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🔥 Laser CANbus Toolhead PCB

🇬🇧 English version: README.md

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.

📚 Inhalt

🔥 Laser CANbus Toolhead PCB

✨ 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

Board in DFU-Modus versetzen (BOOT0 brücken)
Klipper für STM32F072 mit CAN-Support kompilieren
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. 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 (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

9.2 KiB Raw Blame History