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打印虎 【打印虎】RepRap 3D打印机热敏电阻设置图解 打印 RepRap 打印机 热敏电阻 设置 图解

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打印虎 RepRap 3D 打印机热敏电阻设置图解 玩 3D 打印机的朋友 可能会希望装配自己的 3D 打印机 或者改进已有的 3D 打印机设计 有这方面需求的朋友 可以参考 打印虎 零基础自制 RepRap Prusa i3 图解全攻 略 在这个过程中 经常会遇到关于热敏电阻方面的问题 热敏电阻看似简单 但其实 很有门道 在设置固件的时候 它常常是最复杂的一项设定 固件设置的过程中 我们得 提供一组热敏电阻的配置参数 或是更复杂 提供一个温度 阻值的对应表 才能完整整个 设置 但是这些参数的意义是什么 从哪里能得到这些参数 却又没有人告诉我们 这可 真是难为了 3D 打印机爱好者 打印虎经过仔细研究 终于摸清了跟热敏电阻有关的方方 面面 今天就给大家仔细讲解一下 在我们正式开始之前 先打个小广告 打印虎日前已经开始销售 RepRap Prusa i3 3D 打 印机套件 如果你自己或周围的朋友对搭建 3D 打印机感兴趣 不妨选择打印虎 我们提 供的元件 经过严格筛选 品质优良 3D 打印机的关键部件都做了专门的优化 包括采用 了优质步进电机 全铝挤出头 铝基板热床以及改进的梯形丝杆 Z 轴 让你的 3D 打印机 达到更高的精度 并且经久耐用 不光硬件质量有保障 打印虎还特别提供免费的固件升 级服务 从购买之日开始 打印虎承诺每季度一次 至少四次固件升级 给你的 3D 打印 机提供无限助力 另外 打印虎还提供最好的 3D 打印机技术支持服务 与顾客做朋友 让你没有后顾之忧 如果想了解更多 请访问我们的产品页面 第一节 热敏电阻基础第一节 热敏电阻基础 3D 打印机上常用的热敏电阻 是 NTC Negative Temperature Coefficient 也就是负温 度系数 热敏电阻 所谓负温度系数 就是当温度上升时 热敏电阻的阻值减小 在 3D 打印机上 最常见的是玻璃封装的热敏电阻 不论是轴向导线的玻封 NTC 热敏电阻 还是单端的玻封 NTC 热敏电阻 这些都在 3D 打印机上很常见 对于一个普通电阻 它的阻值是最关键的一个参数 而对于一个热敏电阻来说 最关键的 参数是温度 阻值对应曲线 有些公司生产的热敏电阻 会在对应的数据手册 Datasheet 上 详细列出一个表格 上面的信息就是这个温度 阻值对应曲线 当然 表格肯定只能列出有限的采样点 但如果采样密度足够大 就可以足够精确地表示这条曲 线了 总是使用一个表格的方式表示热敏电阻的特征 还是过于麻烦了 为了简化参数 前人研 究出了多种热敏电阻的数学模型 其中最简单 对于 3D 打印机也足够用的一种模型 是 把热敏电阻的关键参数简化为三个 第一个参数是 T0 表示一个参考温度 通常是 25 第二个参数是 R0 表示参考温度下的阻值 第三个参数是 beta 也可以写做希腊字母 它是一个描述热敏电阻阻值变化特征的参数 使用 beta 值可以计算出热敏电阻一个 特定的阻值所对应的温度 这种热敏电阻参数模型 经过长期使用 得到了广泛的认可 有些热敏电阻的厂商 甚至不再给出热敏电阻的温度 阻值对应曲线 而是直接给出这三个 参数 就算是完整地提供了热敏电阻的资料 热敏电阻的特点 是稳定性 一致性都很好 不同的热敏电阻个体 只要他们的参数相 同 就会表现出完全一致的电子特性 甚至不同厂商生产的热敏电阻 也会有几乎完全一 样的特征曲线 这个特点非常重要 在下面 我们就会看到 很多与热敏电阻相关的数据 和设置安排 都表现和利用到了这个特征 如果我们拿到一个热敏电阻 却不知道它的内部参数 希望通过测量的方式得到 也是可 能的 这种情况下 我们需要使用这个公式 其中 R0 和 