CN101259791B - 多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，该方法包括在打印机不对任一所述的微控制器进行读写操作时，所有微控制器进入低功耗模式运行，任一所述的微控制器进入低功耗模式运行后，设置睡眠时间，在睡眠时间内，该微控制器工作在睡眠模式状态下。该方法能降低打印机工作时墨盒芯片消耗的电能，并且不影响打印机的正常工作。

Description

多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法

技术领域

本发明涉及一种多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，尤其是涉及一种在打印机的多个墨盒芯片并行工作中，让微控制器进入低功耗模式运行，使芯片工作时功耗降低的处理方法。

背景技术

喷墨打印机是一种常见的打印设备，为现代化办公提供了极大的帮助和方便。一般的喷墨打印机使用可拆卸的墨盒，将其安装于滑架上，通过打印头向记录介质喷射墨水。随着墨盒中墨水被使用并耗尽，喷墨打印机需要有一测量和报警系统，及时通知用户更换墨盒，保证喷墨打印机的正常工作。现在常用的测量方法有两种：一种是在墨盒中设置检测装置，直接检测墨盒中墨水量以确定墨水余量是否充足；另一种是在喷墨打印机中设置一计量装置，通过计算打印头喷射出墨滴的数量及质量来计算墨盒中消耗掉的墨水量，从而确定墨水余量是否充足。现在有一部分喷墨打印机同时使用上述两种方法以更准确的判断墨水量是否充足。但这样不单会增加墨盒生产的成本，还可能会造成墨水的浪费：一旦安装在墨盒中的检测装置检测出错，在墨盒中还存在较多墨水时就误检测为墨盒中墨水耗尽，通过打印机向用户发出更换墨盒的信息。因此，对于这种类型的打印机，若使用一种无检测装置的墨盒既可以降低生产成本又可以减少墨水的浪费。

但同时使用上述两种测量方法的喷墨打印机只能识别具有检测装置的墨盒，当把一个没有安装对应检测装置的墨盒安装到这种类型打印机上时，打印机会发出安装的墨盒不正确的警告信息，待更换一个安装有对应检测装置的墨盒后，才能正常工作。因此，人们希望设计一种能替代该检测装置的替代装置，模仿检测装置发出的信号，让打印机认为墨盒中有检测装置的存在。

现有的墨盒一般使用压电传感器作为检测装置，工作时，压电传感器会产生类似电容的充放电特性，并形成一定的振荡频率。当打印机检测到有类似电容的充放电特性的电子元件存在，并具有一定的振荡频率，便认为墨盒中存在对应的压电传感器，可以正常工作。因此，人们希望设计的替代装置就是应当能够模仿压电传感器工作时产生的充放电特性及一定的振荡频率，图1揭示的就是这样的一种替代装置。

参见图1，图1揭示了一种现有芯片的结构框图。该芯片包括微控制器(MCU)11、耦合器件12和感应器件13，微控制器11上有电源(VCC)、数据信号(DATA)、片选信号(CS)、时钟信号(CLK)、接地(GND)和控制信号(K)等引脚，感应器件13上有SA1和SA2两根引脚，这些引脚分别通过设置在芯片上的触点(图中未示)与打印机上的触点(图中未示)电气连接。当打印机通过引脚SA1、SA2向感应器件13加载电压时，感应器件13可以产生类似电容的充放电特性，并由微控制器11通过耦合器件12向感应器件13加载一固定的振荡频率，以模仿压电传感器的工作特性。这样，打印机会认为墨盒中有对应的压电传感器的存在，打印机就可以正常工作。

