热转印标签打印机控制电路的研究_王晶
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2010年第 5期 工业仪表与自动化装置
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热转印标签打印机控制电路的研究
王 晶 , 吴上生
(华南理工大学 机械与汽车工程学院 , 广州 510640) 摘要 :论文研究了热转印标签打印机工作原理 , 提出了以 M30802为核心的热转印标签打印机 控制电路结构 , 重点研究了热转印标签打印机的外部接口通信电路 、步进电机驱动电路 、检测电路 的结构和功能 。 该控制电路具有构成简单 、成本低 、通信可靠等优点 。
2010年第 5期 工业仪表与自动化装置
· 41·
图 6 为 步进电 机驱动 电路。 该电 路采用 NJM3717单 H桥驱动芯片 , 打印机应用的是两相步 进电机 , 需要 2 块 NJM3717。 NJM3717 最大输出电 流为 1 200 mA, 完全能满足热转印打印机的需要 。 NJM3717共有 3个 I/O口和处理器连接 , 分别为相 电流方向选择口 Phase, 控制输出电流的 2个逻辑输 入口 I0 、I1。 两相步进电机接线为 A-A′-B-B′。 如果相电流选择口 Phase为高电平 , 电流方向为 A -A′, 则电机正传 , 反之 , 电流方向 A′-A, 电机反 转 。 2个逻辑输入口 I0 、I1 的电平状态决定步进电 机绕组的电流大小 , 如表 1所示 。
Keywords:thermaltransfer;lable;printer;M30 802
0 引言
相对于针式标签打印机 , 热转印标签打印机具 有可靠性高 、打印速度快 、噪音低 、打印字符清晰圆 滑 、打印头轻巧等优点 , 因此 , 目前热转印标签打印 机已广泛运用于医院 、银行 、餐饮 、交通等行业 。
1 热转印标签打印机 工作原理
按照染料转印方式 , 热转印打印机可分为熔融 型和升华型 [ 2] 。 该文研究的是熔融 型热转印标签 打印机 , 如图 1所示 。 碳带是把加热熔融成液体状
收稿日期 :2010 -04 -19 作者简介 :王 晶 (1985), 男 , 江苏泰州人 , 硕 士研究生 , 研 究方
向为机电一体化与创新设计 。
的染料均匀涂在薄膜基带的一面之后形成的产品 , 图 2是打印头的结构简图 。
图 1 热转印标签打印机工作原理图
打印头是热转印标签打印机的关键部件 , 它包 含许多微型发热元件 , 这些发热元件采用集成电路 工艺和光刻技术 , 通过物理化学方法在陶瓷基片上 加工制成 。打印头表面涂有一层像玻璃一样的保护 膜 , 用于防止发热元件的磨损 。 打印头还配有驱动 电路 , 当发热元件通电时 , 会把碳带上染料面上的染 料加热到熔融分散状态 , 通过步进电机的拖动把碳 带和打印标签纸同时送入打印头和胶辊之间 , 使碳 带染料面和打印标签纸紧密接触 , 从而在标签纸上 打印出图文画面 , 打印头上保护膜和碳带的无染料 面接触 。 热转印标签打印机具有其他打印方式无与 伦比的 PCS(对比度 )值 , 扫描识读率极高 。 打印头 的温度可以由 CPU根据图像信息转换成不同幅度 的电压来控制 , 电压值大小直接决定加热元件的温 度 , 而加热元件的温度和熔融染料的数量成正比关 系 。 所以电压值直接决定染料的多少 。 热转印碳带 含碳量高 , 打印点形状的多重性决定打印效果的优
热转印标签打印机对时序控制和温度控制要求 较高 , 因此 , 热转印标签打印机的控制电路设计更为 复杂[ 1] 。 热转印 标签打印机的控制 电路主要包括 电源模块 、检测电路模块 、步进电机驱动模块 、串口 通信模块 、USB通信模块 、flash读写 模块以及打印 头外接电路模块等 。
该文详细介绍热转印标签打印机的工作原理 , 设计了热转印标签打印机控制电路中的检测模块 、 步进电机驱动模块 、通信模块 , 并对这些模块电路作 了具体的分析 。