T0 我们已经都讲过了 T 和 R 代表一个比较高的测量温度 比如 85 5 下 测量的阻值 比如 5000 欧姆 同时假如 T0 是 22 R0 是 115700 欧姆 则可以计算 beta 值等于 5237 这样的方法从理论上完全可行 但实际操作需要一些设备 非常的麻烦 打印虎建议大 家 在有可能的情况下 还是尽量从卖家获取热敏电阻的参数信息 就不要自己测量了 在 RepRap Prusa i3 3D 打印机上 两个地方用到了热敏电阻 一个用于测量挤出头的温 度 另一个用于测量热床的温度 用于测量挤出头温度的热敏电阻可见下图 红圈内的黑 色导线头部 3mm 金属套内的 就是使用无头螺丝固定的热敏电阻了 用于测量热床温度的热敏电阻可见下图 这里的热敏电阻 直接使用了玻封形式 用 kapton 胶带粘贴在热床的底部 尽量与热床紧密贴合 第二节 热敏电阻在电路板上的连接第二节 热敏电阻在电路板上的连接 在上一节中 我们了解了热敏电阻的基础知识 以及它在 RepRap Prusa i3 3D 打印机中 的使用方法 那么从电路的角度 热敏电阻是如何连接的呢 在 Melzi 上 电路板最右上 角的两个连接口 BTEMP 和 ETEMP 就是为热敏电阻专门准备的 同时 图中两个小红圈内的 就是 R2 关于 R2 我们下面会详细解释 只知道在电路板上如何连接 还不够我们解决问题 实际上 热敏电阻部分的电路图也非 常简单 是这样的 其中 R 就是热敏电阻 而 R1 总是不连接 Vref 通常是是 12V 电压 被 R 和 R2 分压得 到的 Vmeasured 的值经过 ADC 转换 就可以被单片机读取 那么如何计算热敏电阻的分 压 R2 是一个关键 不幸的是 在不同的电路板设计中 R2 有着不同的取值 我见过两 种不同的 Melzi 电路板 他们分别使用了 4 7K 和 10K 的阻值 后面我们就会看到 不同 的阻值 对应了不同的热敏电阻计算发放和温度 ADC 值对应表 不能搞错 第三节 热敏电阻的设置 第三节 热敏电阻的设置 Repetier firmware 上面讲了很多理论上的东西 那么如果我用 Prusa i3 3D 打印机 应该如何设置固件呢 这里我们以 Repetier firmware 和 Marlin 两种最常见的固件为例进行说明 如果你使用的是 Repetier firmware 请首先参考 打印虎原创 Repetier firmware 深度配 置图解教程 假如大家对它的在线配置工具已经初步了解 那么可以在 温度设置 一栏 找到这项设置 这个下拉框看似简单 但如果尝试使用 就会发现其中的玄机 我们先看一下其中的选项 都有哪些 如下图所示 首先 这个下拉列表中 先列出了一系列给定型号的热敏电阻 根据我的调查 虽然这些 型号在国内不好找 但应该是美国市场上常见的元件型号 这里面 有些型号非常的具体 清晰 比如第一项 Epcos 的 100K 热敏电阻 就列出了非常具体的型号 但另一些 比如 第二项热敏电阻 就只列出了一个非常模糊的名字 光看到名字 完全无法搞清楚它对应 的 beta 值 即使我使用一个 R0 200K 的热敏电阻 也无法确定使用这项设置就是正确 的 既然这些预定义选项的热敏电阻在国内不太常见 现在我们又不了解他们的情况 不如先 跳过 继续看后面的选项 这些预定义的热敏电阻 我们留到下一节再具体讨论 从 AD8494 这一行开始 就不是热敏电阻了 而是一些具有温度感应功能的芯片 我在国内 还没有见过配置这种测温芯片的 3D 打印机 同时我们这篇文章主要讨论热敏电阻 所以 这种类型也就略过不谈了 再接下来 是用户自定义表格 User defined table 当我们选择到这一个选项的时候 在页面底部会出现下图所示的一段 在这里 我们可以通过一个表格的形式 定义正在使用的热敏电阻 这里需要指定的数 值 包括了 R1 通常是 0 代表未连接 不是短路哦 R2 根据所使用的电路板具体 情况而定 以及一组温度 阻值的对应关系表 