RP2040 Input Shaper Hardware

In Anlehnung an https://klipper.discourse.group/t/raspberry-pi-pico-adxl345-portable-resonance-measurement/1757

• Fysetc
  https://github.com/FYSETC/FYSETC-PortableInputShaper
  https://de.aliexpress.com/item/1005006079473058.html direkt an Nozzle
• BTT
  https://github.com/bigtreetech/ADXL345
  https://github.com/bigtreetech/LIS2DW
• Mellow 3D
  https://mellow-3d.github.io/fly_adxl345_usb_general.html
• Provok3d Nozzle Adxl (STM32 !)
  https://provok3d.com/product/nozzle-adxl-board/?v=0a10a0b3e53b
• Fly3d Drucker CNC V6 Düsen Halter
  https://de.aliexpress.com/item/1005006425869823.html

• RP2040 + ADXL Sensor
• https://www.printables.com/de/model/586008-nozzle-bracket-for-adxl345-accelerometer

• mit kurzen Kabeln (~ 20cm) initial testen um Verbindungsprobleme zu vermeiden
• Im nächsten Schritt dann mit längeren Kabeln testen.
  • Die Kabel sollten mindestens gedrillt sein.
  • Einige nutzen auch geschirmtes CAT 6a Kabel
• Grundsätzlich sollte das Kabel so kurz wie eben möglich sein, um Verluste und Störungen gering zu halten.

• Der ADXL345 Chip braucht für den Betrieb 3,3V. Er ist nicht 5V kompatibel!
• Durch den Spannungsregler (meist ein IC mit 5 Pins) kann das Board mit 5V versorgt werden. Der ADXL wird dann mit den 3,3V des Spannungsreglers betrieben.
• Boards ohne Spannungsregler dürfen nicht mit 5V betrieben werden, da sonst der ADXL zerstört wird.
• Boards mit Spannungsregler funktionieren in der Regel auch, wenn sie mit 3,3V an VCC betrieben werden. Am ADXL liegen dann eher 2,8-3,0V an, was aber kein Problem darstellt.
• Faustregel Boards immer erst mit 3,3V testen!

• Der ADXL ist so designed das er normalerweise mit 3,3V Signalen arbeitet.
• Auch die STM32, RP2040, Raspberry Pi, … arbeiten im Normalfall mit diesen Spannungen.
• Es gibt aber Controller wie mit 5,0 oder gar geringeren Spannungen wie 1,8V arbeiten. Und hier kommen dann Levelshifter zum Einsatz, die ein Signal in beide Richtungen umformen können.
• Im Bereich des 3D Druck sind ADXL Boards mit Level Shifter in der Regel unnötig. Sollte man doch ein Board mit Levelshifter haben, sollten beide Spannungsversorgungen mit 3,3V belegt werden.
• Wird ein Levelshifter mit 5V betrieben kann dies einen Controller zerstören, der nur mit 3,3V arbeitet!
• Levelshifter sind in der Regel zu erkennen an zwei kleinen 3 Pin Mosfets nahe den Signalleitungen.

• Einige ADXL Boards werden mit I2C anstatt SPI ausgeliefert. I2C ist aber (ohne 400kbit/s fast mode) zu langsam um die 3200 Samples/s für die Resonanz Messung zu liefern.
• Diese Boards verfügen oft über zusätzliche Pullup Widerstände an den Signalleitungen (SDA, SCL). Es ist möglich die Boards umzulöten. (Siehe Klipper Github Issue #3637)
  
• Grundsätzlich sollte man aber darauf achten eine SPI Version zu kaufen.

