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🔥 Laser CANbus Toolhead PCB

🌍 Sprachen: English | Deutsch

Ein kompaktes, robustes Toolhead-Board für Klipper-basierte Lasergravierer und -schneider (CoreXY). Dieses Board integriert Stromversorgung, Lasertreiber-Logik, CAN-Bus Kommunikation und Input Shaping (ICM-20602) auf kleinstem Raum.

Laser CANbus Toolhead PCB

📚 Inhalt

✨ Features

🧠 Mikrocontroller

  • MCU: STM32F072CBU6 (Cortex-M0, 48MHz, CAN-fähig)
  • Stabilität: 12MHz Quarz für maximale CAN-Bus Stabilität
  • Firmware: Klipper-kompatibel

🔗 CAN-Bus Kommunikation

  • Transceiver: SN65HVD230 mit ESD-Schutz
  • Terminierung: Split-Terminierung via Solder-Jumper
  • Slope-Control: Schaltbar für EMI-Optimierung

📊 Input Shaping

  • Sensor: On-board ICM-20602 Beschleunigungs-/Gyroskopsensor (SPI)
  • Zweck: Klipper Resonanzmessung für perfekte Druckqualität
  • Vorteil: Bessere Verfügbarkeit und moderne Sensortechnologie

⚡ Laser-Leistungssteuerung

  • Schaltung: 24V / 6A High-Side Switch (CJAC70P06 P-MOSFET, 60V Spannungsfestigkeit)
  • Spitzenstrom: 8A Fähigkeit
  • Soft-Start: Begrenzt Einschaltstrom (Rise-Time ca. 1.2ms)
  • Sicherheit: Hardware-Pull-Down verhindert ungewollte Aktivierung
  • Begrenzung: Max 6A begrenzt durch Micro Fit 3.0 Steckverbinder mit 0.75mm² Draht

🎛️ Laser-Signalsteuerung

  • PWM: 5V Level-Shifted via 74AHCT1G125 Buffer
  • Qualität: Saubere Flanken, echtes Hardware-PWM via STM32 Timer
  • Kompatibilität: Gängige Diodenlaser

🔌 Stromversorgung

  • Eingang: 24V mit 250mA PTC-Sicherung und SMF24A TVS-Diode
  • 5V Rail: MP2459 Buck Converter (bis 60V Input tolerant)
  • 3.3V Rail: XC6206 LDO für MCU und Peripherie

🚨 Diagnose & Monitoring

  • Power-LEDs: 24V In, 24V Sys, 5V, 3.3V
  • Status-LEDs: Laser-Enable, Laser-PWM, Heartbeat

📋 Klipper Konfiguration

Basis MCU Setup

[mcu toolhead]
canbus_uuid: <deine-uuid>  # Mit "ls /dev/serial/by-id/*" oder "~/klippy-env/bin/python ~/klipper/scripts/canbus_query.py can0" ermitteln

[temperature_sensor toolhead_mcu]
sensor_type: temperature_mcu
sensor_mcu: toolhead

Input Shaping (ICM-20602)

[mpu9250]
cs_pin: toolhead:PA4
spi_bus: spi1
#axes_map: x,y,z  # Je nach Drucker-Orientierung konfigurieren

[resonance_tester]
accel_chip: mpu9250
probe_points:
    150, 150, 20  # An deine Druckbettgröße anpassen

Laser Steuerung

# Laser PWM Signal
[output_pin laser_pwm]
pin: toolhead:PB14
pwm: True
cycle_time: 0.001          # 1kHz PWM Frequenz
shutdown_value: 0          # Sicherheit: Laser aus bei Notfall

# Laser Enable (optional)
[output_pin laser_enable]
pin: toolhead:PB15
value: 0
shutdown_value: 0

# Heartbeat LED (optional)
[output_pin heartbeat]
pin: toolhead:PA9
pwm: True
cycle_time: 1.0

🔌 Pinout & Steckerbelegung

J101 - Power & CAN Input (Micro-Fit 3.0, 2x2)

Pin Signal Beschreibung
1 +24V Hauptstromversorgung (High Current)
2 GND Masse
3 CAN_H CAN-Bus High Signal

J101 - Strom & CAN Eingang (Micro-Fit 3.0, 2x2, THT)

Pin Signal Beschreibung
1 +24V Hauptstromversorgung (High Current)
2 GND Masse
3 CAN_H CAN-Bus High Signal
4 CAN_L CAN-Bus Low Signal

J102 - Laser Output (Micro-Fit 3.0, 1x3, THT)

Pin Signal Beschreibung
1 GND Laser-Masse
2 PWM 5V PWM-Signal (Level-Shifted)
3 +24V Geschaltete Laser-Stromversorgung (Soft-Start)

Debug/Programming Header (Rückseite)

Pad Pin Signal Funktion
1 - 5V 5V Einspeisung (vom Programmer)
2 - 3.3V VTref (Referenzspannung)
3 PA13 SWDIO Serial Wire Debug I/O
4 PA14 SWCLK Serial Wire Debug Clock
5 - NRST Reset-Signal
6 - GND Masse

💡 Bootloader-Modus: Um den STM32 in den DFU/Bootloader-Modus zu versetzen (z.B. für Erst-Flash mit Katapult), brücke das BOOT0 Pad mit 3.3V während des Einschaltens.

