🌡️ 🧤 🌥️ 恐竜を飼いならした、または私が3Dプリントラボのホストコントローラーを書いたとき 🚾 ⚒️ 📒

この記事では、Qt5で3Dプリンターを管理するためのフリーソフトウェアの開発経験、RepRap'amiとの通信の問題と機能、その他の喜びについてお話したいと思います。

この経験の結果が、3Dプリンター用の最小限の無料ホストコントローラーであるRepRaptorです。

猫の下に興味のある人を招待します。

ちょっとした背景

過去1年間、私は3Dプリンティングに非常に興味を持ち、3Dプリンティングだけでなく、無料のコンポーネントであるRepRapプロジェクトにも興味を持ちました。大学のリーダーシップが事業を支援し、今年中にMSTU MIREAでの私の考えと同様の努力が3D印刷ラボを開設しました。

すぐに問題が発生しました-既存のソフトウェアエコシステムには、作業に大きく干渉する欠陥がありました。したがって、独自のソフトウェアを作成することにより、これらの問題を解消することが決定されました。

既存のソフトウェアの作者を不注意に怒らせないために、特に多くの無料の3D印刷ソフトウェアには共通の問題があるため、指を突くことはしません。

それらはすべてインタプリタ言語で書かれており、弱いハードウェアでファイルを開いて解析するのに10分かかることがあります。
Monoで書かれたものも定期的に落ちて、たくさんのプラスチックを早急に終わらせます（おそらくMono自体のせいではなく、作者からのアセンブリへの最小限の注意です）。
インターフェイスにはほとんどコードが作成されていませんが、完全に冗長な機能があります（ミニマリズムをおforびします）。

Qtを選ぶ理由

それをすべて修正する方法は？より高速に動作し、できるだけシンプルにする言語でホストを記述するのは非常に簡単です。すぐに言ってやった。 Qtは偶然ではなく開発用に選ばれました。このすばらしいフレームワークは自由に配布されるだけでなく、C ++の痛みを伴うマルチプラットフォームなしでクロスプラットフォームアプリケーションを作成することもできます。また、最近私が定期的に使用したQSerialPortがフレームワークの公式部分になりました。

さらに、QtCreatorほど高速で便利なIDEを知りません。

すべてのウィンドウ、およびUi自体はQt WSIWYGエディターで.uiファイルを使用して作成されているため、インターフェイスに直接関連するものはすべて省略します。「フードの下」になります。

開始場所またはプリンターの話し方

通信するには、RepRapプロジェクトのコミュニティが長い間プロトコルとコマンドのリストを決定してきたため、さまざまなボード（Melzi、RAMPS 1.4、Teensylu、Gen7 1.5.1など）の動物園全体で作業する必要があります。任意のボードと通信するには、シリアルポートとGコードプロトコルが使用されます。

3Dプリンティングラボでは、友人と私はRepetierファームウェアを使用しています。これは、MarlinおよびTeacupファームウェアとともに、ほとんどの標準コードをサポートしています。

最初の失望はプロトコルです

シリアルRS-232ポートの仕様は広範で興味深いものですが、残念ながら、完全に使用されることはめったにありません。 USBを介してシリアルポートをエミュレートする場合、非常に多くの場合、データ転送を担当するTXおよびRXラインのみがマイクロコントローラーに接続されます。 DTR（接続リセット）などの回線は通常使用されません。これは悲しいことです。

ハードウェアベースのデータ転送制御の代わりに、RepRap互換プリンターは非常にシンプルなPingPongプロトコルを使用します。

プリンターは単純な待機ラインを報告します。
ホストは、改行で終わるGコードコマンドを送信します。
プリンターは、 Ok <行番号>という行でコマンドの受信を確認します。