图 3 控制电路设计框图
图 3是热转印标签打印机控制电路设计框图 , 144个引脚中可编程 I/O达 123个 。 电源模块给控 制电路提供 5 V工作电压 , 给步进电机提供 12 V驱 动电压 。检测模块是检测热转印标签打印机是否正 常工作 , 包括检测打印机中是否有碳带 /标签纸 , 检 测步进电机的工作温度等 。 通信模块采用 HIN232 实现串口通信 , 接收串口数据并将数据存储到 2 M 容量 flash中 。 处理器不断从 Flash中读取数据 , 便 可打印出对应的图文 。步进电机驱动模块主要作用 是拖动碳带 , 主动轴就是由步进电机拖动的 。 打印 头模块执行打印功能 , 由打印头在标签纸上打印出 相应的字符 。以下将重点介绍检测电路模块 、步进
位 , 1位停止位 , 波特率为 9 600 b/s[ 7 -9] 。
图 7 通信模块 [ 10]
3 结束语
论文主要研究了热转 印标签打印机的 硬件系 统 。 该 硬 件 系 统 的 CPU采 用 三 菱 公 司 生 产 的 M30802处理器 , 该处理器运行速度快 、功耗小 、内部 集成模块丰富 , 适合作为热转印标签打印机控制电 路的 CPU。 设计了热转印标 签打印机控制 电路中 的检测模块电路 、步进电机驱动模块电路 、通信模块 电路 , 并对这些模块电路作了具体的分析说明 。 理 论分析表明该硬件系统方案合理 , 电路稳定性好 , 抗 干扰能力强 , 通过串口和上位机连接能打印出效果 较好的图文画面 。
图 5 步进电机温度检测电 路
上 , 能直接有效地检测步进电机工作时的温度 。 一 旦步进电机温度过高 , 热敏电阻阻值急剧减小 , 处理 器能检测到低电平 , TEMP引脚接 处理器外部中断 口 , 由下降沿触发 , 触发后则中断打印动作 。 对步进 电机的维护管理至关重要 , 所以对步进电机的温度 检测必不可少 。 2.3 步进电机驱动模块
Abstract:Thesisbasedontheworkingofthermaltransferlabelprinter, proposedtheM30802 asthe coreofthermaltransferlabelprintercontrolcircuitstructure, andfocusonthethermaltransferlabel printer′sthestructureandfunctionsuchasexternalinterfacecommunicationcircuit, steppermotordrive circuit, detectioncircuit.Thecontrolcircuithasposedasimple, lowcost, andcommunicationsreliable.
图 6 步进电机驱动电路
电流标准 高标准 100%
标准 60% 低标准 20% 无电流 0%
表 1
I0(电平 ) I1 (电平 ) 最大电流 Imax(A)
低ห้องสมุดไป่ตู้
低
0.08 3VR/RS中
高
低
0.050VR/RS
低
高
0.016VR/RS
高
高
0VR /RS
其中 :VR为参考电压 , 电路中取 VR =5 V;RS为大功率 电阻 , 根据电机的额定电流选择 ,实验中选择 0.5 Ψ/0. 5 W电阻 。当 I0 、I1 均为高电平时 Imax =0 A, 电机停转 。 通过改变 I0、I1 电平 ,步进电机有 2种转动模式 ,分别是 整步运行和半步运行 。整部运行的通电方式为 A-B -A, 半步运行的通电方式为 A-AB-B-BA-A。 2.4 通信模块 通信模块采用 HIN232和上位机串口连接 , 图 7 为通信模块 。 HIN232就是一款电平转换芯片 , 可以将上位机 RS232电平 转换为 CMOS电平 , 同样可以将 CMOS 电平转换为 RS232电平 [ 1, 5 -6] 。此外 , ADM232还是 一款高速串口通信专用芯片 , 最高传送 速率达 200 kB/s, HIN232芯片外围电容需接有极电容 。 通信接 口为标准串行 RS232接口 , 9线制半双工方式 , 通信 帧格式为 1位起始位 , 8位数据位 , 1位可编程数据
