CN110243869A - 一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法 - Google Patents

一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，包括控制模块，所述控制模块与电源电性连接，所述控制模块与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块电性连接有传感器模块，所述控制模块电性连接有插接口，本发明技术方案在单片机内部设定自动匹配机制，可以自动匹配不同的型号的打印机，单一电路可以使用于现有技术中的打印机的型号，通用性强，能够在各种打印机上自动匹配使用；多色印刷装置也可通过单片机算法进行自动匹配，使用单一传感器既能够检测补偿色号；减少了调节控制电压来调整传感器动作点的环节，使得传感器的灵敏度高，减少了资源需求，节省了成本。

Description

一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法
技术领域
本发明属于打印机技术领域，具体涉及一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法。
背景技术
目前同行业中没有发现有此类可实现多机型精确智能检测碳粉含量的方法和具体的产品。目前已有的技术是基于离散元器件电路和外部控制电压调节的碳粉浓度余量传感器，典型的厂家如日本TDK。TDK碳粉传感器检测磁性显影剂的碳粉浓度/余量；因显影剂为磁性体，磁性显影剂较少时，磁阻便会变大，相反磁性显影剂较多时，磁阻便会变小；如果检测出显影剂磁阻的大小，便可得知碳粉浓度/余量。在使用普通显影剂时，检测面附近的碳粉浓度变化所对应的差动输出△V3极其微小，因此在检测电压变化时需要进行相当大的放大处理，从而会使传感器稳定性大大降低。
此类传感器对于不同类型的碳粉和载体的组合，需要改变参考信号Vr的大小以让检测线圈侧的输出具有统一的基线，这样该传感器的最终输出才会处于正确线性范围内。具体电路中采用的是调节参考信号Vr生成电路的控制电压来实现的。但基于此类离散器件的信号调节电路本身有很大的变动范围，跟温度等环境因素密切相关，尤其是在打印机硒鼓组件旁边这样的高温环境。此外改变参考信号Vr的同时不仅仅会影响基线，也会影响传感器的灵敏度。过大的参考信号会导致该传感器的灵敏度大大下降。所以该参考信号的调节范围其实非常有限。
同时，针对不同打印机的型号使用的碳粉传感器需要根据机型检测出来的信号来定制，各机型之间的通用性较差，生产时需要对应机型来生产和标定，过程非常繁琐，管理成本很高
为此，我们提出一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法来解决现有技术中存在的问题，使其可以自动匹配适用与各种型号的打印机，且能够适用各种色彩的打印，以及能够通过电压调节传感器，使得传感器保持灵敏，可以节省成本，通用性强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中通用性低下，成本消耗大和传感器灵敏调节不便等的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，包括控制模块，所述控制模块与电源电性连接，所述控制模块与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块电性连接有传感器模块，所述控制模块电性连接有插接口；
所述控制模块采用XAD1602单片机，所述XAD1602单片机的VCC脚与电源芯片HT7150-2的Vout脚电性连接，所述电源芯片HT7150-2的GND脚接地，所述电源芯片HT7150-2的Vm脚与插接口的3脚电性连接，所述插接口的2脚与XAD1602单片机的PB1脚电性连接，所述插接口的1号管脚接地，所述电源芯片HT7150-2的Vout和Vm管脚均并连接有两组电容C1、C2和C3、C4，所述电容C1、C2和C3、C4的一端均与地电性连接，所述XAD1602单片机的PB4管脚与U4异或门电性连接，所述U4异或门的2号管脚与电感线圈L1电性连接，所述XAD1602单片机的PB5管脚与U3异或门电性连接，所述U3异或门的2号管脚与电感线圈L2电性连接，所述电感线圈L2与电感线圈L3之间电性连接，所述电感线圈L1与电感线圈L2和电感线圈L3相对设置，所述电感线圈L2通过电容C5、C10和电阻R2与电感线圈L1电性连接，所述电感线圈L2通两组电容C6和C7与电感线圈L3电性连接。
