on Melzi - DIYcrap
１６０２／２００４ LCDと専用I2Cインターフェイス基板 - 趣味の電子工作

なるほど、LCD 用に特化した I2C インターフェイス基板というものがあるのか。
これを使う前提で Marlin を設定することにします。

空いているピンを探すために Gen6 の回路図と Marlin の pins_GEN6.h を見比べていて、妙なことに気づきました。

Gen6 の ATMega644P のI/O 部分を抜粋したのがこれ。

Marlin の pins_GEN6.h にかかれているのがこれ。

見ての通り、回路図に書かれている I/O のピン配と Marlin の記述が違うのです。正しいのはどちら? 動いているのだから多分 Marlin が正解のはず。現物を当たってみることにしました。

ATMega1284 の足と原点センサコネクタの導通を当たってみました。回路図のとおりです。他も見てみましたがもちろん合ってる。そりゃそうです。ではなぜに?

かなり悩みましたが Web で答えを見つけました。

GHOSTの回路図とピン配置 - マイクロファン　ラボ
Mega644版Arduino（Sanguino）・・・アナログ編 - ともの技術メモ

Gen6 は ATMega644 を使っているため、Arduino 互換の Sanguino というものに分類されます。ATMega644 の入出力ポートは PA0-PA7、PB0-PB7、PC0-PC7、PD0-PD7 で32本あります。
Arduino の入出力ピンとして PA0 を 0 ～ PD-7 を 32 と割り付けるのだろうと思い込んでいましたが、正解は PB ポートから始まって PD、PC、PA の順番。更に PA ポートだけは逆順とな。そりゃわからんわ。
互換性とかいろいろな理由があったのだろうとは思いますが、なんでこうなったんでしょうね。DIP 版の足の配置の都合かな。

これらを踏まえてピン番号を決定。

Gen6 Schematic				Marlin
Name	PIN			Port	Name
	40	PB0		0	HEATER_BED_PIN
	41	PB1		1	FAN_PIN
EXTR DIR	42	PB2		2	E0_DIR_PIN
EXTR EN	43	PB3		3	E0_ENABLE_PIN
EXTR STEP	44	PB4		4	E0_STEP_PIN
MOSI	1	PB5		5	(for SD)
MISO	2	PB6		6	(for SD)
SCK	3	PB7		7	(for SD)
RXD	9	PD0		8	(unusable)
TXD	10	PD1		9	(unusable)
RS485R	11	PD2		10	BTN_EN1
RS485D	12	PD3		11	BTN_EN2
RS485DE	13	PD4		12	BTN_ENC
RS485RE	14	PD5		13	KILL_PIN
HEAT	15	PD6		14	HEATER_0_PIN
X STEP	16	PD7		15	X_STEP_PIN
SCL	19	PC0		16	(for LCD)
SDA	20	PC1		17	(for LCD)
X DIR	21	PC2		18	X_DIR_PIN
X EN	22	PC3		19	X_ENABLE_PIN
OPTO X	23	PC4		20	X_STOP_PIN
	24	PC5		21	SDSS
Y DIR	25	PC6		22	Y_DIR_PIN
Y STEP	26	PC7		23	Y_STEP_PIN
Y_EN	30	PA7		24	Y_ENABLE_PIN
OPTO Y	31	PA6		25	Y_STOP_PIN
THERM	32	PA5	ADC5	5	TEMP_0_PIN
Z STEP	33	PA4		27	Z_STEP_PIN
Z DIR	34	PA3		28	Z_DIR_PIN
Z_EN	35	PA2		29	Z_ENABLE_PIN
OPTO Z	36	PA1		30	Z_STOP_PIN
	37	PA0	ADC0	0	TEMP_BED_PIN

初期の頃にに増設してあった冷却 FAN とヒーテッドベッド関連の I/O も割り付けなおして整理しました。
ちょっとハマったのが、アナログ入力はアナログのピン番号を使うってとこ。デジタル入出力の番号を使っちゃダメなんですな。

Marlin の pins_GEN6.h を改造。ピン配を変更します。
Marlin は未だに 1.1.0-RC7 を使ってますが、Version 1.1.6 の pins_GEN6.h を参考に記述を変更しました。

/**
 * Gen6 pin assignments
 */

#if !defined(__AVR_ATmega644P__) && !defined(__AVR_ATmega1284P__)
  #error "Oops!  Make sure you have 'Sanguino' selected from the 'Tools -> Boards' menu."
#endif

#ifndef BOARD_NAME
  #define BOARD_NAME "Gen6"
#endif

//
// Limit Switches
//
#define X_STOP_PIN      20
#define Y_STOP_PIN      25
#define Z_STOP_PIN      30

//
// Steppers
//
#define X_STEP_PIN      15
#define X_DIR_PIN       18
#define X_ENABLE_PIN    19

#define Y_STEP_PIN      23
#define Y_DIR_PIN       22
#define Y_ENABLE_PIN    24

#define Z_STEP_PIN      27
#define Z_DIR_PIN       28
#define Z_ENABLE_PIN    29

#define E0_STEP_PIN      4    //Edited @ EJE Electronics 20100715
#define E0_DIR_PIN       2    //Edited @ EJE Electronics 20100715
#define E0_ENABLE_PIN    3    //Added @ EJE Electronics 20100715

//
// Temperature Sensor
//
#define TEMP_0_PIN       5    // MUST USE ANALOG INPUT NUMBERING NOT DIGITAL OUTPUT NUMBERING!!!!!!!!!
#define TEMP_BED_PIN     0    // MUST USE ANALOG INPUT NUMBERING NOT DIGITAL OUTPUT NUMBERING!!!!!!!!!

