本文討論了稱重儀表中熱敏微機打印模塊的設計：
隨著稱重技術的日益進步,其周邊配套設施也日益完善,尤其是打印機方麵｡因為很多時候用戶都需要保存或打印稱重記錄,用以數據的核對和備份｡而一般自帶微機打印的稱重儀表,都是配置針式微打,其換紙不方便､打印濃度深淺不一等缺點一直是用戶提出意見較多的地方｡而且針式微打還有噪音大､色帶易耗損的缺點, 都是其自身工作特性所決定的,不能徹底解決｡針對以上情況,再結合市場調研,我們認為采用熱敏打印的方式可以很好地解決這些問題｡

首先, 現在熱敏打印機芯多采用易裝紙結構,開蓋､放紙､合蓋瞬間完成,操作非常簡單｡即使遇到卡紙情況,普通用戶也能自己解決,無需專業技術人員進行專門維護,具有良好的普及性｡而且還有自帶切紙刀的機芯,不僅方便用戶,而且減少因撕紙方式不當而造成的機芯損壞,讓機芯更經久耐用｡

其次,熱敏打印較針式打印分辨率高,普遍采用的是48mm打印384個點的方案, 不僅可清晰打印出條形碼,配合條碼掃描儀使用外,還能打印出各種自定義圖形,如公司的LOGO等,而且打印字體美觀､速度快､噪音小,可廣泛適用於各種場合｡但熱敏打印一個較大的缺點,就是打印的記錄不能永久保存,一般在遮光條件下能保存1￣3年,如使用特殊熱敏紙也隻能達到10年, 而且隻能在室內使用,不能與太陽光直接接觸,限製了其使用環境｡但瑕不掩瑜,熱敏微機打印較針式微打的優點還是非常明顯的｡

以下是設計熱敏打印模塊過程:

在元器件的選擇方麵,打印部分是最重要的環節｡從理論上說,開發者可以自行設計用熱敏頭片､步進電機､溫度傳感器等組成一個打印機,但一般來說直接選用生產商的熱敏打印機芯會較為方便,因其已內置了邏輯電路, 接收控製芯片的操控,簡化開發難度,而且從專業化生產角度來看,他們這些專門的生產商長時間對熱敏打印的研究及積累的豐富經驗是我們沒有的,使用他們生產的專業熱敏機芯會更安全､快捷､省心｡而在眾多品牌中,我們選用了APS的打印機芯ELM205｡首先是因為它是易裝紙結構,解決了用戶換紙麻煩的問題;其次,它的打印寬度為48mm,紙寬54mm,尺寸和我們針式微打常用的EPSON的150II相同,具有良好的可替換性;再有它內置頭片溫度傳感器､缺紙檢測光耦,開發起來非常方便;而更重要的是它不僅具有良好的性價比,還能提供配套的嵌入式外殼,進一步降低開發難度,縮短開發周期｡

在控製芯片的選擇上,我們需要一塊高速可配合打印機芯工作､體積小適合線路板設計､低成本的微控製器｡而NXP的P89LPC934恰能滿足我們的需求｡LPC934采用了高性能的處理器結構,指令執行時間隻需2￣4個時鍾周期,6倍於標準80C51器件,而且集成許多係統級功能,可大大減少元器件數目､電路板麵積以及係統成本｡例如其自帶一個8位逐步逼近式模數轉換模塊( ADC1),可直接測量打印機芯的溫度傳感器變化;模擬比較器檢測缺紙信號;I2C總線接口或SPI串行外圍接口與對應的字庫芯片連接; 看門狗定時器防止程序意外跑飛;內部數據EEPROM讓控製板保存重要參數;FLASH程序存儲器提供在電路編程( ICP)､在係統編程( ISP)以及在應用中編程( IAP),方便程序下載調試｡
從停止狀態( 無勵磁狀態)起動時,輸出了1個步驟的與停止步驟相同的相位後,轉入打印步驟的序列;要停止步進電機時,對與打印步驟最後的相位相同的相位進行65ms勵磁｡所以建議采用專門的步進電機驅動芯片,如ROHM的BA6845FS或SANYO的LB1836｡但需要注意的是,不是用了專門的電子稱重儀的驅動芯片就萬事無憂,若長時間工作步進電機會因過熱而引起燒毀,但它又無溫度控製器,所以隻能控製工作時間來進行調溫｡通過電機在不同工作電壓有不同占空比的情況,我們測量出它的工作時間後,計算出其休息時間,保證溫度保持正常,而且一次連續工作的時間不得大於30秒｡然後還有步進電機起動時的控製｡為了確保走動時的送紙力,還有避免打印機芯因老化造成的打印重疊現象,延長打印機芯的壽命, 步進電機起動時需從慢到快,加速控製｡以下為在5V工作狀態下步進電機頻率､步進的數值參考數據:

