GRBL 控制板 — 電路接駁 DIY

對 於 DIY 新 手 來 說 ,接 駁 電 線 其 實 也 是 一 大 難 題 。會 不 會 接 錯 ?接 錯 會 不 會 燒 了 ?其 實 完 全 唔 需 要 懷 疑 ,接 錯 就 九 成 九 會 燒 的 ,哈 哈 哈 。

GRBL controller with relay

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300W spindle motor set

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今 日 我 就 以 一 個 「帶 有 繼 電 器 的 GRBL 控 制 板 」,以 及 一 個 「300W 可 調 轉 速 風 冷 主 軸 套 裝 」來 示 範 一 下 電 線 要 如 何 接 駁 吧 。

上 面 的 電 路 可 以 分 成 幾 個 獨 立 的 部 分 。第 一 部 分 是 220V 交 流 電 的 部 分 ( 啡 = live 火 線 、藍 = neutral 中 性 線 、黃 = earth 水 線 ),這 是 給 2 個 開 關 電 源 ( switching power supply ) 供 電 用 的 。這 部 分 最 好 用 粗 一 點 的 電 線 ( 0.75mm2 或 以 上 ),而 且 接 駁 點 和 絕 緣 也 要 做 好 一 點 。

我 加 了 一 個 帶 開 關 和 fuse 的 電 源 插 座 ,這 樣 我 可 以 用 一 條 普 通 的 電 腦 電 源 線 就 為 整 台 雕 刻 機 供 電 。

10A 250V Power Socket with Fuse

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第 二 個 部 分 就 是 給 GRBL 控 制 板 供 電 ( 12V,紅 = 正 極 、黑 = 負 極 )。GRBL 控 制 板 需 要 12V 電 源 ,所 以 就 有 那 個 12V 10A 的 開 關 電 源 。GRBL 控 制 板 上 面 是 一 個 DC 5.5*2.1mm 插 座 ,所 以 我 們 就 要 有 一 個  DC 5.5*2.1mm 的 插 頭 。

你 可 以 買 獨 立 的 插 頭 自 己 焊 接 ,但 更 方 便 是 買 一 些 附 有 接 線 的 ,基 本 上 附 帶 1m – 1.5m 接 線 的 已 經 很 夠 用 。DC 頭 附 帶 的 接 線 要 選 粗 一 點 的 ,因 為 12V 電 源 ,是 供 電 給 除 了 主 軸 摩 打 以 外 的 所 有 裝 置 的 ,包 括 CNC 控 制 板 、三 個 步 進 摩 打 、散 熱 風 扇 、甚 至 是 激 光 頭 等 等 。例 如 我 的 電 源 有 12V 10A,使 用 下 面 這 種 0.75mm2 就 剛 剛 好 。更 大 電 流 的 話 就 要 選 1mm2 或 以 上 的 電 線 。

DC 5.5 * 2.1 接 頭 帶 線

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第 三 個 部 分 就 給 主 軸 摩 打 供 電 ( 48V,紅 = 正 極 、黑 = 負 極 )。這 個 部 分 是 先 要 由 48V 開 關 電 源 ,輸 出 到 GRBL 控 制 板 上 面 的 主 軸 輸 入 ,然 後 再 由 GRBL 控 制 板 的 輸 出 ,輸 出 到 主 軸 摩 打 。因 為 主 軸 套 裝 的 可 調 開 關 電 源 沒 有 輸 出 電 壓 顯 示 ,所 以 我 就 自 己 加 了 一 個 電 壓 錶 。例 如 把 電 壓 調 到 36V,那 主 軸 摩 打 的 轉 速 就 是 9000 轉 。電 壓 錶 的 接 法 是 並 聯 ,可 以 接 到 主 軸 摩 打 ,又 或 者 開 關 電 源 的 輸 出 。

DC 5-120V voltmeter

深 圳 芯 得 利 电 子 企 业 店 — DC5V-120V直 流 数 显 电 压 表 ( ¥7.80)

第 四 部 分 ,就 是 X 軸 、Y 軸 、Z 軸 的 42 步 進 馬 達 。這 個 部 分 反 而 最 簡 單 ,因 為 我 用 的 步 進 馬 達 的 接 線 都 已 經 接 駁 好 接 頭 。坊 間 也 有 很 多 已 經 接 駁 好 不 同 接 頭 的 接 線 。一 般 4 個 針 腳 的 叫 法 就 是 A+、A-、B+、B-。

