熱敏打印頭控制原理

1、熱敏打印頭控制方式淺談目前我們項目中使用的熱敏打印頭主要是兩種：FTP-628MCL103 （2英寸。對應(yīng)項目：1210/1230, 1510, 1240）和FTP-638MCL101（3英寸。對應(yīng)項目：1310）。對打印頭的控制可以說是一個熱敏打印機的最核心部分。本文將對電機、加熱、 報警等方面的各種控制方式做一個簡單的敘述。電機控制FTP系列打印頭使用步進電機進行轉(zhuǎn)動控制。所謂步進電機，是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)， 而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這 一線性關(guān)系

2、的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機， 交流 電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方 可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許 多專業(yè)知識。628與639兩種打印頭在電機上并無區(qū)別。根據(jù)打印頭資料，可以知道，打 印頭排線有4個引腳用于控制步進電機。下圖給出了控制電機轉(zhuǎn)動的時序圖。 原 理并不復(fù)雜，用于控制電機相位的 4個信號線（A, B, nA, nB）需依次加電。 一個完整的周期可以分為8個部分

3、，對應(yīng)電機的相位分別應(yīng)該在 A, AB, B, BnA, nA, nAnB , nB, nBA。要實現(xiàn)這樣的時序也不是難事。目前我們采用過 兩種方法來實現(xiàn)。1. 使用定時器來控制。系統(tǒng)內(nèi)置一個定時器（定時器周期為1/4點行周期），再設(shè)置一個以8為模的累加器。每次定時器觸發(fā)根據(jù)當前累加 器的值對4根信號線分別加電。2. 使用PWM來控制。許多CPU都支持PWM輸出。用PWM可以很容易的產(chǎn)生一個固定周期和占空比的方波信號。如果有4路相同的MethodPWM信號再經(jīng)過一個固定延時后分別啟動（從圖中可以直觀的看出， 延時為1/4電機周期）。IOne Kot line Esritationsequenc

4、e(H: ON, L: OFF)ABAB可以說，這兩種控制方式各有利弊。使用定時器方式不如使用 PWM方式走紙平穩(wěn)，而且，PWM 一旦設(shè)置好后 會自行工作，控制程序會簡便很多。但 PWM由于其本身的精度和一些缺陷，導(dǎo) 致PWM 一旦啟動，電機速度就被固定了。需要頻繁改變電機速度時4個PWM很難完全協(xié)調(diào)，容易出現(xiàn)電機失步的情況。另一方面， PWM控制方式需要使用 4個PWM輸出（實際上為了同步還需要第五個 PWM接外部中斷），很浪費系統(tǒng) 資源（不少CPU只有4個PWM）。而定時器方式僅使用一個內(nèi)部中斷即可。所以，目前而言，我們主要使用定時器的方式來控制打印頭電機的轉(zhuǎn)動。大的控制方式確定下來之后，

5、還會有一些細節(jié)上的問題。首行停留問題我們把電機轉(zhuǎn)動1圈對應(yīng)8個相位標志為（1, 2,8）,同時我們假設(shè)目 前電機靜止在1相位。電機現(xiàn)在要由靜止狀態(tài)啟動，那么很自然的下個相位應(yīng)該 是2,我們需要對2相位對應(yīng)的信號線加電；下個周期再為3相位加電。如 果我們假設(shè)的前提成立（電機靜止時在 1相位），那這個步驟是正確的。但是， 我們?nèi)绾文鼙ＷC電機靜止時一定會在 1相位呢？任何晃動，或者人為的拉紙都會 導(dǎo)致電機相位變化，而我們程序里只有一個累加器來標志電機的相位，事實上并沒有實時檢測電機相位的方法。那唯一的方法就是在每次由靜止啟動的時候， 都 要確保電機相位在一個我們知道的地方， 所以正確的步驟是，每次啟