第一节已经谈到 这组温度 阻值的对应 关系表 有可能由元器件厂商在元器件数据手册中提供 每当加入一行数据之后 ADC 一 列会展现出自动计算出的 ADC 数值 虽然我们在这里填写的是温度 阻值对应表 但实际 生成的配置文件中 已经转化为温度 ADC 值关系表了 而根据图中的分压电路 温度 ADC 值关系表中的值 是与 R2 直接相关的 因此这里的 R2 的值必须填写正确 否则不 能计算出正确的温度 当然 有些热敏电阻的厂商 并没有在数据手册中直接给出温度 阻值对应关系表 而是按 照简化模型 直接给出了一组三个参数 T0 R0 和 beta 如果是这种情况 我们可以直接 使用下面的选项 通用热敏电阻表格 Generic thermistor table 就可以了 选择这个选 项之后 页面底部也会相应的变化 可以看到 在这种情况下 固件设置就不需要用户提供完整的温度 阻值对应关系表 而是 改为提供一组简化参数 如果你的热敏电阻厂商直接提供了 T0 R0 和 beta 参数 那么直 接填入也就可以了 这三个关键参数之后的的温度范围 Min Max Temperature 不会对 计算产生实际影响 只是确定了计算温度的最小和最大值 而最后的 R1 R2 前面已经介绍 过了 虽然不是热敏电阻的内部参数 同样也必须填写正确才能最终得到正确的温度值 第四节 热敏电阻的设置 第四节 热敏电阻的设置 Marlin 用过 Marlin 固件的朋友们都知道 Marlin 是没有类似于 Repetier firmware 的在线配置工 具的 配置 Marlin 固件 还必须使用更为原始的直接编辑配置文件的方法 相对要困难一 些 如果没有这方面的经验 首先请参考 打印虎原创 RepRap Prusa i3 3D 打印机固 件 Marlin firmware 配置教程 在对 Marlin 配置有了初步了解之后 可以在 Marlin 的配置 文件中发现这样一段 是直接与热敏电阻相关的 可以看出 这段其实与 Repetier firmware 配置工具中的下拉框内容类似 也是分为 1 负值是温度感应芯片 2 0 是未使用 3 100 以下是常用的热敏电阻 也就是我们这篇文章讨论的内容 4 100 以上是 Pt100 Pt1000 温度传感器 我没实际用过 不太清楚具体情况 需要的朋 友请自己查资料吧 最遗憾的一件事情 是 Marlin 似乎并不支持用户直接使用 T0 R0 以及 beta 值来定义一个 热敏电阻 这让事情变得麻烦了很多 下面 我们只有两个选择了 要么在预定义的热敏 电阻中选择一个并使用 要么自己列一个热敏电阻的温度 ADC 值表格并使用 先说使用预定义的热敏电阻 预定义的热敏电阻 每个都在 Marlin 中对应了一个温度 ADC 表格 这样的每个表格 实际上都对应了不同的 T0 R0 beta 这三个热敏电阻参数以 及 R2 这个电路参数 要想找到对应的表格 必须把这四项内容都对应上 如果没有完全 对应 测量出的温度 就肯定不是正确的 仔细看一下 configuration h 中提供的注释 再加上定义热敏电阻温度 ADC 值对应表格的 文件 thermistortables h 中提供的注释 就会发现上面提到的这四项参数在注释中给出的很 不全面 有些有 beta 值 有些没有给 有些指明了一种特定型号的热敏电阻 而另一些则 含糊其辞 因此 想全面利用这个表格 我感觉是很困难的 想找到表格中的各种热敏电 阻 在国内似乎也是困难重重 好在这个表格的其中一个选项 也就是选项 60 对应了最最常见的一种热敏电阻 经过我 们的分析和测试 这种热敏电阻 T0 25 R0 100k beta 3950 R2 4 7k 如果你的配置正 好是这个情况 那么恭喜你 你可以直接在 define TEMP SENSOR 0 和 define TEMP SENSOR BED 后面 填写 60 这个数字 否则 打印虎的建议是 不要使用预定义的表格了 这个表格 引起的麻烦会比你的实际收获多 