Stepper motor pinout

很 多 步 進 摩 打 都 會 如 上 圖 般 指 示 那 一 個 顏 色 的 線 代 表 那 一 個 針 腳 。而 GRBL 控 制 板 上 亦 有 像 下 圖 般 註 明 針 腳 的 。

GRBL controller board

但 我 有 一 點 懷 疑 ,不 同 品 牌 的 步 進 摩 打 ,和 不 同 廠 家 的 GRBL 控 制 板 ,針 腳 的 順 序 和 顏 色 未 必 是 完 全 相 同 的 。所 以 如 果 要 自 己 駁 線 的 話 ,最 好 先 詳 細 看 看 兩 者 的 針 腳 定 義 才 好 。

Cable for stepper motor

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第 五 個 部 分 ,就 是 使 用 GRBL 控 制 板 上 面 的 12V 電 源 輸 出 ( 標 示 為 Fan ) 去 接 駁 其 他 東 西 ,例 如 散 熱 風 扇 ,又 或 者 照 明 LED 燈 。

搞 清 楚 電 路 之 後 ,就 是 實 際 接 駁 電 線 。驟 眼 看 以 為 很 容 易 ,但 原 來 是 很 麻 煩 ,而 且 十 分 混 帳 的 。因 為 就 是 這 麼 一 個 小 小 的 電 路 ,當 中 使 用 的 接 線 端 子 ( wire connectors / wire terminals ),竟 然 就 已 經 有 五 六 種 ,而 且 每 一 種 接 線 端 子 都 有 不 同 的 接 駁 工 具 ( 壓 線 鉗 ,wire crimper ),究 竟 為 什 麼 世 界 上 要 有 這 麼 多 的 接 線 端 子 呢 ?

不 過 ,在 學 習 使 用 不 同 的 接 線 端 子 之 前 ,有 一 樣 野 係 必 須 既 ,就 係 剝 線 。一 般 人 偶 爾 要 剝 一 次 線 ,通 常 就 用 一 把 剪 刀 。但 笨 手 笨 腳 的 我 經 常 性 就 直 接 把 電 線 剪 斷 了 ,特 別 是 DIY 常 用 的 幼 電 線 。

剝 線 鉗

拓 佳 家 居 专 营 店 — 剥 线 钳 (¥ 6.75)

如 果 想 剝 電 線 剝 得 靚 仔 一 點 ,買 個 剝 線 鉗 是 不 錯 的 選 擇 。最 平 的 剝 線 鉗 其 實 唔 駛 十 蚊 就 有 ,就 像 上 圖 這 一 種 ,不 過 我 自 己 覺 得 呢 種 唔 係 咁 好 用 ,依 然 常 常 剝 斷 線 。

鷹 咀 剝 線 鉗

波 斯 工 具 进 货 店 — 鹰 嘴 剥 线 钳 ( ¥22.68)

我 自 己 喜 歡 用 貴 一 點 點 的 ( 其 實 鴨 街 雜 牌 也 不 過 廿 幾 蚊 ),上 面 這 種 「鷹 咀 / 鴨 咀 剝 線 鉗 」。它 的 好 處 是 全 自 動 ,唔 駛 理 電 線 的 粗 幼 ,夾 一 下 就 自 動 剝 好 線 。它 後 面 有 個 旋 鈕 ,可 以 調 節 鬆 緊 ,如 果 剝 唔 到 皮 ,就 調 緊 一 些 ,如 果 剝 斷 線 ,就 調 鬆 一 些 。

主 軸 摩 打 的 插 簧 端 子

第 一 種 接 線 端 子 ,是 主 軸 摩 打 上 用 的 ,叫 「插 簧 端 子 」( blade connectors )。我 這 款 主 軸 摩 打 是 外 置 碳 刷 的 ,方 便 更 換 。外 置 碳 刷 的 主 軸 摩 打 大 多 數 都 用 上 插 簧 端 子 ,因 為 這 個 插 簧 端 子 實 際 上 是 連 在 碳 刷 上 的 。

插 簧 端 子 + 透 明 護 套

常 見 的 「插 簧 端 子 」有 三 種 寬 度 ( 插 片 的 寬 度 ),分 別 是 6.3mm、4.8mm、2.8mm。300W 主 軸 電 機 上 用 的 多 數 就 是 4.8mm。而 220V AC 電 源 插 座 背 面 的 ,亦 同 樣 是 4.8mm 插 簧 端 子 。