优选的，所述电容C1与C2和C3与C4分别之间并联电性连接，且电容C1与C2和C3与C4的另一端均电性连接地端。
优选的，所述插接口采用的是CON4型号的连接端口。
优选的，所述单片机XAD1602内置高精度RC振荡器。
优选的，所述电路芯片HT7150-2是内置有一组CMOS管的三端低功耗高电压稳压器。
优选的，所述感应线圈L1、基准线圈L2、检测线圈L3组成差动变压器，且驱动线圈由基准线圈L2、检测线圈L3以同心方式重叠而成。
优选的，所述电容C10和电容C5串联电性连接，所述电容C10和电容C5与电阻R2并联电性连接。
优选的，所述传感模块串联有电容C9，所述C9的一端电性连接有地端。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，与现有技术相比，具有以下有点：
本发明技术方案在单片机内部设定自动匹配机制，针对不同型号的打印机我们可以自动匹配与之相对应的算法参数，传感器输出对应的电压信号；多色印刷装置也可通过单片机算法进行自动匹配，简单地补偿各种颜色对应的动作点的波动，因此无需为每种颜色准备动作点不同的传感器，一个传感器即可涵盖所有颜色；相对现有的技术，减少了调节控制电压来调整传感器动作点的环节，使得传感器的灵敏度始终保持在最佳状态的同时又减少了系统层面的资源需求，节省了成本；生产时不同的型号对应的碳粉传感器都可采用相同的电路来生产，单片机编程后就可以根据传感器感应的相位值来自动适配不同的打印机型号，输出对应打印机机型工作在最佳状态点的电压范围，通用性强。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的流程示意图；
图3为本发明的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-3所示的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，包括控制模块，所述控制模块与电源电性连接，所述控制模块与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块电性连接有传感器模块，所述控制模块电性连接有插接口；该处的使用流程入图2所示，当启动电源的时候，传感器模块将检测到的信号传送给信号处理模块，信号处理模块得出信号相位差后，输送给控制模块，控制模块对相位差进行处理，得出是否是缺摸，需要补充墨；
所述控制模块采用XAD1602单片机，所述XAD1602单片机的VCC脚与电源芯片HT7150-2的Vout脚电性连接，所述电源芯片HT7150-2的GND脚接地，所述电源芯片HT7150-2的Vm脚与插接口的3脚电性连接，所述插接口的2脚与XAD1602单片机的PB1脚电性连接，该处的电源芯片HT7150-2可以将电压稳定在5V然后将电压输送给控制芯片XAD1602实现对整个系统的供电；所述插接口的1号管脚接地，该处的插接口可以连接打印机的控制芯片，实现对缺墨信息的传送；所述电源芯片HT7150-2的Vout和Vm管脚均并连接有两组电容C1、C2和C3、C4，所述电容C1、C2和C3、C4的一端均与地电性连接；所述XAD1602单片机的PB4管脚与U4异或门电性连接，所述U4异或门的2号管脚与电感线圈L1电性连接，所述XAD1602单片机的PB5管脚与U3异或门电性连接，所述U3异或门的2号管脚与电感线圈L2电性连接，该处的异或门U3和U4可以将相位差传送给XAD1602单片机，XAD1602单片机通过计算得出是否缺墨的信号；所述电感线圈L2与电感线圈L3之间电性连接，所述电感线圈L1与电感线圈L2和电感线圈L3相对设置，所述电感线圈L2通过电容C5、C10和电阻R2与电感线圈L1电性连接，所述电感线圈L2通两组电容C6和C7与电感线圈L3电性连接，该处的电感线圈L1与电感线圈L2和电感线圈L3的设置可以实现对显影剂的检测。
较佳的，所述电容C1与C2和C3与C4分别之间并联电性连接，且电容C1与C2和C3与C4的另一端均电性连接地端。