在可以安装多个墨盒的彩色打印机中，每只墨盒均安装一只芯片，打印机需要向多个芯片中的微控制器供电。参见图2，图2揭示了多个墨盒芯片并行连接的结构示意框图。图中墨盒芯片1、墨盒芯片2、墨盒芯片3和墨盒芯片4并联连接在打印机总线5上，每个墨盒芯片X(X代表1、2、3、4的其中一个)均包括相应的微控制器X1、耦合器件X2和感应器件X3，打印机总线5包括数据信号线(DATA)、片选信号线(SC)、时钟信号线(CLK)、电源(VCC)和接地(GND)，微控制器X1的引脚对应的连接到这些信号线上，与打印机进行通讯。

当墨盒安装到打印机后，打印机会向各墨盒发出信息，并通过墨盒返回的信息判断该墨盒型号与打印机是否匹配。首先，打印机会逐一访问各微控制器X1，即对微控制器X1进行读写操作，读取储存在微控制器X1中墨盒型号、墨水量等信息。当打印机读取这些信息后，会逐一判断各墨盒与打印机是否匹配，若匹配，则进行下一步检测；若不匹配，则向用户发出警告信息。当打印机判断各墨盒均匹配后，还会对检测各墨盒是否有对应的压电传感器存在。此时，各微控制器X1需要发出具有一定振荡频率的信号，与感应器件一起模仿压电传感器发出的信号。若只有一个微控制器X1正常工作，打印机总线5的电源VCC加载于其上的电压足够其工作，微控制器可以正常工作，即微控制器不断检测所有引脚的工作状态，并让所有引脚都处于工作的状态下，各引脚均可以输入/输出相应的信号，同时，微控制器也会根据打印机发出的指令执行各种操作，这也是我们通常所说的正常工作状态。当多个微控制器X1中的任意两个同时正常工作，会对电源VCC产生较大的负载，导致电源VCC供应不上使得加载在每个微控制器X1上的电压会有所下降，影响微控制器X1的正常运行；若四个微控制器X1同时正常工作，则加载每个微控制器X1上的电压会下降很多导致微控制器X1无法工作。由于打印机对各墨盒是否存在对应压电传感器的检测并不是逐一进行的，而是随机进行检测，各微控制器X1均应发出具有一定振荡频率的信号。若此时所有微控制器X1均正常工作，则所有微控制器X1都不能获得足够的电能工作。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种安装在打印机上的多个墨盒的芯片并行工作的低功耗处理方法，能降低多个墨盒芯片并行工作的功耗又不影响打印机的正常工作。

为实现上述目的，本发明提供一种应用在墨盒芯片上的方法，每个墨盒芯片安装在一只墨盒上，各墨盒可拆卸的安装到一可容纳至少两个墨盒的打印机中，各墨盒芯片均具有微控制器、耦合器件、感应器件和多个触点，该方法包括：

当打印机不对任一所述的墨盒芯片进行读写操作时，所有的微控制器进入低功耗模式运行，

任一所述的微控制器进入低功耗模式运行后，设置一睡眠时间，在睡眠时间内，该微控制器工作在睡眠模式状态下。

本发明提供的方法应用微控制器的程序实现，不会增加墨盒生产成本，并能降低多个墨盒芯片并行工作的功耗且不影响打印机正常工作。

附图说明

图1是一种现有芯片的结构示意框图，该芯片包括传感器替代装置；

图2是多个墨盒芯片并行连接的结构示意框图；

图3是微控制器总的工作流程图；

图4是各微控制器工作在本发明第一低功耗模式下，引脚K发出的信号的波形图；

图5是微控制器工作在第一低功耗模式下的流程图；

图6是各微控制器工作在本发明第二低功耗模式下，引脚K发出的信号的波形图；

图7是本发明微控制器工作在第二低功耗模式下的流程图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图3，图3是总的工作流程图。当打印机开启后，芯片1会被启动，微控制器11会进行初始化，并接收来自打印机的信息(步骤S11)，微控制器11会判断打印机是否在访问微控制器X1(步骤S12)，若判断为打印机需要对自己进行读写操作，微控制器11就会根据打印机的信息进行相应的数据读写操作(步骤S13)，在读写操作结束后，微控制器11会进入睡眠模式(步骤S14)，该睡眠模式是微控制器11执行SLEEP指令，关闭没有使用的模块，只有定时器和计数器等硬件模块工作，其他硬件模块会保持原来的状态。进入睡眠模式后，微控制器11消耗的功率较小。微控制器11会一直处于睡眠模式中，直到打印机向其发出重启信号为止。