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工业仪表与自动化装置 2010年第 5期
良 。图 1中轴 3是主动轴 , 回收碳带废料 , 轴 1、轴 2 分别安装碳带和标签纸原料 。 胶辊和打印头确保了 碳带和标签纸的紧密接触 。 通过轴 3 对碳带的拖 动 , 利用碳带和标签纸之间的摩擦力使碳带和标签 纸线速度保持一致[ 3] 。
关键词 :热转印 ;标签 ;打印机 ;M30802 中图分类号 :TP368 文献标志码 :A 文章编号 :1000 -0682(2010)05 -0039 -03
Researchonthermaltransferlabelprinterhardwaresystem
WANGJing, WUShangsheng (CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou510640, China)
参考文献 : [ 1] 窦振中 , 汪 立森 .热敏 微型打 印机 设计 原理 [ J] .电子
计算机与外部设备 , 1999, 24(3):22 -23. [ 2] 于刚 .热转印打印 机的工作原理 与维护 [ J] .铁 路计算
机应用 , 2003, 12(1):19 -21. [ 3] 刘亚 东 , 李 从心 , 王小 新 .步 进 电机 速 度 的精 确 控制
电机驱动模块以及通信模块 。 2.2 检测模块 碳带 /标签纸检测模块电路如图 4所示 。
图 2 打印头结构简图
2 控制电路分析
2.1 控制电路工作原理 该设计采用日本三菱公司生产的 QFP封装格 式的 M30802处理器 , 该处理器采用 M16C/60 系列 CPU内核 , 功 耗小 , 抗 干扰能力强 。 处理器内部集 成乘法器和 DMAC, 在 4.2 ～ 5.5 V工作电压范围 内 , 处理器工作频率达 20 MHz。 M30802拥有 29个 内部中断和 8个外部中断 , 还拥有 8通道 10位 A/D 和 2通道 8位 D/A转换 。
图 4 碳带 /标签纸检测电路
排插接口外接反射式光电传感器 。 反射式光电 传感器是由红外发射头和红外接收头构成 , 当有物 体挡住光电传感器时 , 红外发射头发射的信号由于 反射作用被红外接收头接收到 , 红外接收头输出引 脚 2为高电平 。相反 , 如果没有外物挡住光电传感 器时 , 红外接收头接收不到发射头发出的信号 , 发射 头输出端为低电平 。 10 kΨ为限流保护电阻 , 防止 输出端为低电平时输入到接 收头的电流过 大 , 0.1 μF为抗干扰电容 , 330 Ψ为上拉电阻 。 防止红外接 收头输出电流过大而损坏接收头 。该检测电路的作 用是检测热转印标签打印机中是否还有碳带 /标签 纸 。 当碳带 /标签纸用完时 , 红外接收头便接收不到 红外发射头信号 , 红外接收头输出低电平 , 此低电平 接到处理器 I/O中断口 , 中断口由下降沿触发 , 处理 器会根据 对应电平做出相应的 动作[ 4] 。 高 电平表 示打印机中有碳带 /标签纸 。 该检测电路能及时有 效地避免浪费碳带 /标签纸的现象 。
[ J] .上海交通大学学报 , 2001, 35(10):1517-1520. [ 4] LinearApplicationsHandbook[ M] .NationalSemiconduc-
由于步进电机属于感性元件 , 一旦工作时间过 长 , 步进电机难免发热 , 而一般步进电机发热温度不 允许超过 80 ℃, 否则步进电机将会退磁 。步进电机 的退磁会使额定转矩减小 , 所以需要检测步进电机 的温度 。 图 5中排插接口接热敏电阻 , 稳压二极管 用于保护热敏电阻 。热敏电阻紧贴在步进电机端面