通过采用上述技术方案，该处的电容C1与C2和C3与C4均为滤波的作用，可以将电路芯片HT7150-2输送出来的电压进行滤波处理。
较佳的，所述插接口采用的是CON4型号的连接端口。
通过采用上述技术方案，该处的插接口采用的是4线插针的插线口，可以将打印机的芯片与单片机XAD1602进行连接。
较佳的，所述单片机XAD1602内置高精度RC振荡器。
通过采用上述技术方案，该处的单片机XAD1602是一款高性能8位OTP型MCU，内置高精度RC振荡器。具有很高抗干扰性能，成本低等优点。
较佳的，所述电路芯片HT7150-2是内置有一组CMOS管的三端低功耗高电压稳压器。
通过采用上述技术方案，该处的电路芯片HT7150-2允许的输入电压可高达30V，CMOS技术可以确保器具有低压降和低静态电流的特性。
较佳的，所述感应线圈L1、基准线圈L2、检测线圈L3组成差动变压器，且驱动线圈由基准线圈L2、检测线圈L3以同心方式重叠而成。
通过采用上述技术方案，该处因显影剂为磁性体，磁性显影剂较少时，磁阻便会变大，相反磁性显影剂较多时，磁阻便会变小。如果检测出显影剂磁阻的大小，便可得知碳粉浓度/余量。电路采用考毕兹振荡器来驱动线圈，异或门U3输出一个固定频率的方波。碳粉浓度的变化会引起磁阻的变化，检测线圈的电感量就会发生变化，从而引起L1感应电压的变化，感应电压的变化就会引起异或门U4输出信号相位差的变化。
较佳的，所述电容C10和电容C5串联电性连接，所述电容C10和电容C5与电阻R2并联电性连接。
通过采用上述技术方案，可以有效的降低电压的波动和杂波，防止电感线圈L1的变化引发电路的电压剧烈变化。
较佳的，所述传感模块串联有电容C9，所述C9的一端电性连接有地端。
通过采用上述技术方案，该处的接地电容C9具有稳压和滤波的的作用。
工作原理：差动变压器有驱动线圈L2+L3、感应线圈L1、基准线圈L2、检测线圈L3以同心方式重叠而成。因显影剂为磁性体，磁性显影剂较少时，磁阻便会变大，相反磁性显影剂较多时，磁阻便会变小。如果检测出显影剂磁阻的大小，便可得知碳粉浓度/余量。电路采用考毕兹振荡器来驱动线圈，异或门U3输出一个固定频率的方波。碳粉浓度的变化会引起磁阻的变化，检测线圈的电感量就会发生变化，从而引起L1感应电压的变化，感应电压的变化就会引起异或门U4输出信号相位差的变化，通过单片机的定时器检测两个异或门输出信号的相位差，经过单片机内部固件算法运算后得到对应打印机机型的电压采样值，通过单片机的DAC转换成模拟电压值传送给打印机主控制器，从而判断打印机墨粉量是否需要加粉或者停止加粉等。在单片机内部设定自动匹配机制，针对不同型号的打印机我们可以自动匹配与之相对应的算法参数，单片机中定义每种型号的打印机碳粉传感器计算电压值的参数，根据碳粉传感器检测到的相位差信号来计算出电压值，不同的打印机对应的相位差是不一样的，但输出的电压值范围是一样的，改变算法参数来使输出的电压值范围一样，传感器输出对应的电压信号，所以此传感器可以适配多种不同型号的打印机；多色印刷装置也可通过单片机算法进行自动匹配，简单地补偿各种颜色对应的动作点的波动，因此无需为每种颜色准备动作点不同的传感器，一个传感器即可涵盖所有颜色，该传感器目前市面上还没有贩卖，是我们正在研发的新产品。型号暂定为NH0524ANK-xxx，额定工作电压：24V，电源输入消耗电流：10mA max，输出电压范围：0～5V(基线输出值可以随意设置)，输出可变幅度△V：5V(可根据不同型号打印机变动)，输出纹波：5mV max，输出阻抗：200Ohm max，碳粉浓度工作最低值对应输出电压V_A：0～5V(可以随意设置)，碳粉浓度工作最大值对应输出电压V_B：0～V_A-△V。
本设计我们采用单片机的定时器来检测两个异或门输出信号的相位差，经过单片机内部固件算法运算后得到对应打印机机型的电压采样值，通过单片机的DAC转换成模拟电压值传送给打印机主控制器，从而判断打印机墨粉量是否需要加粉或者停止加粉等。在单片机内部设定自动匹配机制，针对不同型号的打印机我们可以自动匹配与之相对应的算法参数，传感器输出对应打印机最佳碳粉浓度时的电压信号范围，获得最佳打印效果。将电容C10的电容值设定在最佳值，所以参考信号Vr会一直保持在最佳值，不随应用环境改变，传感器就一直具有最佳的灵敏度，这个参考信号Vr的最佳值可以理解为是可以让所有适用机型均获得最佳灵敏度的参考电压值。理论上是可以严格计算的。大致步骤为：