• Kein Spannungsregler, kein Levelshifter
  
  https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Accelerometer/ADXL345-BreakoutBoard-v13.pdf
• Spannungsregler, kein Levelshifter
  
  https://www.roboter-bausatz.de/media/image/c1/f0/e2/GY-291-Schaltplan.jpg
• Spannungsregler, Levelshifter
  
  https://learn.adafruit.com/adxl345-digital-accelerometer/downloads

• cd ~/klipper
• make menuconfig
  

  [*] Enable extra low-level configuration options
      Micro-controller Architecture (Raspberry Pi RP2040)  --->
      Bootloader offset (No bootloader)  --->
      Flash chip (W25Q080 with CLKDIV 2)  --->
      Communication interface (USB)  --->
      USB ids  --->
  ()  GPIO pins to set at micro-controller startup

  • Mit Q und dann Y beenden
• make clean && make -j4
• Die Boot Taste gedrückt halten (!) und den USB-C Stecker anschließen.
  • Meistens haben die Boards eh nur eine Taste. Sollten es zwei Tasten sein, muss man schauen was Boot und was Reset ist.
• dmesg im Terminal eingeben
  

  [126509.556147] usb 1-1.4: new full-speed USB device number 13 using dwc_otg
  [126509.688730] usb 1-1.4: New USB device found, idVendor=2e8a, idProduct=0003, bcdDevice= 1.00
  [126509.688767] usb 1-1.4: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
  [126509.688783] usb 1-1.4: Product: RP2 Boot
  [126509.688795] usb 1-1.4: Manufacturer: Raspberry Pi
  [126509.688807] usb 1-1.4: SerialNumber: E0C9125B0D9B
  [126509.689785] usb-storage 1-1.4:1.0: USB Mass Storage device detected
  [126509.690375] scsi host0: usb-storage 1-1.4:1.0
  [126510.727183] scsi 0:0:0:0: Direct-Access     RPI      RP2              3    PQ: 0 ANSI: 2
  [126510.727877] sd 0:0:0:0: Attached scsi generic sg0 type 0
  [126510.728901] sd 0:0:0:0: [sda] 262144 512-byte logical blocks: (134 MB/128 MiB)
  [126510.729746] sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is off
  [126510.729766] sd 0:0:0:0: [sda] Mode Sense: 03 00 00 00
  [126510.730619] sd 0:0:0:0: [sda] No Caching mode page found
  [126510.730636] sd 0:0:0:0: [sda] Assuming drive cache: write through
  [126510.744971]  sda: sda1
  [126510.746027] sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI removable disk

  Es muss sowas am Ende stehen … Product: RP2 Boot, Manufacturer: Raspberry Pi

  • Wird kein Board gefunden, dann kann der Speichertyp (Flash Chip) falsch sein. In dem Fall welchseln auf GENERIC:
    

    ( ) W25Q080 with CLKDIV 2
    (X) GENERIC_03H with CLKDIV 4

• Das Board mit Klipper flashen
  make flash FLASH_DEVICE=2e8a:0003
• Das Board sollte sich dann schon mit Klipper melden …
  ls -lR /dev/ | grep -v '\->\s../tty' | grep -e 'tty[[:alpha:]]' -e serial
  

  /dev/serial:
  /dev/serial/by-id:
  lrwxrwxrwx 1 root root 13 Jan 22 20:26 usb-Klipper_rp2040_E66138935F3C6B28-if00 -> ../../ttyACM0
  /dev/serial/by-path:
  lrwxrwxrwx 1 root root 13 Jan 22 20:26 platform-3f980000.usb-usb-0:1.4:1.0 -> ../../ttyACM0

  • Wenn nicht einfach mal USB raus und wieder rein und fertig

Ob das Board korrekt mit Klipper läuft, lässt sich mit folgendem Befehl schnell testen:
~/klippy-env/bin/python ~/klipper/klippy/console.py /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_E6625C05E7A17228-if00

Der Pfad am Ende muss natürlich mit dem übereinstimmen was ihr im vorherigen Schritt ermittelt habt!

Wenn ihr ein connected am Anfang des Textes seht, ist das Board richtig geflasht.

Der RP2040 verfügt theoretisch über 7 nutzbare SPI Ports. Dafür sind aber meistens nicht alle Pins rausgeführt, oder Pins haben eine unglückliche Doppelbelegung.
spi0d und spi1c sind nur eingeschränkt verfügbar / nutzbar!

Hinweis
Wenn Software SPI verwendet wird, können beliebige gpio Pins verwendet werden!
Bei den Kaufversionen sind die Pins allerdings fest vorgegeben!