6、動應(yīng)該首先 對1相位加電足夠長的時間以保證電機初相位即使不在1,也有足夠的時間回到1,之后再按上面的步驟啟動。上面為了方便論述，將1個電機周期（8個相位）看作一個打印周期。但實 際上，對于FTP打印頭，電機走過4個相位就已經(jīng)是一個點行了。 1個電機周期 對應(yīng)的是2個點行周期。所以如果我們將1相位作為假設(shè)的起始相位，那5相位 同樣也是一個起始相位。這個是需要注意的。啟動加速問題根據(jù)富士通給出的建議，打印頭電機不應(yīng)直接從靜止就達到最高運轉(zhuǎn)速度的 狀態(tài)。而應(yīng)該逐步加速。因此在程序設(shè)計的時候必須設(shè)計一個加速表， 使速度由 靜止平穩(wěn)增加到最大速度。加熱控制解決了電機轉(zhuǎn)動的問題只能實現(xiàn)正常走紙，打印還是需

7、要實現(xiàn)對打印頭加熱 點的控制。對于2英寸的打印頭，橫向有384個加熱點；對于3英寸則有576個加熱點。 對于加熱點的控制被抽象成對一個緩存的寫入。 FTP打印頭內(nèi)置一段緩存，緩存 內(nèi)用1個bit表示一個加熱點是否加熱。因此在加熱之前，我們需要將馬上要打 印的那個點行的數(shù)據(jù)通過串行方式寫入到打印機的緩存里。如何寫入數(shù)據(jù)這里就 不贅述了，我們假設(shè)數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入緩存。當前，需要明確的是，數(shù)據(jù)必須在電機開始轉(zhuǎn)動時就盡快寫入，通常會在啟動的第一個相位加電的同時就寫入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寫入緩存后，并不是簡單的通過給一個加熱線加電就可以實現(xiàn)加熱的。經(jīng)過測試，對于3英寸的打印頭，576個點同時加熱會使瞬間電流峰值達到 1

8、1A, 絕大多數(shù)鋰電池可以承受的瞬間電流只有 6A左右，一次加熱很可能導(dǎo)致電池被 保護而掉電。通過閱讀資料，我們發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TP打印頭將所有的加熱點分成了若干 “組”。628有6個STB （6組），638有5個STB和2個AEO （共9組）分另控制。因此，在某一個時刻，我們只能對其中的某幾組進行加熱。分組加熱的原則是，在降低瞬間電流（減少某時刻同時加熱點數(shù)）的同時， 還要保證各組可以基本均勻的加熱。由于便攜式打印機體積、成本等問題的限制， 一般對打印頭的供電上沒有恒流器件，因此分組不均勻會導(dǎo)致同一行中出現(xiàn)字跡 深淺不一的情況。這個需要經(jīng)過大量測試來確定。報警控制打印頭檢測主要包括：紙張檢測、打印頭

9、溫度檢測和壓桿檢測。溫度檢測和 紙張檢測都是模擬信號，需要接到adc上轉(zhuǎn)換成數(shù)字值后來判斷。壓桿檢測只需 要接到普通的io 口上或者外部中斷上即可。紙張檢測主要判斷紙張的狀態(tài)，包括：缺紙、黑標和正常。一般最好可以配合壓桿檢 測一起來判斷。壓桿檢測用來判斷打印頭壓桿是否彈起，可以檢測紙倉是否被打開。溫度檢測檢測打印頭加熱點的溫度，在溫度過熱時需要程序上暫停打印以實現(xiàn)打印頭 保護。壓桿和溫度檢測都很簡單，需要注意的是溫度檢測與紙張檢測一樣，分壓電 阻應(yīng)采用1 %精度的精密電阻。紙張檢測是比較麻煩。紙張檢測依賴于至于打印頭一邊的一個光感傳感器。由于是光敏器件，在有強光照射時會使讀到的數(shù)值變化很大。以1310的打印頭 傳感器信號經(jīng)過adc轉(zhuǎn)換后得到的值為例，正常狀態(tài)時，有紙：值在 500700 范圍內(nèi)波動；黑標：100150左右；缺紙：1530左右。但在有強光直射時（陽 光直射），缺紙狀態(tài)下讀到的值的范圍會擴大到 15400甚至更大，這已經(jīng)覆蓋 了黑標范圍。在這種情況下，黑標和缺紙會誤判。所以必須在軟件上加以設(shè)計來 排除這些可能的誤判。目前采用的比較合適的方法是，設(shè)定一個閾值區(qū)分有紙和 缺紙（包括黑標）兩種狀態(tài)，而黑標和缺紙則通過軟件程序來實現(xiàn)，即，當檢測 值小于設(shè)定閾值時，可判為非正常狀態(tài)，之后繼續(xù)走紙（如