好了 到此为止 如果你要用 Marlin 作为固件 并且使用了并非最常见的可以对应于选项 1 的热敏电阻作 那大概只剩下最后一条路可以走了 那就是自定义温度 ADC 表格 做这 件事需要几个步骤 第一步 创建温度 ADC 表格 第二步 给这个表格赋予一个编号 第三步 使用这个编号 参考 thermistortables h 文件中的各个表格 要创建一个温度 ADC 表格并不算特别困难 为了满足 C 语言的规范 我们自己创建的表格 也必须满足一定的要求 首先 表格的位 置 要放在这里 然后 表格要以 这样一行作为开头 要以 这样一行作为结尾 中间的部分 就是这个表格的数据了 同样参考已有的表格 左侧的数字 是由低到高的 ADC 值 右侧的数字 是由高到低的温度值 如果你的数据来源 是数据手册中提供的温度 阻值表 那么需要考虑到 R2 的分压效果 并把分压比例乘以 1024 这是 10 bit ADC 的精度 得到某一温度下阻值对应的 ADC 值 如果你的数据来源只有数据手册中列出的 T0 R0 以及 beta 值 那么反而好办些 可以利 用下一节中介绍的工具 从这三个参数计算得到整个表格 表格已经搞定了之后 我们要给这个表格赋予一个编号 我感觉 99 是一个合适的数字 因此把表格的第一行改为 这一步就完成了 最后 要使用这个编号 使用这个编号的方法也很简单 回到 configuration h 文件 把热 敏电阻的一段 修改为这样 当然 这里我们假设了你在挤出头和热床上使用了同样型号的热敏电阻 因此这两个地方 都使用了我们自定义的热敏电阻编号 99 如果你使用了两种不同的热敏电阻 那么你可能 还需要启用数字 98 再做一次自定义热敏电阻表格的工作 第五节 热敏电阻表格计算脚本的使用第五节 热敏电阻表格计算脚本的使用 在上两节我们已经看到 相比于 Repetier firmware 固件 Marlin 固件没有直接提供通过 T0 R0 以及 beta 值设置一个热敏电阻的方法 如果所使用的热敏电阻在预定义表格中不 存在 用户就必须通过一个自定义表格 设置一个热敏电阻 这对于只知道热敏电阻三参 数的朋友来说 显然是一个麻烦事 好在 RepRap org 提供了一个小工具 可以在一定程 度上帮助我们 这个工具叫做 createTemperatureLookup py 打印虎本地下载 百度云下 载 一个坏消息是这个工具是 Python 语言编写的 如果你用的是 Windows 则还需要另外安 装 Python 语言的运行环境 而且 这个脚本只兼容 Python 2 对于最新版本的 Python 3 则还需要一些修改才行 为了简化 我们这里还是用 Python 2 7 8 吧 打印虎本地下 载 百度云下载 准备好了环境 我们就可以运行了 在 Windows 中运行 cmd exe 进入命令行模式 在 命令行下 先切换到 createTemperatureLookup py 所在的目录 我的是 D work 目录 然后键入命令 C Python27 python exe createTemperatureLookup py t0 25 r0 100000 beta 3950 r1 0 r2 4700 这一行命令的参数 含义都很明确 包含了热敏电阻内部参数 T0 R0 和 beta 以及电路 上的参数 R1 和 R2 完全与上面我们的讨论相同 就不重复解释了 结果如图 好了 表格已经得到 同样地 左侧的数字 是由低到高的 ADC 值 右侧的数字 是由 高到低的温度值 与我们所需的状态完全匹配 如果用在 Marlin 中 唯一的不同是在文件 thermistortables h 中 左侧的值需要再 OVERSAMPLENR 这里可以理解为一个格式问 题 只要大家把格式搞对 最终就可以得到正确的结果了 第六节 第六节 Marlin 预置选项设置的对比预置选项设置的对比 上面几节 我们已经介绍并反复使用了在温度 阻值 以及温度 ADC 值 数据表 