次のようになります。

待って

G1 X10 Y10 Z10

わかった0

G1 X20 Y5 Z3

わかった0

「OK」の後に0に気づきましたか？これは行番号です。必要に応じて、チェックサムと行番号を使用できます

プリンターにコマンドを送信する：

N1 G1 X10 Y10 Z10 * cs

わかった1

N2 G1 X20 Y5 Z3 * cs

わかった2

csは、文字列の計算されたコントロールです。

原則として、チェックサムを印刷するために3DモデルをGコードに変換するコードジェネレーターは生成されませんが、これはホストの裁量に任されます。

プリンターにはバッファーがあり、そのサイズはほとんどの場合16コマンドです。

プロトコル実装

Qtには開発者の生活を楽にする優れた機能があります-シグナルとスロット。

SignalはC ++の新しい概念です。信号はスロットのようなクラスで宣言されます：

class Example : public QObject { Q_OBJECT public: Example(); signals: void exampleSignal(int); }

シグナルは何も返すことができないため、常にvoid型を持ち、引数の代わりにシグナルによって送信される変数の型が示されます。初期化する必要はありません。

シグナルは親クラスの任意のメソッドから呼び出され、非常に簡単です：

 emit exampleSignal(100);

そのような呼び出しの後、この信号に接続されたすべてのスロットは、接続の順序で最も早い機会に呼び出され、100の値が与えられます。

スロットとは何ですか？要するに、これは最も一般的なスロット宣言メソッドです。

 class Example2 : public QObject { Q_OBJECT public: Example(); public slots: void exampleSlot(int); }

信号をスロットに接続することも非常に簡単です。

 Example e1; Example2 e2; connect(&e1, SIGNAL(exampleSignal(int)), &e2, SLOT(exampleSlot(int)));

制限があります-信号とスロットは送信されたタイプと一致する必要があります。

信号とスロットがあれば、シリアルポートを介した通信用の非同期レシーバー/トランスミッターを非常に簡単に作成できます。

最も簡単な部分は読書です。

シリアルポートを介した通信を実装するには、前述のQSerialPort（「プリンター」と呼ばれるインスタンス）を使用します。これは、ポートで情報を受信するたびに呼び出されるreadyRead（）信号を持ちます。必要なのは、クラスにスロットを作成することだけです。この信号が表示されたら呼び出して、接続して待機します。何を読みますか？上記のように、私たちは主にokとwaitの答えに興味があります。コードは非同期に実行され、プリンタにはバッファがあるため、送信時に送信できる量を知るために、受け入れた行数をどこかに保存する必要があります。それらは変数「readyRecieve」に保存されます。

スロット：

 void MainWindow::readSerial() { if(printer.canReadLine()) //   ,      { QByteArray data = printer.readLine(); //   if(data.startsWith("ok")) readyRecieve++; //     else if(data.startsWith("wait")) readyRecieve = 1; //   ,     -   1  printMsg(QString(data)); // ,      } }

さて、レセプションを整理しました。そして、送信についてはどうですか？ここにプロトコルの欠陥があります。データを受信する準備ができていることを示すハードウェアコマンドはありません。つまり、QSerialPortには対応する信号がありません。タイマーで送信します。 Qtのタイマーはとてつもなく簡単かつ便利に動作します-QTimerクラスのインスタンスを作成し、このタイマーによって実行されるタイムアウト（）信号をスロットに接続し、タイマー（start.ms）を開始します。後で、PCのパフォーマンスに応じて、最適な間隔は1〜5ミリ秒であることがわかりました。ところで、間隔0をタイマーとして指定した場合、Qtに空き時間があればすぐに実行されます。

また、ユーザーからのコマンドまたはファイルのいずれかを送信することにも言及する価値があります。ファイルの解析は、通常のファイルの配列への読み込みと、コメントから完全に行をフィルター処理することになります（プリンターに大量に送信し、メモリーを乱雑にしないため）。この部分を省略することにしました。ファイルの行の配列はgcodeと呼ばれます。