当打印机对所有芯片X进行读写操作后，会向所有芯片X发出重启信号，芯片1重启后会重新开始工作，接收打印机的信息(步骤S11)，并判断打印机是否在访问微控制器X1(步骤S12)，若判断为打印机没有在访问任一微控制器X1时，微控制器11就会进入低功耗模式操作(步骤S15)。

参见图4和图5，图4是各微控制器工作在本发明第一低功耗模式下，引脚K发出的信号的波形图；图5是微控制器11工作在第一低功耗模式下的流程图。在第一低功耗模式下，芯片1的微控制器11引脚K发出的信号是一具有固定振荡频率的周期性信号。该信号的振荡频率是根据打印机的设定频率而设置的。例如，若打印机检测到10kHz的振荡频率就认为有对应的传感器存在，则微控制器11引脚K发出的信号的振荡频率也就应为10kHz，即其振荡周期T为100μs。如图4所示的四个芯片的微控制器引脚K产生的信号的振荡周期均为T，即100μs，则打印机会认为四个墨盒上的压电传感器均为对应的传感器，打印机便可以正常工作。

在芯片1正常工作过程中，微控制器11会工作在正常工作状态。但在打印机检测墨盒传感器发出的振荡频率的时候，很少会对微控制器11引脚K以外的其它引脚进行操作。也就是说，在这个时候，除了微控制器11引脚K需要根据程序发出相应的信号外，其它引脚只需要保持其原有的状态，打印机便可以正常工作。因此，在本发明的低功耗模式中，微控制器11会轮流的工作在正常工作状态下和睡眠模式状态下，当微控制器11工作在正常工作状态下时，所有硬件模块都处于工作状态，并正常执行程序，而睡眠模式则与前述的微控制器11执行读写操作后的睡眠模式是一致的，即微控制器11执行SLEEP指令。这样，微控制器11消耗的电能就大大减少。

如图4和图5所示，微控制器11会在一个极短的初始时间t0内设定第一睡眠时间t11(步骤S21)，然后微控制器11会迅速的进入睡眠模式(步骤S22)。此时，微控制器11执行SLEEP指令。在本实施例中，微控制器11进入睡眠模式后，定时器会根据设定的第一睡眠时间t11进行计时，微控制器11也通过定时器判断是否第一睡眠时间t11到(步骤S23)。从图4可以看到，此时引脚K输出的信号为一低电平信号，微控制器11正处于睡眠模式，所消耗的电能较少。当微控制器11判断第一睡眠时间t11没到，则微控制器11继续等待并再判断是否第一睡眠时间t11到。当定时器计数值归零，即第一睡眠时间t11到，微控制器11就会判断到第一睡眠时间t11已经到了，进入正常工作状态，并设置一正常工作时间t12(步骤S24)，同时把引脚K输出的信号置高。在正常工作时间t12内，微控制器11正常工作，让所有的硬件模块处于工作的状态。由于在正常工作时间t12内，微控制器11消耗的电能较多，可以尽量把正常工作时间t12设置较短，如25μs，只有振荡周期T的1/4，这样微控制器11在一个振荡周期T中，只有1/4的时间工作在正常工作状态，另外的3/4的时间工作在睡眠模式，处于消耗电能较少的工作状态。在正常工作时间t12内，微控制器11也执行计数和判断程序，判断是否正常工作时间t12到(步骤S25)。若正常工作时间t12没到，则继续等待并再判断。微控制器11在判断正常工作时间t12到时，会设置第二睡眠时间t13，同时把引脚K输出的信号置低(步骤S26)。从图4可以看到，在正常工作时间t12到的这一时刻，微控制器11引脚K输出的信号从高电平越变为低电平信号。随即，微控制器11进入睡眠模式(步骤S27)。第二睡眠时间t13与正常工作时间t12之和应该为一个振荡周期T，因此第二睡眠时间t13为75μs，即振荡周期T的3/4。微控制器11在第二睡眠时间t13内的工作状态与第一睡眠时间t11内相同，也是执行SLEEP指令，并判断是否第二睡眠时间t13到(步骤S28)，若没到，则继续等待并再判断；若第二睡眠时间t13到，则返回步骤S24，在一个新的振荡周期T里进入新一次的正常工作状态工作。微控制器11不断的重复工作步骤S24、S25、S26、S27和S28，直到打印机总线5的电源VCC停止向微控制器11供电或片选信号线CS向微控制器11发出复位信号。

