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(xiàng)目中使用的熱敏打印頭主要是兩種：FTP-628MCL103 （2英寸。對(duì)應(yīng)項(xiàng)目：1210/1230, 1510, 1240）和FTP-638MCL101（3英寸。對(duì)應(yīng)項(xiàng)目：1310）。對(duì)打印頭的控制可以說是一個(gè)熱敏打印機(jī)的最核心部分。本文將對(duì)電機(jī)、加熱、 報(bào)警等方面的各種控制方式做一個(gè)簡單的敘述。電機(jī)控制FTP系列打印頭使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制。所謂步進(jìn)電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)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(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)， 而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這 一線性關(guān)系

2、的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)， 交流 電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方 可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許 多專業(yè)知識(shí)。628與639兩種打印頭在電機(jī)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(gè)引腳用于控制步進(jìn)電機(jī)。下圖給出了控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)序圖。 原 理并不復(fù)雜，用于控制電機(jī)相位的 4個(gè)信號(hào)線（A, B, nA, nB）需依次加電。 一個(gè)完整的周期可以分為8個(gè)部分

3、，對(duì)應(yīng)電機(jī)的相位分別應(yīng)該在 A, AB, B, BnA, nA, nAnB , nB, nBA。要實(shí)現(xiàn)這樣的時(shí)序也不是難事。目前我們采用過 兩種方法來實(shí)現(xiàn)。1. 使用定時(shí)器來控制。系統(tǒng)內(nèi)置一個(gè)定時(shí)器（定時(shí)器周期為1/4點(diǎn)行周期），再設(shè)置一個(gè)以8為模的累加器。每次定時(shí)器觸發(fā)根據(jù)當(dāng)前累加 器的值對(duì)4根信號(hào)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(gè)固定周期和占空比的方波信號(hào)。如果有4路相同的MethodPWM信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)固定延時(shí)后分別啟動(dòng)（從圖中可以直觀的看出， 延時(shí)為1/4電機(jī)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(shí)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(huì)自行工作，控制程序會(huì)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(dòng)，電機(jī)速度就被固定了。需要頻繁改變電機(jī)速度時(shí)4個(gè)PWM很難完全協(xié)調(diào)，容易出現(xiàn)電機(jī)失步的情況。另一方面， PWM控制方式需要使用 4個(gè)PWM輸出（實(shí)際上為了同步還需要第五個(gè) PWM接外部中斷），很浪費(fèi)系統(tǒng) 資源（不少CPU只有4個(gè)PWM）。而定時(shí)器方式僅使用一個(gè)內(nèi)部中斷即可。所以，目前而言，我們主要使用定時(shí)器的方式來控制打印頭電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。大的控制方式確定下來之后，

5、還會(huì)有一些細(xì)節(jié)上的問題。首行停留問題我們把電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1圈對(duì)應(yīng)8個(gè)相位標(biāo)志為（1, 2,8）,同時(shí)我們假設(shè)目 前電機(jī)靜止在1相位。電機(jī)現(xiàn)在要由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)，那么很自然的下個(gè)相位應(yīng)該 是2,我們需要對(duì)2相位對(duì)應(yīng)的信號(hào)線加電；下個(gè)周期再為3相位加電。如 果我們假設(shè)的前提成立（電機(jī)靜止時(shí)在 1相位），那這個(gè)步驟是正確的。但是， 我們?nèi)绾文鼙ＷC電機(jī)靜止時(shí)一定會(huì)在 1相位呢？任何晃動(dòng)，或者人為的拉紙都會(huì) 導(dǎo)致電機(jī)相位變化，而我們程序里只有一個(gè)累加器來標(biāo)志電機(jī)的相位，事實(shí)上并沒有實(shí)時(shí)檢測電機(jī)相位的方法。那唯一的方法就是在每次由靜止啟動(dòng)的時(shí)候， 都 要確保電機(jī)相位在一個(gè)我們知道的地方， 所以正確的步驟是，每次啟