在已知 这个数据表 或者已知 T0 R0 beta 三项关键参数的情况下 我们已经可以正确配置 Repetier firmware 和 Marlin 固件 最后的这一节 我想讨论一下 Marlin 中预定义的数据 表 这纯粹是为了满足和虎哥我一样有好奇心的朋友 如果没有兴趣 就可以不再继续阅 读本文了 如果还有兴趣 那我们继续 话说 Marlin 固件中 列出了一大堆预定义的热敏电阻的温度 ADC 值对应表 根据注释 这些表格 有些我们知道热敏电阻的具体型号 有些知道了 关键的三个参数 T0 R0 和 beta 有些则更模糊 只知道其中部分信息 那么我们如何理 解这些预定义的热敏电阻表格呢 首先 上文已经谈到神奇的选项 60 它对应了最常见的一种热敏电阻 经过我们的分析和 测试 这种热敏电阻 T0 25 R0 100k beta 3950 R2 4 7k 我们看一下 60 对应的注 释 这里只提到了 R0 100k 以及 beta 3950 在 thermistortables h 中 还有更多的注释 所以这个表格 其实就是通过 createTemperatureLookup py 生成的 和我们在上一节所 举的例子完全一样 看到这里 你就知道我们为什么选择了 60 这个选项了吧 事实上 再深入研究 就会发现不仅选项 60 是最常见的热敏电阻 选项 7 选项 11 都 是 简单观察数字 其实还很难得到这个结论 如果你把这个表格绘制出来 情况就不同 了 看到这张图 是不是觉得很有趣 红色的点 是选项 7 绿色的点 是选项 11 蓝色的 点 是选项 60 可以看出 这三条由采样点构成的曲线 非常完美的匹配在了一起 简直 就是一条线 再看选项 7 的注释 和选项 11 的注释 可以看出几个特点 1 这三条曲线 数据来源确实不同 60 来自脚本计算的数据 7 和 11 应该是来自于各 自公司提供的数据手册 2 它们的 R2 都是 4 7k 电阻 3 它们的 beta 都在约等于 3950 其中 11 和 60 都等于 3950 而 6 根据数据手册 beta 3974 有些朋友 在设置热敏电阻的时候 图省事把选项设置为 1 那么 1 和 60 的差别有多大 呢 大家可以从下图得到一些启发 图中红色点是选项 1 绿色点是选项 60 可以看出 在低温区 这着两条曲线差别不大 但当加热到了 200 的时候 如果使用选项 1 但实际使用的热敏电阻是选项 60 的话 会 因为热敏电阻设置不当 报告为 180 左右 产生了不小的误差 最后 我们再比较一下当采用完全相同的热敏电阻 但电路板上的 R2 不同的时候 会产 生什么样的效果 下图两条曲线 都是同样的热敏电阻 T0 25 R0 100000 beta 3950 配合不同的 R2 时 会有这样的结果 图中红色点 R2 10K 而绿色点 R2 4 7K 从图中可见 整条曲线都发生了比较大的偏 移 这样 使用了不正确的配置 即使在低温区 也会发现明显的温度问题 第七节 结束语第七节 结束语 希望你把整篇文章看完之后 会感觉到对 3D 打印机热敏电阻设置的理解加深了很多 如 果下次再遇到热敏电阻的设置问题 你很有信心能够容易地解决掉 那就说明你已经很好 的掌握了这篇教程希望教给大家的东西 如果读完了之后一头雾水 那很可能是我们的教程讲的还不够清楚 也希望你能跟打印虎 联系 告诉我们你的问题 我们希望能持续改进教程 写的越来越清晰易懂 回顾一下 我们这篇教程中所需的文件都包括 文件名 描述 createTemperatureLookup py 热敏电阻表格计算脚本 python 2 7 8 msi Python 2 7 8 脚本运行环境 所有的这些软件包 都可以在这里下载到 打印虎本地下载 百度云下载 最后 祝大家玩机愉快 想查看本教程的最新版本 或是想看更多的打印虎教程 请访问 打印虎原创教程专区

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