• Eigene Konfigurations-Datei für den ADXL anlegen
  

  adxl345.cfg

  [mcu RP2040]
  serial         : /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_E66138935F717729-if00
  baud           : 250000
  restart_method : command
  
  [resonance_tester]
  accel_chip     : adxl345      # adxl345 / lis2dw
  probe_points   : 150, 150, 20 # an example of the center of the bed, check yours
  
  [adxl345]
  # [lis2dw]
  axes_map       : x,y,z        # Default
  # axes_map       : x,z,y        # Installed with vertical ADXL
  # axes_map       : x,-z,y       # Fysetc Portable Input Shaper
  # axes_map       : -y,x,-z      # BTT LIS2DW V1.0 
  
  cs_pin         : RP2040:gpio1
  # Hardware SPI Bus
  spi_bus        : spi0a
  
  # Software SPI Bus
  # spi_software_sclk_pin: RP2040:gpio10
  # spi_software_mosi_pin: RP2040:gpio11
  # spi_software_miso_pin: RP2040:gpio12

• folgende Anpassungen sind nötig:
  • seriellen Port eintragen
  • Den Chip Typ accel_chip anpassen
  • Die Bettmitte bei probe_points ggf. ändern
  • Evtl. die axes_map anpassen
  • Den Bus korrekt konfigurieren mit cs_pin und spi_bus (bzw. spi_software_…)

Es ist möglich, mehrere ADXL an einem Controller zu betreiben, z.B. für Drucker mit beweglichem Bett. In dem Fall werden die Achsen über unterschiedliche ADXL vermessen.
https://www.klipper3d.org/Measuring_Resonances.html#bed-slinger-printers

Eine Konfiguration dafür könnte so aussehen

[mcu RP2040]
serial         : /dev/serial/by-id/usb-Klipper_rp2040_E66138935F717729-if00
baud           : 115200       # 250000
restart_method : command

[resonance_tester]
accel_chip_x   : adxl345 hotend
accel_chip_y   : adxl345 bed
probe_points   : 150, 150, 20 

[adxl345 hotend]
cs_pin         : RP2040:gpio1
spi_bus        : spi0a

[adxl345 bed]
cs_pin         : RP2040:gpio5
spi_bus        : spi0b

• in der MainSail Konsole mittels
  ACCELEROMETER_QUERY
  Als Ergebnis sollte in etwa sowas kommen:
  accelerometer values (x, y, z): -1110.308913, 1184.329507, 11414.822920
• Sollte der Test folgenden Fehler bringen ist die Verkabelung oder die Konfiguration falsch!
  Invalid adxl345 id (got 0 vs e5)

https://www.klipper3d.org/Measuring_Resonances.html#installation-instructions

Grundsätzlich sollte der ADXL345 so nah wie möglich an der Nozzle platziert werden. Am besten direkt an der Nozzle montiert …

• Klipper Dokumentation
  https://www.klipper3d.org/Measuring_Resonances.html
• Klipper with ADXL345 + Raspberry Pi clone (RP2040 zero)
  https://travis90x.altervista.org/klipper-adxl345-raspberry-pi-rp2040-zero/?doing_wp_cron=1708409012.1427578926086425781250
• Connect your ADXL345 to your host Raspberry Pi via a RP2040-Zero
  https://github.com/bassamanator/rp2040-zero-adxl345-klipper
• ADXL Nozzle Mount
  https://www.teamfdm.com/files/file/720-adxl345-nozzle-mount/
• Fysetc Input Shaper
  https://github.com/FYSETC/FYSETC-PortableInputShaper/tree/main
• Discourse
  https://klipper.discourse.group/t/raspberry-pi-pico-adxl345-portable-resonance-measurement/1757
• Beschleunigungssensor ADXL345 hinzufügen
  https://de.ifixit.com/Anleitung/Beschleunigungssensor+ADXL345+hinzuf%C3%BCgen/147745
• Vergleich der Position
  https://www.youtube.com/watch?v=ufmUmeDnr0Y