電 源 插 座

插 簧 端 子 有 專 用 的 壓 線 鉗 ,但 當 然 你 也 可 以 用 自 己 普 通 鉗 子 來 壓 ,但 壓 出 來 的 牢 固 程 度 是 不 能 相 比 的 。而 且 接 駁 位 駁 得 唔 好 ,電 阻 是 會 大 增 的 。

SN-28B 壓 線 鉗

壓 線 鉗 的 效 果

菱 诺 家 居 专 营 店 — 压 线 钳 6.3/4.8/2.8插 簧 钳 冷 压 接 线 裸 端 子 钳 (¥ 35)

第 二 種 端 子 ,是 開 關 電 源 上 的 screw terminal block,叫 barrier terminal block ( 柵 欄 式 接 線 端 子 )。

開 關 電 源 上 的 barrier terminal blocks

這 一 種 terminal blocks,很 多 人 都 會 用 螺 絲 直 接 上 實 電 線 ,但 這 樣 其 實 不 算 很 牢 固 。比 較 好 的 做 法 是 使 用 「圓 形 絕 緣 端 子 」( insulated ring terminals ) 或 者 「叉 形 絕 緣 端 子 」( insulated spade or fork terminals )。

insulated ring terminals

insulated spade terminals

圓 形 和 叉 形 絕 緣 端 子 也 有 不 同 大 小 的 ,這 個 大 小 是 按 電 線 的 粗 幼 來 分 的 。如 果 你 不 清 楚 自 己 電 線 的 規 格 ,又 或 者 你 會 使 用 好 多 不 同 粗 幼 的 電 線 ,那 坊 間 亦 有 一 些 套 裝 有 齊 不 同 大 小 和 顏 色 的 。

端 子 套 裝

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圓 形 和 叉 形 絕 緣 端 子 也 有 專 用 的 壓 線 鉗 。

SN-02C

SN-02C 的 效 果

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第 三 種 端 子 ,就 是 GRBL 控 制 板 上 ,在 繼 電 器 旁 邊 ,給 主 軸 摩 打 供 電 的 terminal blocks。但 它 們 跟 開 關 電 源 的 terminal blocks 不 同 ,是 另 一 種 screw terminal,叫  Fixed Wiring PCB Terminal Blocks ( PCB 端 子 )。

PCB terminal blocks

很 多 時 遇 到 這 一 種 接 口 時 ,我 們 也 會 直 接 把 電 線 塞 入 去 ,上 實 螺 絲 就 算 。但 其 實 我 們 可 以 用 一 種 管 形 端 子 ( cable end-sleeves ) 壓 實 電 線 的 ,這 樣 即 使 多 次 拔 插 電 線 都 唔 容 易 損 壞 。

Insulated cable end-sleeves

管 形 絕 緣 端 子 也 有 專 用 的 壓 線 鉗 ,下 面 這 種 壓 出 來 是 四 方 形 。管 形 絕 緣 端 子 的 壓 線 鉗 是 最 多 變 化 的 ,壓 出 來 的 形 狀 有 四 方 形 ,有 六 角 形 ,也 有 扁 形 的 。

管 形 端 子 壓 線 鉗 HSC8 6-4

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第 四 種 端 子 就 是 XH 端 子 ,亦 即 是 GRBL 控 制 板 上 面 的 2 pin 風 扇 電 源 ,和 4 pin 的 X、Y、Z軸 步 進 摩 打 的 接 口 。XH 端 子 是 一 間 叫 JST ( Japan Solderless Terminal ) 的 日 本 公 司 生 產 的 ,JST 出 產 了 很 多 被 廣 泛 使 用 的 接 口 ,例 如 XH 系 列 、PA 系 列 、PH 系 列 等 等 。所 以 有 時 候 稱 呼 XH 端 子 時 會 加 上 JST 在 前 頭 ,並 加 上 針 腳 的 間 距 在 後 尾 ,就 是 JST XH 2.5mm 的 樣 子 。

現 在 互 聯 網 都 喜 歡 稱 它 為 XH 2.54mm ,但 其 實 是 誤 傳 ,因 為 真 正 的 XH 端 子 的 距 離 其 實 是 2.50mm。( 2.54mm = 1/10 inch,是 十 分 常 用 的 針 腳 間 距 ,例 如 IC 常 見 的 DIP 封 裝 、麵 包 板 的 針 腳 間 距 ,都 是 2.54mm )