6、動(dòng)應(yīng)該首先 對(duì)1相位加電足夠長的時(shí)間以保證電機(jī)初相位即使不在1,也有足夠的時(shí)間回到1,之后再按上面的步驟啟動(dòng)。上面為了方便論述，將1個(gè)電機(jī)周期（8個(gè)相位）看作一個(gè)打印周期。但實(shí) 際上，對(duì)于FTP打印頭，電機(jī)走過4個(gè)相位就已經(jīng)是一個(gè)點(diǎn)行了。 1個(gè)電機(jī)周期 對(duì)應(yīng)的是2個(gè)點(diǎn)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(gè)起始相位。這個(gè)是需要注意的。啟動(dòng)加速問題根據(jù)富士通給出的建議，打印頭電機(jī)不應(yīng)直接從靜止就達(dá)到最高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的 狀態(tài)。而應(yīng)該逐步加速。因此在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候必須設(shè)計(jì)一個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的問題只能實(shí)現(xiàn)正常走紙，打印還是需

7、要實(shí)現(xiàn)對(duì)打印頭加熱 點(diǎn)的控制。對(duì)于2英寸的打印頭，橫向有384個(gè)加熱點(diǎn)；對(duì)于3英寸則有576個(gè)加熱點(diǎn)。 對(duì)于加熱點(diǎn)的控制被抽象成對(duì)一個(gè)緩存的寫入。 FTP打印頭內(nèi)置一段緩存，緩存 內(nèi)用1個(gè)bit表示一個(gè)加熱點(diǎn)是否加熱。因此在加熱之前，我們需要將馬上要打 印的那個(gè)點(diǎn)行的數(shù)據(jù)通過串行方式寫入到打印機(jī)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(dāng)前，需要明確的是，數(shù)據(jù)必須在電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就盡快寫入，通常會(huì)在啟動(dòng)的第一個(gè)相位加電的同時(shí)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(gè)加熱線加電就可以實(shí)現(xiàn)加熱的。經(jīng)過測試，對(duì)于3英寸的打印頭，576個(gè)點(diǎn)同時(shí)加熱會(huì)使瞬間電流峰值達(dá)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(hù)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(diǎn)分成了若干 “組”。628有6個(gè)STB （6組），638有5個(gè)STB和2個(gè)AEO （共9組）分另控制。因此，在某一個(gè)時(shí)刻，我們只能對(duì)其中的某幾組進(jìn)行加熱。分組加熱的原則是，在降低瞬間電流（減少某時(shí)刻同時(shí)加熱點(diǎn)數(shù)）的同時(shí)， 還要保證各組可以基本均勻的加熱。由于便攜式打印機(jī)體積、成本等問題的限制， 一般對(duì)打印頭的供電上沒有恒流器件，因此分組不均勻會(huì)導(dǎo)致同一行中出現(xiàn)字跡 深淺不一的情況。這個(gè)需要經(jīng)過大量測試來確定。報(bào)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(hào)，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(biāo)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(diǎn)的溫度，在溫度過熱時(shí)需要程序上暫停打印以實(shí)現(xiàn)打印頭 保護(hù)。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(gè)光感傳感器。由于是光敏器件，在有強(qiáng)光照射時(shí)會(huì)使讀到的數(shù)值變化很大。以1310的打印頭 傳感器信號(hào)經(jīng)過adc轉(zhuǎn)換后得到的值為例，正常狀態(tài)時(shí)，有紙：值在 500700 范圍內(nèi)波動(dòng)；黑標(biāo)：100150左右；缺紙：1530左右。但在有強(qiáng)光直射時(shí)（陽 光直射），缺紙狀態(tài)下讀到的值的范圍會(huì)擴(kuò)大到 15400甚至更大，這已經(jīng)覆蓋 了黑標(biāo)范圍。在這種情況下，黑標(biāo)和缺紙會(huì)誤判。所以必須在軟件上加以設(shè)計(jì)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(gè)閾值區(qū)分有紙和 缺紙（包括黑標(biāo)）兩種狀態(tài)，而黑標(biāo)和缺紙則通過軟件程序來實(shí)現(xiàn)，即，當(dāng)檢測 值小于設(shè)定閾值時(shí)，可判為非正常狀態(tài)，之后繼續(xù)走紙（如