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(shuō)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(jiǎn)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(kāi)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(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上

2、步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)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(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)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(zhuān)業(yè)知識(shí)。 628與639兩種打印頭在電機(jī)上并無(wú)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

3、可以分為8個(gè)部分，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(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1 使用定時(shí)器來(lái)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(lái)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PWM信號(hào)再經(jīng)過(guò)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）。可以說(shuō)，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

4、一旦設(shè)置好后會(huì)自行工作，控制程序會(huì)簡(jiǎn)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(lái)控制打印頭電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。大的控制方式確定下來(lái)之后，還會(huì)有一些細(xì)節(jié)上的問(wèn)題。首行停留問(wèn)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)

5、，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(lái)標(biāo)志電機(jī)的相位，事實(shí)上并沒(méi)有實(shí)時(shí)檢測(cè)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，每次啟動(dòng)應(yīng)該首先對(duì)1相位加電足夠長(zhǎng)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

6、期。但實(shí)際上，對(duì)于FTP打印頭，電機(jī)走過(guò)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(wèn)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(wèn)題只能實(shí)現(xiàn)正常走紙，打印還是需要實(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(xiě)入。FTP打印頭內(nèi)置一段緩存，緩存內(nèi)用1個(gè)b

7、it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(guò)串行方式寫(xiě)入到打印機(jī)的緩存里。如何寫(xiě)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(xiě)入緩存。當(dāng)前，需要明確的是，數(shù)據(jù)必須在電機(jī)一開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就盡快寫(xiě)入，通常會(huì)在啟動(dòng)的第一個(gè)相位加電的同時(shí)就寫(xiě)入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩存后，并不是簡(jiǎn)單的通過(guò)給一個(gè)加熱線加電就可以實(shí)現(xiàn)加熱的。經(jīng)過(guò)測(cè)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11A，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(guò)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

8、5個(gè)STB和2個(gè)AEO（共9組）分別控制。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(wèn)題的限制，一般對(duì)打印頭的供電上沒(méi)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(guò)大量測(cè)試來(lái)確定。報(bào)警控制打印頭檢測(cè)主要包括：紙張檢測(cè)、打印頭溫度檢測(cè)和壓桿檢測(cè)。溫度檢測(cè)和紙張檢測(cè)都是模擬信號(hào)，需要接到adc上轉(zhuǎn)換成數(shù)字值后來(lái)判斷。壓桿檢測(cè)只需要接到普通的io口上或者外部中斷上即可。紙張檢測(cè)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

9、壓桿檢測(cè)一起來(lái)判斷。壓桿檢測(cè)用來(lái)判斷打印頭壓桿是否彈起，可以檢測(cè)紙倉(cāng)是否被打開(kāi)。溫度檢測(cè)檢測(cè)打印頭加熱點(diǎn)的溫度，在溫度過(guò)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(cè)都很簡(jiǎn)單，需要注意的是溫度檢測(cè)與紙張檢測(cè)一樣，分壓電阻應(yīng)采用1精度的精密電阻。紙張檢測(cè)是比較麻煩。紙張檢測(cè)依賴(lài)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(guò)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(yáng)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(lái)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(guò)軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，當(dāng)檢測(cè)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（如果打