🔧 Installation & Setup

1. CAN-Bus Konfiguration

  • CAN-Bus Terminierung je nach Position im Netzwerk setzen
  • Baudrate: 1 Mbit/s (Standard für Klipper)

2. Firmware Flash

  1. Board in DFU-Modus versetzen (BOOT0 brücken)
  2. Klipper für STM32F072 mit CAN-Support kompilieren
  3. Firmware flashen: make flash FLASH_DEVICE=<dfu-device>

3. UUID ermitteln

~/klippy-env/bin/python ~/klipper/scripts/canbus_query.py can0

⚠️ Sicherheitshinweise

  • Laser-Sicherheit: Immer Schutzbrille tragen
  • Stromversorgung: Nur mit 24V DC betreiben
  • Erste Inbetriebnahme: Laser-Leistung langsam hochfahren
  • Notfall: Hardware-Pull-Down sorgt für sicheren Zustand

🛠️ BOM (Bill of Materials) - Highlights

Komponente Wert/Typ Funktion Package Bestellnummer
U101 STM32F072CBU6 Hauptmikrocontroller UFQFPN-48 STM32F072CBU6
U102 MP2459GJ-Z Buck Converter 24V→5V TSOT-23-8 MP2459GJ-Z
U105 SN65HVD230DR CAN-Bus Transceiver SOIC-8 SN65HVD230DR
U106 ICM-20602 6-Achsen IMU (Beschleunigungs-/Gyroskop) LGA-16 ICM-20602
Q101 CJAC70P06 P-MOSFET (Laser-Schalter, 60V) SOIC-8 CJAC70P06
D101 SMF24A TVS-Diode (Überspannungsschutz) DO-214AC SMF24A
F101 1812L025 PTC-Sicherung 250mA 1812 1812L025
Y101 12MHz Quarz für CAN-Stabilität HC-49/S 12MHz Quarz
J101/J102 Micro-Fit 3.0 THT Steckverbinder THT Micro-Fit 3.0 THT

🛠️ Technische Spezifikationen

Parameter Wert Einheit
Eingangsspannung 24 ± 2 V
Laser-Strom (max) 4 A
CAN-Baudrate 1 Mbit/s
PWM-Frequenz 1 kHz
Soft-Start Zeit ~1.2 ms
Betriebstemperatur -10 bis +70 °C
Abmessungen TBD mm

📝 Changelog

Rev. 0.1

  • Transistor Upgrade: MOSFET durch CJAC70P06 ersetzt (60V Spannungsfestigkeit)
  • Sensor Upgrade: Wechsel von ADXL345 zu ICM-20602 (bessere Verfügbarkeit, moderner 6-Achsen IMU)
  • Steckverbinder Änderung: Micro Fit 3.0 Steckverbinder von SMD zu THT geändert
  • Bestückungsdruck Verbesserung: Steckerbelegungen zum Bestückungsdruck hinzugefügt für einfachere Montage
  • Layout Verbesserungen: Bestückungsplatz aufgeräumt und Routing optimiert
  • Dokumentation: Übersichtsbild an aktuelles Design angepasst
  • BOM Update: Bauteil-Bestellnummern hinzugefügt und Produktionsdaten aktualisiert
  • Produktionsdateien: Montage- und Produktionsdateien mit aktuellen Bauteilen aktualisiert

Rev. 0.0 (Erste Veröffentlichung)

  • Erstes PCB-Design mit STM32F072CBU6 Mikrocontroller
  • CAN-Bus Kommunikation mit SN65HVD230 Transceiver
  • 24V/4A Laser-Leistungssteuerung mit AO4407A MOSFET
  • ADXL345 Beschleunigungssensor für Input Shaping
  • MP2459 Buck Converter für Stromversorgung

📚 Weitere Ressourcen

Lizenz

Dieses Projekt steht unter der Creative Commons Namensnennung-Nicht kommerziell-Share Alike 4.0 International Lizenz (CC BY-NC-SA 4.0).

License: CC BY-NC-SA 4.0

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Den vollständigen Lizenztext finden Sie unter: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de

Hinweis: Dies ist die Originaldokumentation in deutscher Sprache. Eine englische Übersetzung finden Sie in README.md.