実装の送信：

 void MainWindow::sendNext() { if(injectingCommand && printer.isWritable() && readyRecieve > 0) //     { sendLine(userCommand); //   (userCommand   injectingCommand      ) readyRecieve--; //  ,     injectingCommand=false; //  ,      return; //   } else if(sending && !paused && readyRecieve > 0 && !sdprinting && printer.isWritable()) //,      { if(currentLine >= gcode.size()) //    { sending = false; //    -       currentLine = 0; //      ui->sendBtn->setText("Send"); //  ui->pauseBtn->setDisabled("true"); //  ui->filelines->setText(QString::number(gcode.size()) //  + QString("/") + QString::number(currentLine) + QString(" Lines")); return; //   } sendLine(gcode.at(currentLine)); //    -    currentLine++; //      readyRecieve--; //   ui->filelines->setText(QString::number(gcode.size()) //     + QString("/") + QString::number(currentLine) + QString(" Lines")); ui->progressBar->setValue(((float)currentLine/gcode.size()) * 100); //  } }

さて、あなたはシリアルポートを扱いましたか？まだです。また、エラーをキャッチする必要があります。これを行うために、信号とスロットに再び頼ります。今回は、QSerialPortインスタンスからのエラー信号（SerialPort :: SerialPortErrorエラー）をリッスンします。

 void MainWindow::serialError(QSerialPort::SerialPortError error) { if(error == QSerialPort::NoError) return; //  -   if(printer.isOpen()) printer.close(); //      -     ,     if(sending) paused = true; // -    -     ui->connectBtn->setText("Connect"); //  ui->sendBtn->setDisabled(true); //  ui->pauseBtn->setDisabled(true); //  ui->controlBox->setDisabled(true); //  ui->consoleGroup->setDisabled(true); //  qDebug() << error; //       QString errorMsg; //      switch(error) { case QSerialPort::DeviceNotFoundError: errorMsg = "Device not found"; break; case QSerialPort::PermissionError: errorMsg = "Insufficient permissions\nAlready opened?"; break; case QSerialPort::OpenError: errorMsg = "Cant open port\nAlready opened?"; break; case QSerialPort::TimeoutError: errorMsg = "Serial connection timed out"; break; case QSerialPort::WriteError: case QSerialPort::ReadError: errorMsg = "I/O Error"; break; case QSerialPort::ResourceError: errorMsg = "Disconnected"; break; default: errorMsg = "Unknown error\nSomething went wrong"; break; } ErrorWindow errorwindow(this, errorMsg); //     errorwindow.exec(); }

プリンターの不正確な処理は、恐竜%% username％を混乱させます。

ホストをよりスマートにする

コマンドのボタンを取り出します

ファイルをシリアルポートに送信し、プロトコルを正しく保持する方法を学びましたが、これは完全なホストには不十分です。ファイルを1行ずつ送信する機能に加えて、ユーザーが自分でコマンドを送信できるようにする必要があります。両方とも手で駆動され、インターフェースのボタンに表示されます。

どのチームを表示する必要がありますか？異なる既存のプログラムの作者の意見は異なりますが、最大値を推測しようとしました。

アイコンはまだありませんが、将来のリリースで確実に表示されます。これらのボタンのほとんどの実装は非常に簡単です。

 void MainWindow::homeall() { injectCommand("G28"); }

以前に学習した方法であるinjectCommandメソッドも、コード送信者の実装において非常に簡単です。

 void MainWindow::injectCommand(QString command) { injectingCommand = true; //    userCommand = command; //  }

追加データを取得します

RepRapは厳しいDIYです。とても厳しいので、何でも起こります：

セットアップ中に常にプリンタが正常に動作することを確認できるわけではありません。非常に重要な値の1つは温度であり、それを監視することが不可欠です。プリンターの一部のユーザーは、操作情報を表示するディスプレイを持っていますが、すべてではありません。さらに、プリンタから物理的に離れたり、間違った角度になったりすると、ディスプレイが読み取れなくなります。それが温度を表示する必要がある理由であり、高速であるほど良いです。