1、计算不同机型在碳粉工作浓度范围区间内产生的△V3最大值和最小值，△V3_Max1，△V3_Min1，△V3_Max2，△V3_Min2...△V3_MaxN，△V3_MinN。
2、建立方程，函数f(Vr)＝(Vr-△V3_Max1)^2+(Vr-△V3_Min1)^2+(Vr-△V3_Max2)^2+(Vr-△V3_Min2)^2+...+(Vr-△V3_MaxN)^2+(Vr-△V3_MinN)^2
3、对函数f(Vr)求导以解出让函数f(Vr)取得最小值时的Vr，即为理论上的参考电压最佳值。
4、求得Vr最佳值后，可以通过电路仿真或者建立方程求得对应的电容C10最佳值。
在实际操作中，因为传感器可以通过调节线圈L2和L3的电感值来调节不同机型对应的△V3值，所以可以简化为先针对某一参考机型计算并验证好最佳参考电压值，然后调节其他机型的线圈工作参数尽量接近该参考机型的线圈工作参数，获得尽量接近的△V3值。但对于采用不同载体的机型，它们不可能获得一样的△V3。这也是采用智能调节技术的原因和意义所在。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，包括控制模块，其特征在于：所述控制模块与电源电性连接，所述控制模块与信号处理模块电性连接，所述信号处理模块电性连接有传感器模块，所述控制模块电性连接有插接口；
所述控制模块采用XAD1602单片机，所述XAD1602单片机的VCC脚与电源芯片HT7150-2的Vout脚电性连接，所述电源芯片HT7150-2的GND脚接地，所述电源芯片HT7150-2的Vm脚与插接口的3脚电性连接，所述插接口的2脚与XAD1602单片机的PB1脚电性连接，所述插接口的1号管脚接地，所述电源芯片HT7150-2的Vout和Vm管脚均并连接有两组电容C1、C2和C3、C4，所述电容C1、C2和C3、C4的一端均与地电性连接，所述XAD1602单片机的PB4管脚与U4异或门电性连接，所述U4异或门的2号管脚与电感线圈L1电性连接，所述XAD1602单片机的PB5管脚与U3异或门电性连接，所述U3异或门的2号管脚与电感线圈L2电性连接，所述电感线圈L2与电感线圈L3之间电性连接，所述电感线圈L1与电感线圈L2和电感线圈L3相对设置，所述电感线圈L2通过电容C5、C10和电阻R2与电感线圈L1电性连接，所述电感线圈L2通两组电容C6和C7与电感线圈L3电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述电容C1与C2和C3与C4分别之间并联电性连接，且电容C1与C2和C3与C4的另一端均电性连接地端。
3.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述插接口采用的是CON4型号的连接端口。
4.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述单片机XAD1602内置高精度RC振荡器。
5.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述电路芯片HT7150-2是内置有一组CMOS管的三端低功耗高电压稳压器。
6.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述感应线圈L1、基准线圈L2、检测线圈L3组成差动变压器，且驱动线圈由基准线圈L2、检测线圈L3以同心方式重叠而成。
7.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述电容C10和电容C5串联电性连接，所述电容C10和电容C5与电阻R2并联电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种不同机型碳粉浓度精确智能检测通用方法，其特征在于：所述传感模块串联有电容C9，所述C9的一端电性连接有地端。
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Application publication date: 20190917

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