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热转印标签打印机控制电路的研究
王 晶 , 吴上生
(华南理工大学 机械与汽车工程学院 , 广州 510640) 摘要 :论文研究了热转印标签打印机工作原理 , 提出了以 M30802为核心的热转印标签打印机 控制电路结构 , 重点研究了热转印标签打印机的外部接口通信电路 、步进电机驱动电路 、检测电路 的结构和功能 。 该控制电路具有构成简单 、成本低 、通信可靠等优点 。
2010年第 5期 工业仪表与自动化装置
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图 6 为 步进电 机驱动 电路。 该电 路采用 NJM3717单 H桥驱动芯片 , 打印机应用的是两相步 进电机 , 需要 2 块 NJM3717。 NJM3717 最大输出电 流为 1 200 mA, 完全能满足热转印打印机的需要 。 NJM3717共有 3个 I/O口和处理器连接 , 分别为相 电流方向选择口 Phase, 控制输出电流的 2个逻辑输 入口 I0 、I1。 两相步进电机接线为 A-A′-B-B′。 如果相电流选择口 Phase为高电平 , 电流方向为 A -A′, 则电机正传 , 反之 , 电流方向 A′-A, 电机反 转 。 2个逻辑输入口 I0 、I1 的电平状态决定步进电 机绕组的电流大小 , 如表 1所示 。
Keywords:thermaltransfer;lable;printer;M30 802
0 引言
相对于针式标签打印机 , 热转印标签打印机具 有可靠性高 、打印速度快 、噪音低 、打印字符清晰圆 滑 、打印头轻巧等优点 , 因此 , 目前热转印标签打印 机已广泛运用于医院 、银行 、餐饮 、交通等行业 。
1 热转印标签打印机 工作原理
按照染料转印方式 , 热转印打印机可分为熔融 型和升华型 [ 2] 。 该文研究的是熔融 型热转印标签 打印机 , 如图 1所示 。 碳带是把加热熔融成液体状
收稿日期 :2010 -04 -19 作者简介 :王 晶 (1985), 男 , 江苏泰州人 , 硕 士研究生 , 研 究方
向为机电一体化与创新设计 。
的染料均匀涂在薄膜基带的一面之后形成的产品 , 图 2是打印头的结构简图 。
图 1 热转印标签打印机工作原理图
打印头是热转印标签打印机的关键部件 , 它包 含许多微型发热元件 , 这些发热元件采用集成电路 工艺和光刻技术 , 通过物理化学方法在陶瓷基片上 加工制成 。打印头表面涂有一层像玻璃一样的保护 膜 , 用于防止发热元件的磨损 。 打印头还配有驱动 电路 , 当发热元件通电时 , 会把碳带上染料面上的染 料加热到熔融分散状态 , 通过步进电机的拖动把碳 带和打印标签纸同时送入打印头和胶辊之间 , 使碳 带染料面和打印标签纸紧密接触 , 从而在标签纸上 打印出图文画面 , 打印头上保护膜和碳带的无染料 面接触 。 热转印标签打印机具有其他打印方式无与 伦比的 PCS(对比度 )值 , 扫描识读率极高 。 打印头 的温度可以由 CPU根据图像信息转换成不同幅度 的电压来控制 , 电压值大小直接决定加热元件的温 度 , 而加热元件的温度和熔融染料的数量成正比关 系 。 所以电压值直接决定染料的多少 。 热转印碳带 含碳量高 , 打印点形状的多重性决定打印效果的优
热转印标签打印机对时序控制和温度控制要求 较高 , 因此 , 热转印标签打印机的控制电路设计更为 复杂[ 1] 。 热转印 标签打印机的控制 电路主要包括 电源模块 、检测电路模块 、步进电机驱动模块 、串口 通信模块 、USB通信模块 、flash读写 模块以及打印 头外接电路模块等 。
该文详细介绍热转印标签打印机的工作原理 , 设计了热转印标签打印机控制电路中的检测模块 、 步进电机驱动模块 、通信模块 , 并对这些模块电路作 了具体的分析 。