温度の下で、要素の個別のグループを定義します

彼女を認識する方法は？加熱中、プリンターはコマンドの受け入れを停止し、 OKまたは待機の代わりに温度の送信を開始します。温度バーは次のようになります。

T：196.94 / 210 B：23.19 / 0 B @：0 @：4

人間には読みやすいが、解析にはあまり便利ではない。最初のバージョンでは、情報を受信するスロットでこの行を直接解析しましたが、テストでは、このスロットで行を直接解析するとプログラムが非常に遅くなることが示されました。 RepRaptorが書かれた主な理由の1つは速度であるため、最近までスレッドの操作を避けようとしました。マルチスレッドは、マルチコアシステムでのソフトウェアの作業を完全に高速化しますが、鉄ではすべてがバラ色ではありませんでした。ただし、選択の余地はありませんでした。分析または接続自体を別のスレッドに転送する必要がありました。妥協することに決めました-分析を別のストリームに転送し、ユーザーが温度チェックを無効にできるようにします。

Qtでのマルチスレッドの実装方法は？とても快適です。別のスレッドを作成する方法はいくつかあります。本格的な方法はQThreadを使用してスレッドを作成することですが、単純な行解析に本格的なスレッドは必要ないため、別の方法を使用します。解析関数を引数とともにQFutureオブジェクトに渡し、監視します。これは次のように行われます-最初に、QFutureを監視し、そのステータスを通知するクラスであるQFutureWatcherのインスタンスを作成する必要があります。次に、解析関数を記述する必要があります。関数は1つの変数のみを返すことができるため、温度を転送するための特別なタイプを作成することにしました。

 typedef struct { double e, b; } TemperatureReadings;

そして解析関数：

 TemperatureReadings MainWindow::parseStatus(QByteArray data) { QString extmp = ""; //      QString btmp = ""; //      for(int i = 2; data.at(i) != '/'; i++) //   { extmp+=data.at(i); } for(int i = data.indexOf("B:")+2; data.at(i) != '/'; i++) //   { btmp+=data.at(i); } TemperatureReadings t; te = extmp.toDouble(); //    tb = btmp.toDouble(); return t; //  }

今では、この機能を機会にストリームに与えるだけです（自動受信機能に追加のチェックを挿入します）：

 //.... else if(checkingTemperature && data.startsWith("T:")) // ,    { QFuture<TemperatureReadings> parseThread = QtConcurrent::run(this, &MainWindow::parseStatus, data); //  QFuture (QtConcurrent::run   QFuture   parseStatus) statusWatcher.setFuture(parseThread); //   QFuture  ui->tempLine->setText(data); //    } //...

信号を接続するためのスロットを作成し、QFutureWatcherから関数の結果を送信するだけです。

 void MainWindow::updateStatus() { TemperatureReadings r = statusWatcher.future().result(); //    ui->extruderlcd->display(re); //  ui->bedlcd->display(rb); sinceLastTemp.restart(); //     }

これで、プリンタから温度が通知されるたびに、この行が解析され、インターフェイスにきれいに表示されます。

問題は、プリンター自体が加熱中にのみ送信することですが、M105の温度を確認するコマンドを送信することにより、いつでも送信できるように依頼することができます。いくつかの条件が満たされたら、タイマーで送信します。前と同じように、送信機能用の新しいタイマーと、その信号に接続するための新しいスロットを作成します。今回は、タイマーをより大きな値、たとえば1500msに設定します。

 void MainWindow::checkStatus() { if(checkingTemperature && //  .... (sinceLastTemp.elapsed() > statusTimer.interval()) //      ,   && statusWatcher.isFinished()) injectCommand("M105"); //     ,    M105 }

誰かがこれらのチェックは不要であると言うかもしれませんが、Asus EEEPC 900AXでプリンターを制御し、同時にハブを読みたい場合、これは必要です。

SDカードからの印刷

3Dプリンター用の多くの典型的なボードには、SDカードスロットが組み込まれているか、そのようなスロットを接続する方法があります。この印刷方法は、いつでもプリンターから切断して離れることができるため、好ましい方法です。ただし、特に多くの細かい部分を印刷する場合は、毎回SDカードを引き出すのが面倒です。もちろん、シリアルポート経由でファイルを転送することもできますが、この方法でファイルを転送することは、それ自体を印刷するよりもほとんど時間がかかりません。