//
// Heaters
//
#define HEATER_0_PIN    14    //changed @ rkoeppl 20110410
#define HEATER_BED_PIN   0    //(16) changed @ kyu 20171111

//
// Misc. Functions
//
#define FAN_PIN          1    //(17) changed @ kyu 20171111
#define FAN_SOFT_PWM
#define SDSS            21    //(-1) //(17) before

//
// Elefu RA Board Control Panel
//
#if ENABLED(ULTRA_LCD)
  #if ENABLED(NEWPANEL) && ENABLED(RA_CONTROL_PANEL)
      #define BTN_EN1         10
      #define BTN_EN2         11
      #define BTN_ENC         12
      #define KILL_PIN        13
      #define BEEPER_PIN      -1
  #endif
#endif

これだけでは LCD コントローラは有効になりません。有効にするためには Configration.h にある LCD コントローラの中からどれかを選ばないといけません。
どれがいいのかよくわからないので、ひとまず前述の DIYcrap さんの記事を参考に、Elefu RA Board Control Panel を試してみます。

有効にする方法は簡単。Configration.h にある

// Elefu RA Board Control Panel
// http://www.elefu.com/index.php?route=product/product&product_id=53
//
//#define RA_CONTROL_PANEL

の #define 行のコメントを外すだけ。
Elefu RA Board Control Panel は I2C 接続の コントローラらしいです。残念ながらリンク先は生きてません。I2C インターフェイス基板に載っている変換用の石は PCA8574 なのでしょうか。だったらいいな。
なおコメント欄にあるように、LiquidCrystal_I2C というライブラリを Arduino IDE に組み込む必要があります。

LiquidCrystal_I2C
https://github.com/kiyoshigawa/LiquidCrystal_I2C
Arduino のインストールフォルダにファイル一式をコピーして Arduino IDE を再起動すればよいです。自分の場合は C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries でした。

さあ、ひとまず Gen6 を接続せずにコンパイルだけやってみますよ。結果は

最大130,048バイトのフラッシュメモリのうち、
スケッチが104,442バイト（80%）を使っています。

通りました。よかった。

配線を引き出します。
ロータリーエンコーダ関係は、RS-485 のラインドライバ IC である SN75176AD を外して、基板のパッドから配線を取ることにしました。ついでに ヒーテッドベッドのアナログ入力に行っていた 5V もここから確保。
面実装の IC を外すのも随分慣れましたよ。もちろん無理に外さずとも配線は取れますが、外してしまった方が楽です。
プルアップ / ブルダウン用の R10、R11 もついでに取り外してしまいました。必要ならコントローラ側でやろう。

I2Cインターフェイスを空けるために FAN とヒーテッドベッド用の出力は移設。こちらはMCU の足から直接取りました。
さらにI2Cコネクタの脇にピンヘッダを接着して配線を引き回しておきます。ロータリーエンコーダはここに繋ぎます。

基板改造完了。ぱっと見はあまり変わってません。使った線材が緑色だからでしょう。
基板をマシンに戻し、RA_CONTROL_PANEL を無効にして再コンパイルし書き込み。今まで通り動作することを確認しました。

RepRapDiscount Smart Controller をバラして LCD とロータリーエンコーダを取り外します。一度も通電すること無く分解ってどうなんでしょうwww
いまさらだけどこれを買う必要はなかったですね。バラバラで部品で買ったほうが安かった。ロータリーエンコーダなんて5ケで2ドルとかだし、LCD も IC2 インターフェイス付で4ドルくらい。まあそんなこともあります。

さあ追加部品の発注です。IC2 インターフェイス FC113 というものです。いや型番はよくわかりません。

一個70円。到着までに要した日数は2周間。あてもありませんが２つ買いました。安かったので。

コントローラをつくります。ユニバーサル基板の端切れを加工して LCD に共締めし、ロータリーエンコーダとプッシュスイッチをのせます。

LCD に IC2 インターフェイスを取り付け。ヘッダピンは付属してました。

各部配線。4芯のフラットケーブルを2本使いました。操作スイッチ側に GND が必要なので配線を分岐します。元々の RepRapDiscount Smart Controller は10芯を2本使いますのでだいぶ省スペース。

本体に取り付け。RA_CONTROL_PANEL を有効にして再コンパイル。電源投入。
おお、よく見る画面が表示されました。

でもよく見ると表示がおかしいです。現在の温度、現在の座標が表示されてません。

ロータリーエンコーダでメニューの操作はできるし、各軸の動作やヒーター関連も正常に操作できます。表示だけの問題のよう。

I2C インターフェイス基板をよくよく見てみると、載っている石は PCA8574 ではなく PCF8574T でした。これが原因かな?

Marlin の Conditionals_LCD.h を調べると、PCF8574 の記述があるコントローラは LCD_I2C_SAINSMART_YWROBOT ですね。
Configration.h の

// Sainsmart YW Robot (LCM1602) LCD Display
//
#define LCD_I2C_SAINSMART_YWROBOT

の #define 行のコメントを外します。

あと、 Conditionals_LCD.h に書いてある通り、ライブラリも入れ替えます。
LiquidCrystal_I2C library
https://bitbucket.org/fmalpartida/new-liquidcrystal/wiki/Home

もちろん pins_GEN6.h の記述も変更。変更箇所は割愛。

出ました。もろもろバッチリ表示されてます。

使い勝手は上々です。PC をつけっぱなし繋ぎっぱなしにせずとも一通りのことができます。こりゃ流行るわけだわ。
いつか気が向いたらケーシングとか考えますかね。まあ当分はこのままでいいや。
いやー、長かった。でもうまくいってよかったです。

Tweet