图 3 控制电路设计框图
图 3是热转印标签打印机控制电路设计框图 , 144个引脚中可编程 I/O达 123个 。 电源模块给控 制电路提供 5 V工作电压 , 给步进电机提供 12 V驱 动电压 。检测模块是检测热转印标签打印机是否正 常工作 , 包括检测打印机中是否有碳带 /标签纸 , 检 测步进电机的工作温度等 。 通信模块采用 HIN232 实现串口通信 , 接收串口数据并将数据存储到 2 M 容量 flash中 。 处理器不断从 Flash中读取数据 , 便 可打印出对应的图文 。步进电机驱动模块主要作用 是拖动碳带 , 主动轴就是由步进电机拖动的 。 打印 头模块执行打印功能 , 由打印头在标签纸上打印出 相应的字符 。以下将重点介绍检测电路模块 、步进
位 , 1位停止位 , 波特率为 9 600 b/s[ 7 -9] 。
图 7 通信模块 [ 10]
3 结束语
论文主要研究了热转 印标签打印机的 硬件系 统 。 该 硬 件 系 统 的 CPU采 用 三 菱 公 司 生 产 的 M30802处理器 , 该处理器运行速度快 、功耗小 、内部 集成模块丰富 , 适合作为热转印标签打印机控制电 路的 CPU。 设计了热转印标 签打印机控制 电路中 的检测模块电路 、步进电机驱动模块电路 、通信模块 电路 , 并对这些模块电路作了具体的分析说明 。 理 论分析表明该硬件系统方案合理 , 电路稳定性好 , 抗 干扰能力强 , 通过串口和上位机连接能打印出效果 较好的图文画面 。
图 5 步进电机温度检测电 路
上 , 能直接有效地检测步进电机工作时的温度 。 一 旦步进电机温度过高 , 热敏电阻阻值急剧减小 , 处理 器能检测到低电平 , TEMP引脚接 处理器外部中断 口 , 由下降沿触发 , 触发后则中断打印动作 。 对步进 电机的维护管理至关重要 , 所以对步进电机的温度 检测必不可少 。 2.3 步进电机驱动模块
Abstract:Thesisbasedontheworkingofthermaltransferlabelprinter, proposedtheM30802 asthe coreofthermaltransferlabelprintercontrolcircuitstructure, andfocusonthethermaltransferlabel printer′sthestructureandfunctionsuchasexternalinterfacecommunicationcircuit, steppermotordrive circuit, detectioncircuit.Thecontrolcircuithasposedasimple, lowcost, andcommunicationsreliable.
图 6 步进电机驱动电路
电流标准 高标准 100%
标准 60% 低标准 20% 无电流 0%
表 1
I0(电平 ) I1 (电平 ) 最大电流 Imax(A)
低ห้องสมุดไป่ตู้
低
0.08 3VR/RS中
高
低
0.050VR/RS
低
高
0.016VR/RS
高
高
0VR /RS
其中 :VR为参考电压 , 电路中取 VR =5 V;RS为大功率 电阻 , 根据电机的额定电流选择 ,实验中选择 0.5 Ψ/0. 5 W电阻 。当 I0 、I1 均为高电平时 Imax =0 A, 电机停转 。 通过改变 I0、I1 电平 ,步进电机有 2种转动模式 ,分别是 整步运行和半步运行 。整部运行的通电方式为 A-B -A, 半步运行的通电方式为 A-AB-B-BA-A。 2.4 通信模块 通信模块采用 HIN232和上位机串口连接 , 图 7 为通信模块 。 HIN232就是一款电平转换芯片 , 可以将上位机 RS232电平 转换为 CMOS电平 , 同样可以将 CMOS 电平转换为 RS232电平 [ 1, 5 -6] 。此外 , ADM232还是 一款高速串口通信专用芯片 , 最高传送 速率达 200 kB/s, HIN232芯片外围电容需接有极电容 。 通信接 口为标准串行 RS232接口 , 9线制半双工方式 , 通信 帧格式为 1位起始位 , 8位数据位 , 1位可编程数据