いずれの場合でも、ホストはSDカードを操作できる必要があります。つまり、次のことを意味します。

ファイルリストを取得する
ファイルを選択
印刷ファイル
印刷を一時停止する
進捗を報告する

そして、それはより多くの解析を意味します！しかし、今回は、ファイルのリストをポーリングするとき、パフォーマンスについて心配することはできません-この時点では重要ではありません。ファイルのリストを表示するには、ダイアログが必要です。ファイルを含む行の配列をダイアログに転送し、1つのファイルを返します。同時に、プログラムがSDで印刷モードであることをプログラムに通知します。

SD上のファイルのリストを開始するホストに行が来るたびに、ファイルのリストを含むダイアログを開きます。これを行うには、受信機を再度変更します。

 //... if(readingFiles) //   { if(!data.contains("End file list")) sdFiles.append(data); //    -      else { readingFiles = false; //   emit sdReady(); //      } } //... else if(data.startsWith("Done")) sdprinting = false; //  Done -   SD  else if(data.startsWith("SD printing byte") && sdWatcher.isFinished()) //  SD  { QFuture<double> parseSDThread = QtConcurrent::run(this, &MainWindow::parseSDStatus, data); //     sdWatcher.setFuture(parseSDThread); //   } else if(data.contains("Begin file list")) //   SD  { sdFiles.clear();    readingFiles = true; // ,    } //...

読み取りメソッドは各行に対して呼び出されるため、フラグが必要です。

まず、ダイアログを開くために、シグナルを送信します。彼自身に。はい、同じオブジェクトのスロットに信号を接続することもできます。

この信号に接続するスロット：

 void MainWindow::initSDprinting() { SDWindow sdwindow(sdFiles, this); connect(&sdwindow, SIGNAL(fileSelected(QString)), this, SLOT(selectSDfile(QString))); sdwindow.exec(); }

その後、インターフェイスを印刷モードにする必要があります。これを行うには、オプションのsdprintingフラグを導入しました。 SDカードからの印刷ステータスは、温度と同様の方法でチェックされます。

ソフト-大衆へ

私がGitHubをどれほど愛していても、誰もが自分でソフトウェアを構築することを好むわけではありません。クロスプラットフォームにもかかわらず、Qtはフレームワークであり、クロスコンパイル環境ではありません。つまり、Linux-amd64プラットフォームのバイナリに加えて、Linux-i386、Windows 32、およびOSX 64のバイナリも必要です。最初の2つは単純です-必要なセットをQtCreatorに追加するだけです。 Windows 32とOSX 64はどうですか？後者では-何もありません。試しましたが、手を洗います。 OSXで何かをビルドする唯一の方法は、OSXでそれを行うことです。残念ながら、これは法的に不可能です。

Debianとそのパッケージ

私は、開発中のお気に入りのLinux Mint用のパッケージを構築したかったのです。最初はPPA用のパッケージを構築したかったのですが、最終的にはQt静的ライブラリで収集する必要があるという結論に達しました。したがって、最初にパッケージを収集する必要がありました。なぜ静的リンクなのか？すべてが非常に単純です-MintのベースとなっているUbuntu 14.04でも、ソースではQt 5.2.1のみが使用可能です。異なるシステムでの最初の2つのリリースのテスト中に、新しいバージョンで修正されたQSerialPortのバグが修正されたため、すべてを最新バージョンで出荷することが決定されました。さらに、Qt wikiには、静的にリンクされたライブラリが多少速く動作すると書かれています。

手作業でパッケージをビルドするのは非常に簡単です。インストールするすべてのファイルを含むDebianファイルシステムのディレクトリツリーが含まれている必要があります。宛先システムでメニュー項目を取得するために.desktopファイルを作成したので、必要なパッケージのバージョンをビルドするための小さなbashスクリプトを作成しました。