JST XH 2.5 端 子

XH 端 子 有 不 同 的 針 腳 數 ,由 2 pin 到 10 pin ,甚 至 更 多 都 有 。購 買 的 時 候 ,那 個 插 頭 ( 一 般 我 們 DIY 都 是 用 插 頭 為 主 ,插 座 大 多 數 是 焊 在 PCB 之 上 ) 和 簧 片 是 可 以 分 開 買 的 。因 為 插 頭 是 reusable 的 ,簧 片 夾 完 就 不 能 再 用 。

XH 端 子 的 簧 片 和 插 簧 端 子 其 實 很 類 似 ,很 多 人 都 會 直 接 用 插 簧 端 子 的 壓 線 鉗 來 壓 ,但 是 XH 端 子 其 實 是 比 較 細 而 且 短 的 ,所 以 XH 端 子 其 實 也 有 自 己 專 用 的 壓 線 鉗 。

SN-01BM 壓 線 鉗

大 维 仪 表 工 具 — 压 接 钳 SN-01BM压 线 钳 ( ¥55)

近 年 坊 間 也 有 一 些 壓 線 鉗 ,號 稱 是 SN-01BM 和 SN-28B 的 合 體 。就 是 可 以 壓 XH 等 小 端 子 和 2.8 + 4.8 的 插 簧 端 子 。不 過 我 也 未 用 過 ,不 知 道 效 果 如 何 。

SN-2549 壓 線 鉗

Deep Colors 虞 城 MOD — 4口 电 脑 端 子 压 线 钳 子 SN-2549 ( ¥75,線 切 割 鉗 口 )

最 後 一 種 端 子 就 是 GRBL 控 制 板 上 面 的 DC 接 口 。DC 插 頭 有 很 多 種 ,其 中 十 分 常 見 的 就 是 DC 5.5 * 2.1mm。它 的 意 思 就 是 外 徑 是 5.5mm,內 徑 是 2.1mm。

DC 5.5 * 2.1 mm

DC 插 頭 跟 上 面 的 端 子 很 不 一 樣 ,因 為 前 面 介 紹 的 端 子 都 是 用 壓 線 鉗 壓 的 ,統 稱 為 冷 壓 接 線 端 子 ( crimp terminals / crimp connectors )。而 DC 插 頭 ,就 要 用 電 烙 鐵 來 焊 接 。

DC 插 頭 ,焊 接

如 果 覺 得 要 用 電 烙 鐵 很 煩 ,就 可 以 買 我 前 面 介 紹 ,附 帶 有 接 線 的 DC 插 頭 。

其 實 GRBL 控 制 板 上 面 還 有 一 種 接 線 端 子 的 ,叫 杜 邦 端 子 ( dupont connectors )。杜 邦 端 子 在 電 腦 底 板 和 電 子 零 件 上 都 十 分 常 見 。杜 邦 端 子 的 膠 殼 和 簧 片 也 是 可 以 分 開 買 的 ,膠 殼 可 以 重 用 ,但 簧 片 壓 了 就 不 能 再 用 。杜 邦 端 子 也 有 不 同 的 針 腳 數 ,比 較 特 別 的 是 ,杜 邦 端 子 的 針 腳 是 可 以 排 列 成 兩 層 的 ,例 如 電 腦 主 板 上 的 USB 2.0 端 子 就 是 5P x 2 的 樣 子 。

杜 邦 端 子

在 前 面 介 紹 的 這 一 款 GRBL 控 制 板 上 面 ,使 用 了 2P 杜 邦 端 子 的 接 口 有 4 個 ,分 別 是 對 刀 ( Probe )、X 軸 限 位 開 關 ( limit switch )、Y 軸 限 位 開 關 和 Z 軸 限 位 開 關 。杜 邦 端 子 的 壓 線 鉗 和 XH 端 子 是 一 樣 的 ,其 實 很 多 這 些 小 型 端 子 都 可 以 共 用 壓 線 鉗 的 。不 過 談 這 幾 種 配 件 有 些 離 題 了 ,如 果 大 家 有 興 趣 ,我 再 另 文 詳 述 吧 。

GRBL 控 制 板

經 過 一 輪 努 力 ,完 成 之 後 就 是 下 面 這 個 樣 子 。

ctleung張 先 生 ,男 性 ,肖 龍 。
職 業 :I.T. Consultant
簡 介 :不 好 好 讀 書 ;七 尺 差 五 寸 ,手 長 過 膝 ,雙 耳 垂 肩 ;性 寬 和 ,寡 言 語 ,喜 怒 不 形 於 色 。據 說 少 時 曾 斬 白 蛇 於 鳳 凰 山 下 ……
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