从上述的第一低功耗模式的过程可以看出，在一个振荡周期T内，微控制器11只有1/4的时间工作在正常工作状态，有3/4的时间工作在睡眠模式，即微控制器11在大部分时间里面消耗的电能较少，从而实现降低微控制器11功耗的目的。

对于微控制器21、微控制器31和微控制器41采用第一低功耗模式的工作过程与微控制器11基本相同：其工作的流程是完全一致的，不同的地方在于微控制器11设置的第一睡眠时间t11、微控制器21的第一睡眠时间t15、微控制器31的第一睡眠时间t17、微控制器41的第一睡眠时间t19的长度不同。设置第一睡眠时间t11的目的是在微控制器11进入第一低功耗模式后有一段较短的缓冲时间，让微控制器11能更好的工作。而设置第一睡眠时间t15、第一睡眠时间t17、第一睡眠时间t19的目的处理作为缓冲时间外，更重要的是让微控制器11的正常工作时间t12、微控制器21的正常工作时间t16、微控制器31的正常工作时间t18、微控制器41的正常工作时间t20错开，不会让各微控制器X1同时工作在正常工作状态，这样可以保证在所有微控制器X1均进入第一睡眠时间后，也就是所有微控制器X1在结束初始化时间t0以后的任一时刻中，只有一个微控制器X1工作于正常工作状态，让各微控制器X1消耗的电能有所减少，确保所有微控制器X1都能获得足够的电能以维持正常工作。因此，在本实施例中，微控制器21的第一睡眠时间t15最好是比微控制器11的第一睡眠时间t11长25μs，让微控制器11从正常工作状态进入睡眠模式后，微控制器21马上进入正常工作状态。微控制器31的第一睡眠时间t17与微控制器41的第一睡眠时间t19同样按照上述方法设置，保证在一个振荡周期T内，四个微控制器轮流进入正常工作状态，避免同时多个微控制器工作在正常工作状态导致打印机总线5的电源VCC供应不上。从图4可以看到，当所有微控制器X1均进入第一睡眠时间后，即在初始时间t0结束后，在一个振荡周期T内，没有出现两个以上的微控制器同时工作在正常工作状态。并且，各微控制器引脚K发出的信号的波形是相同的，只是其相位不同，后一微控制器引脚K发出的信号比前一微控制器引脚K发出的信号向右移动了1/4个周期。同时，在第一低功耗模式下，各微控制器引脚K输出信号的振荡频率始终保证为10kHz，当打印机检测到该信号后，认为四个墨盒的传感器均为对应的传感器，确保打印机的正常工作。当然，在各微控制器X1进入低功耗模式后均有一初始时间t0，在初始时间t0内，虽然各微控制器X1均处于正常工作状态，当由于t0持续时间极短，不会对打印机总线5的电源VCC造成很大的负载，所有芯片X均可以正常的工作。