 #!/bin/bashcd # $1 -       mkdir repraptor-$1-1-i386 mkdir repraptor-$1-1-amd64 mkdir repraptor-$1-1-i386/DEBIAN/ mkdir repraptor-$1-1-i386/usr/ mkdir repraptor-$1-1-i386/usr/local/ mkdir repraptor-$1-1-i386/usr/local/bin mkdir repraptor-$1-1-i386/usr/local/share mkdir repraptor-$1-1-amd64/DEBIAN/ mkdir repraptor-$1-1-amd64/usr/ mkdir repraptor-$1-1-amd64/usr/local/ mkdir repraptor-$1-1-amd64/usr/local/bin cp ../RepRaptor-linux32/RepRaptor repraptor-$1-1-i386/usr/local/bin/repraptor cp ../RepRaptor-linux64/RepRaptor repraptor-$1-1-amd64/usr/local/bin/repraptor cp share repraptor-$1-1-i386/usr/local/ -r cp share repraptor-$1-1-amd64/usr/local/ -r echo "Package: repraptor Version: $1-1 Section: base Priority: optional Architecture: i386 Maintainer: [Hello Habr!] Description: RepRaptor A Qt RepRap gcode sender/host controller" > repraptor-$1-1-i386/DEBIAN/control echo "Package: repraptor Version: $1-1 Section: base Priority: optional Architecture: amd64 Maintainer: [Hello Habr!] Description: RepRaptor A Qt RepRap gcode sender/host controller" > repraptor-$1-1-amd64/DEBIAN/control dpkg-deb --build repraptor-$1-1-i386 dpkg-deb --build repraptor-$1-1-amd64

ディレクトリツリーを作成し、アイコンと.desktopファイルをコピーしてから、パッケージマネージャーのパッケージの説明を生成し、必要なバージョンを挿入するだけです。

WindowsおよびMXE

OSのパッケージを収集することと、他の人のパッケージを収集することの1つです。ここでは、ツールキット-アセンブリ用のツールセットが必要です。幸いなことに、Windowsには優れたMinGWがあり、Linuxには同等の優れたMXEがあります。これは、無料のライブラリを使用したクロスコンパイル用の環境マネージャーです。

インストールはとてつもなく簡単です-MXEのクローンを作成し、必要なライブラリを指定します。

 git clone https://github.com/mxe/mxe.git cd mxe make qtbase qtserialport

その後、あなたは安全にコーヒーを飲みに行くことができます-これらすべてを組み立てるにはかなりの時間がかかります。

アセンブリが完了したら、Windowsでプロジェクトを自動的にビルドするスクリプトを作成できます。

 #!/bin/bash #   MXE  PATH export PATH=/home/neothefox/src/mxe/usr/bin:$PATH #   rm -rf RepRaptor-win32 #        git clone https://github.com/NeoTheFox/RepRaptor RepRaptor-win32 cd RepRaptor-win32 # Makefile   QtCreator    /home/neothefox/src/mxe/usr/bin/i686-w64-mingw32.static-qmake-qt5 RepRaptor.pro make # ZIP       cp LICENCE release/ cd release zip RepRaptor-$1-win32.zip RepRaptor.exe LICENCE #       mv RepRaptor-$1-win32.zip ../../RepRaptor-$1-win32.zip

シンプルで陽気な。 Wineでパフォーマンスを簡単に確認できます。

結論

これを始めたとき、私は単純なGコードファイル送信を書くことを望んでいましたが、それはそれ以上何もしませんが、夕方にそれを管理する予定でした。しかし、よくあることですが、プロジェクトは当初の計画を超えており、現在はさらに多くのものです。まだやることがたくさんあります-少なくとも同じEEPROMグラフィックエディター（これは非常に不足しています）と、チェックサムのサポートです。

ただし、すでにRepRaptorを使用すると、ASUS EEEPCをプリンターの安定したホストとして安全に使用できます。これは、他のホストでは実現できませんでした。さて、私のQtの知識は間違いなく改善されましたが、依然として最適化の余地があります。

この記事はまた、私自身が毎日使用している最初の安定バージョンである0.2のリリースについても説明しています。

ご清聴ありがとうございました！私の経験がお役に立てば幸いです。

最後に-テスト中に印刷されたオブジェクトの軍隊は次のとおりです。

参照資料

最初の安定バージョン

Reprap wiki

Github

恐竜を飼いならした、または私が3Dプリントラボのホストコントローラーを書いたとき