· 40·
工业仪表与自动化装置 2010年第 5期
良 。图 1中轴 3是主动轴 , 回收碳带废料 , 轴 1、轴 2 分别安装碳带和标签纸原料 。 胶辊和打印头确保了 碳带和标签纸的紧密接触 。 通过轴 3 对碳带的拖 动 , 利用碳带和标签纸之间的摩擦力使碳带和标签 纸线速度保持一致[ 3] 。
关键词 :热转印 ;标签 ;打印机 ;M30802 中图分类号 :TP368 文献标志码 :A 文章编号 :1000 -0682(2010)05 -0039 -03
Researchonthermaltransferlabelprinterhardwaresystem
WANGJing, WUShangsheng (CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering, SouthChinaUniversityofTechnology, Guangzhou510640, China)
参考文献 : [ 1] 窦振中 , 汪 立森 .热敏 微型打 印机 设计 原理 [ J] .电子
计算机与外部设备 , 1999, 24(3):22 -23. [ 2] 于刚 .热转印打印 机的工作原理 与维护 [ J] .铁 路计算
机应用 , 2003, 12(1):19 -21. [ 3] 刘亚 东 , 李 从心 , 王小 新 .步 进 电机 速 度 的精 确 控制
电机驱动模块以及通信模块 。 2.2 检测模块 碳带 /标签纸检测模块电路如图 4所示 。
图 2 打印头结构简图
2 控制电路分析
2.1 控制电路工作原理 该设计采用日本三菱公司生产的 QFP封装格 式的 M30802处理器 , 该处理器采用 M16C/60 系列 CPU内核 , 功 耗小 , 抗 干扰能力强 。 处理器内部集 成乘法器和 DMAC, 在 4.2 ～ 5.5 V工作电压范围 内 , 处理器工作频率达 20 MHz。 M30802拥有 29个 内部中断和 8个外部中断 , 还拥有 8通道 10位 A/D 和 2通道 8位 D/A转换 。
图 4 碳带 /标签纸检测电路
排插接口外接反射式光电传感器 。 反射式光电 传感器是由红外发射头和红外接收头构成 , 当有物 体挡住光电传感器时 , 红外发射头发射的信号由于 反射作用被红外接收头接收到 , 红外接收头输出引 脚 2为高电平 。相反 , 如果没有外物挡住光电传感 器时 , 红外接收头接收不到发射头发出的信号 , 发射 头输出端为低电平 。 10 kΨ为限流保护电阻 , 防止 输出端为低电平时输入到接 收头的电流过 大 , 0.1 μF为抗干扰电容 , 330 Ψ为上拉电阻 。 防止红外接 收头输出电流过大而损坏接收头 。该检测电路的作 用是检测热转印标签打印机中是否还有碳带 /标签 纸 。 当碳带 /标签纸用完时 , 红外接收头便接收不到 红外发射头信号 , 红外接收头输出低电平 , 此低电平 接到处理器 I/O中断口 , 中断口由下降沿触发 , 处理 器会根据 对应电平做出相应的 动作[ 4] 。 高 电平表 示打印机中有碳带 /标签纸 。 该检测电路能及时有 效地避免浪费碳带 /标签纸的现象 。
[ J] .上海交通大学学报 , 2001, 35(10):1517-1520. [ 4] LinearApplicationsHandbook[ M] .NationalSemiconduc-
由于步进电机属于感性元件 , 一旦工作时间过 长 , 步进电机难免发热 , 而一般步进电机发热温度不 允许超过 80 ℃, 否则步进电机将会退磁 。步进电机 的退磁会使额定转矩减小 , 所以需要检测步进电机 的温度 。 图 5中排插接口接热敏电阻 , 稳压二极管 用于保护热敏电阻 。热敏电阻紧贴在步进电机端面