当然，在上述的实施方式中，微控制器11工作在睡眠模式下，引脚K输出的信号为低电平信号，在正常工作状态下输出高电平信号。但在本发明实际应用过程中，也可以是在睡眠模式下输出高电平信号，在正常工作状态下输出低电平信号。同时，在上述实施方式中，一个振荡周期T里面，微控制器11的第二睡眠时间t13为75μs，正常工作时间t12为25μs。在本发明实际应用过程中，可以把正常工作时间设计更短一点，如20μs，这样在一个振荡周期T里面，四个微控制器工作在正常工作状态下的时间之和才80μs，比一个振荡周期T还小，可以进一步减少电能的消耗。需要说明的是，正常工作时间t12不应该超过25μs，以保证第二睡眠时间t13不少于75μs，这样才能确保微控制器11的第二睡眠时间t13不短于微控制器21的正常工作时间t16、微控制器31的正常工作时间t18和微控制器41的正常工作时间t20之和。

当然，在上述实施方式中，微控制器11是在正常工作时间t12到时设定第二睡眠时间t13的，在本发明的实际应用过程中，也可以在正常工作时间t12内就设定第二睡眠时间t13。微控制器11设定第二睡眠时间t13后不会马上进入睡眠模式，会一直等待正常工作时间t12结束才会进入睡眠模式。这样，正常工作时间t12到后，微控制器11会更迅速的进入睡眠模式。

在第一低功耗模式下，微控制器11大部分时间是工作在睡眠模式，只有小部分时间工作在正常工作状态，降低了微控制器11消耗的电能。若把微控制器11工作在正常工作状态下的时间设置得非常短，只有引脚K输出信号取反的时间那么短，让其在一个振荡周期T里面，几乎所有时间都工作在睡眠模式下，这样微控制器11消耗的电能更少。这就是第二低功耗模式。

参见图6和图7，图6是各微控制器工作在本发明第二低功耗模式下，引脚K发出的信号的波形图；图7是本发明微控制器工作在第二低功耗模式下的流程图。

在微控制器11进入第二低功耗模式后，微控制器11会在极短的初始时间t1内设置第一睡眠时间t21(步骤S31)、进入睡眠模式(步骤S32)、判断是否第一睡眠时间t21到(步骤S33)等，这些步骤与第一低功耗模式相同，这里不在赘述。当微控制器11判断第一睡眠时间t21到了，便把引脚K输出的信号取反，并设置第二睡眠时间t23(步骤S34)。从图6可以看到，微控制器11在第一睡眠时间t21到的这一时刻被唤醒，引脚K输出的信号从低电平越变为高电平。信号取反时间t22是引脚K输出信号从低电平越变为高电平的时间，持续时间极短。而就在这一时间内，微控制器11处于正常工作状态，让所有硬件模块处于工作状态。在信号取反时间t22过后，微控制器11再次进入睡眠模式(步骤S35)。虽然此时引脚K输出信号为一高电平信号，但此时微控制器11却工作在睡眠模式下，执行SLEEP指令和计数、判断程序(步骤S36)。当微控制器11判断第二睡眠时间t23到，便再次把引脚K输出的信号取反，设置第三睡眠时间t25(步骤S37)。在引脚K输出信号的电平取反的时间，即信号取反时间t24，微控制器11工作在正常工作状态下。在信号取反时间t24后，微控制器11再次进入睡眠模式(步骤S38)，并在判断第三睡眠时间t25到(步骤S39)后返回步骤S34。

在第二低功耗模式下，信号取反时间t22、第二睡眠时间t23、信号取反时间t24与第三睡眠时间t25之和应该是一个振荡周期T，但信号取反时间t22与信号取反时间t24持续时间极短，仅有3μs左右，故可以设置第二睡眠时间t23与第三睡眠时间t25均为半个振荡周期T，即两者均为47μs，也可以设置为不相等的时间，如第二睡眠时间t23为37μs，第三睡眠时间t25为57μs等。只要保证信号取反时间t22、第二睡眠时间t23、信号取反时间t24与第三睡眠时间t25之和为一个振荡周期T，打印机检测到该信号的振荡频率与其设定的频率一致后，便可以正常工作。同时，第二睡眠时间t23应当不短于微控制器21的信号取反时间t27、微控制器31的信号取反时间t29与微控制器41的信号取反时间t31之和，以确保任一时刻只有一个微控制器工作在正常工作状态。

