CNC Shield V4 для Nano
3 оси · съёмные драйверы · Grbl
CNC Shield V4 — плата расширения для классической Arduino Nano, которая объединяет три гнезда шаговых драйверов и разъёмы периферии настольного ЧПУ. Подходит для учебного станка, плоттера или небольшого гравера с управлением по STEP/DIR. Прошивку Grbl исполняет установленная Nano; сам шилд служит для подключения двигателей, драйверов и сигналов управления.
Модульная основа небольшого станка: Nano выполняет программу, а шилд соединяет её с драйверами и периферией.
Отдельные гнёзда X, Y и Z для управления координатами станка.
Nano и драйверы выбираются и заменяются как отдельные компоненты.
Grbl позволяет согласовать шаги, направления, скорости и базирование с механикой.
Из каких частей собирается контроллер
В центральные колодки устанавливают совместимую Nano на ATmega328P с логикой 5 В, в три соседних гнезда — драйверы осей X, Y и Z. Двигатели подключают к четырёхконтактным разъёмам соответствующих каналов. Компьютер отправляет G-код через USB самой Nano.
Такой вариант удобен для модульной сборки: контроллер и драйверы можно выбирать и заменять отдельно. Для работы понадобятся Nano, подходящие драйверы, источник питания и проводка. Современные Nano Every, Nano 33 и Nano ESP32 не становятся совместимыми только из-за похожей формы — у них отличаются микроконтроллер, логические уровни или программная поддержка.
Основные возможности
| Параметр | Практический смысл |
|---|---|
| Формат | Шилд под классическую Arduino Nano; отдельного процессора нет |
| Оси | 3 канала X, Y, Z |
| Драйверы | Гнёзда под совместимые модули STEP/DIR, например A4988 |
| Моторы | Двухфазные биполярные шаговые двигатели; ток ограничивается установленным драйвером |
| Настройка микрошагов | Три группы перемычек под драйверами; фактические уровни проверяются для исполнения V4 |
| Периферия | Выводы концевиков, управляющих сигналов и I²C; часть функций использует общие контакты |
| Связь с ПК | Через USB установленной Nano |
| Прошивка | Сборка Grbl с картой выводов, соответствующей шилду |
Особенности V4, которые важно учесть
Для части распространённых V4 под Nano разработчик GRBL-Plotter описывает переставленные линии STEP/DIR и некорректную разводку микрошаговых перемычек. Поэтому готовый файл Grbl для обычной Uno нельзя считать гарантированно подходящим. Перед прошивкой сравните документацию экземпляра или прозвоните соединения при полностью отключённом питании.
Если номера STEP и DIR отличаются, нужна сборка прошивки с соответствующей картой выводов. Параметры инверсии Grbl меняют полярность сигнала, но не переставляют контакты. Аналогично, присутствие трёх перемычек ещё не доказывает выбранный микрошаг: важны реальные уровни на MS1/MS2/MS3 и таблица самого драйвера.
Питание и драйверы
Питание моторов подаётся отдельно от USB. Для этого класса шилдов типовой вариант — источник 12 В DC; перед подключением сверяют полярность разъёма и схему питания конкретного экземпляра. Не переносите на Nano-шилд диапазон 12–36 В из описаний CNC Shield V3 для Uno: цепь питания Nano и установленные компоненты могут иметь другие ограничения.
Установите драйверы только при снятом питании, совместив обозначения VMOT, GND, EN, STEP и DIR. Обратная установка опасна для Nano и модулей. Ток задают по инструкции драйвера и параметрам двигателя; размеры корпуса NEMA не определяют требуемый ток. Например, формула Vref зависит от микросхемы и сопротивления измерительных резисторов, поэтому общей формулы для шилда нет.
Модулям нужен подходящий теплоотвод. Рабочий ток в корпусе без обдува может быть заметно ниже предельного значения микросхемы. Разъёмы моторов нельзя переставлять на включённом станке.
Концевики, PWM и дополнительные сигналы
В стандартной конфигурации Grbl 1.1 с переменной скоростью шпинделя D11 используется для PWM, а вход концевика Z — D12. Старые обозначения колодок могут относиться к другой версии Grbl. Сверяйте реальный контакт Nano, а не только надпись Z на шилде.
Сигнал PWM является логическим выходом и подключается к совместимому внешнему интерфейсу инструмента. Он не питает двигатель шпинделя или лазер. Для силовой нагрузки нужен соответствующий драйвер/модуль управления. Выведенный I²C также не означает свободные контакты при любой прошивке: стандартный Grbl использует A5 для Probe, поэтому функции нужно согласовать.
Первый запуск и проверка масштаба
- Сверьте ориентацию Nano, распиновку драйверов и схему питания; проверьте линии STEP/DIR и перемычки V4.
- Загрузите согласованную сборку Grbl в Nano, подключитесь к COM-порту и сохраните параметры $$.
- Без рабочего инструмента проверьте короткое движение каждой оси и направление вращения.
- Задайте шаги на миллиметр по мотору, микрошагу и передаче, затем измерьте реальное перемещение.
- Проверьте концевики и только после этого настройте базирование, рабочий ход, скорость и ускорение.
В формуле используется перемещение гайки за полный оборот, а не расстояние между соседними витками многозаходного винта. После смены микрошагов значение $100, $101 или $102 тоже меняют.
Что проверить перед покупкой
Основное изделие — CNC Shield V4. Nano, драйверы и двигатели не следует считать входящими в комплект без отдельного указания; на фотографии они не установлены. При подборе корпуса учитывайте высоту Nano, модулей с радиаторами и доступ к USB. Этот шилд подходит для проекта, где пользователь готов согласовать распиновку и прошивку, а не ожидает универсальной замены готового промышленного контроллера.
Документация Grbl · Стандартная карта выводов ATmega328P · Замечания разработчика GRBL-Plotter о V4