第一步6.67ms 
第三步2.12ms
第五步1.57ms
第七步1.31ms
第九步1.14ms
第十一步1.03ms
第十三步0.94ms
第十五步0.88ms
第十七步0.83ms    

第二步2.76ms
第四步1.79ms
第六步1.42ms
第八步1.22ms
第十步1.08ms
第十二步0.98ms
第十四步0.91ms
第十六步0.85ms
以後勻速
在線路設計方麵,很主要的一塊就是讓軟件和硬件相結合完成對機芯頭片電源的防護｡因熱敏打印是通過熱敏頭片的加熱使熱敏紙產生化學反應而變色的,所以一般機芯都配有加熱頭片的溫度傳感器,通過簡單的AD轉換就能讀出片頭溫度,當溫度超過額定溫度時必須馬上停止加熱,待溫度下降到正常值時再繼續｡雖說看似這樣很簡單,但是還有很多開發者因為頭片的溫度過高報廢了不少的打印頭為什麽｡? 先從技術角度看他們的設計應無問題,隻要AD轉換正常,溫度不可能過高｡但是他們忽略了一個實際問題,就是如果微控製器受到外部幹擾引起死機, 而這時候又剛好是加熱狀態,那除非是切斷電源,不然打印機芯肯定會報廢了｡所以針對這種情況, 為了增加熱敏打印模塊的可靠性,在打印機的頭片電源還需加定時保護｡通過一個單穩態觸發器74HC123對控製片頭電源的功率MOS-FET管進行操控, 微控製器需要打印時給脈衝觸發74HC123,這時候才能打開頭片電源,定時到則自動關閉,即使控製芯片受幹擾跑飛,也能強製關閉頭片電源,有效提高了打印模塊的自保護能力｡
光電傳感器的電源輸入｡一般用一個三極管來供電｡三極管的基極通過一個幾K的電阻接CPU的輸出｡由CPU決定什麽時候檢測打印機有無紙,由於光電傳感器電流較大( 近20mA)｡所以在不檢紙的時候應該將光電傳感器電源關閉｡Vout( Co)經一個1/2Vcc( Vdd)的比較器再接到CPU的輸入端｡

在通信接口方麵,一般打印機都是設計成標準並口或RS232方式,但考慮標準並口需留給外接打印機使用,RS232留給上位機使用, 為避免占用資源,而且作為外圍元件的統一性,我們采用了SPI接口與稱重儀表進行數據交換｡SPI是一種全雙工､高速､同步的通信總線,有兩種操作模式:主模式和從模式｡在主模式和從模式中均支持高達3Mbit/s的速率,還具有傳輸完成標誌和寫衝突標誌保護｡在與稱重儀表的通信中,我們設計把儀表作為主模式,打印模塊作為從模式, 每次都是由儀表發起通信連接,熱敏打印模塊在正常情況下返回正確應答,當打印模塊接收緩衝區滿或者其他原因返回錯誤應答,儀表收到後先進行延時重發,再判斷是否出錯,如果繼續出錯,則提示使用者打印模塊出現問題｡經過多次試驗,我們最終把成熟的方案成功運用到本公司DS1帶微機打印的數字稱重儀表上｡經客戶使用,得到他們的支持和肯定後,我們馬上再加大研發力度,準備再推出其他類型的帶熱敏微機打印的台秤和汽車衡稱重儀表｡

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