当然，若第二睡眠时间t23与第三睡眠时间t25相等，均为47μs，则微控制器11的工作流程可以简化。在步骤S36判断第二睡眠时间23到了后，可以直接返回步骤S34，可以省略步骤S37、S38、S39。

第二低功耗模式中，微控制器11工作在正常工作状态的时间极短，微控制器11几乎所有时间都是工作在睡眠模式下，消耗的电能很少。

微控制器21、微控制器31和微控制器41采用第二低功耗模式的流程与微控制器11相同，只是微控制器21的第一睡眠时间t26、微控制器31的第一睡眠时间t28、微控制器41的第一睡眠时间t30与微控制器11的第一睡眠时间t21长度不同，以避免两个以上微控制器同时工作在正常工作状态下，既保证各微控制器获得足够电能，又不会影响打印机的正常工作。

当然，在本发明实际应该过程中，上述的振荡频率、振荡周期、睡眠时间、正常工作时间均可以根据打印机设定的振荡频率进行设置，以保证打印机正常工作。

需要强调的是，本发明所述的方法不但可以应用在墨盒，其他容纳流体的容器，如碳粉盒、调色剂盒等也均适用。

上述方法仅是本发明的较佳实施方式，但本发明不限于上述细节，在不脱离本发明主要构思和范围的情况下，还可以有多种改变和更替。

Claims (9)

1.多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，每个墨盒芯片安装在一只墨盒上，所述各墨盒可拆卸地安装到一可容纳至少两个墨盒的打印机中，各墨盒芯片均具有微控制器、耦合器件、感应器件和多个触点，该方法包括：

当打印机不对任一所述的微控制器进行读写操作时，所有微控制器进入低功耗模式运行；

其特征在于：

任一所述的微控制器进入低功耗模式运行后，设置睡眠时间，在睡眠时间内，该微控制器工作在睡眠模式状态下。

2.根据权利要求1所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

任一微控制器进入低功耗模式运行后，设置一第一睡眠时间，在第一睡眠时间内，该微控制器工作在睡眠模式状态下。

3.根据权利要求2所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

任一微控制器第一睡眠时间结束后，进入一正常工作时间，在正常工作时间内，该微控制器工作在正常工作状态下；

正常工作时间结束后，该微控制器进入第二睡眠时间，在第二睡眠时间内，该微控制器再次进入睡眠模式状态；

第二睡眠时间结束后，该微控制器重复上述两步操作。

4.根据权利要求3所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

在一个正常工作时间、第二睡眠时间构成的周期内，任一微控制器设置的第二睡眠时间不短于其他所有微控制器设置的一次正常工作时间之和。

5.根据权利要求2所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

任一微控制器第一睡眠时间结束后，把其中一引脚输出的信号取反，在该信号取反时间内，该微控制器工作在正常工作状态下；

该信号取反后，该微控制器进入第二睡眠时间，在第二睡眠时间内，该微控制器工作再次进入睡眠模式状态；

第二睡眠时间结束后，该微控制器重复上述两步操作。

6.根据权利要求5所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

任一微控制器进入第二睡眠时间不短于其他所有微控制器一次取反该信号时间之和。

7.根据权利要求3或5所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

各微控制器设置的第一睡眠时间长度不同。

8.根据权利要求3或5所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

所述多个微控制器在结束初始化时间以后的任一时刻中，所述多个微控制器中只有一个工作在正常工作状态下。

9.根据权利要求3或5所述多个墨盒芯片并行工作的低功耗处理方法，其特征在于：

所述多个微控制器产生的信号波形相同，相位不同。

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