CN114261215A - 一种热敏打印机的打印控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种热敏打印机的打印控制方法及系统，通过对打印头加热时间进行补偿，将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为预热脉冲、主脉冲和保温脉冲，对不同加热点位进行预热或保温，能够在不影响加热器件寿命的情况下很好的适应不同的打印速度，采用的多周期脉冲加热方式，可以使发热过程更为平滑，温度更稳定，提升打印清晰度。

Description

一种热敏打印机的打印控制方法及系统

技术领域

本发明实施例涉及热敏打印技术领域，具体涉及一种热敏打印机的打印控制方法及系统。

背景技术

热敏打印机广泛使用在各个行业，比如仪器仪表、超级市场、便利店、物流、银行、烟草专卖、公用事业抄表、移动警务系统、移动政务系统等等。现在市面上有很多种热敏打印机，各自都有自己的适用范围。根据打印方式不同可分为微型热敏打印机、热敏标签打印机、热敏彩票打印机等。热敏打印机通过控制热敏打印头上的发热单元，使打印头对应位置的温度迅速升高；当热敏纸接触到被加热的发热单元时，其表面的热敏介质回发生化学反应，进而引起光密度的变化，使得热敏纸表面变色。通过打印机固件将待打印数据转换成点阵数据后，发送至热敏打印头，并打开打印头加热电源，控制相应点位的加热变色，同时控制走纸电机带动打印纸输送，从而在热敏纸表面形成既定图像。

由于发热体通电发热的原理特性，必然存在温度上升及下降过程。在高速打印过程中，温度上升及下降的过程中温度容易处于使热敏纸显色但未饱和显色的温度，从而造成发色不足或发色区域超过预期的“拖尾”现象。由于打印机走纸电机从静止到最高速度，或打印即将结束时从最高速度降低至静止时必然存在加、减速的变速过程，而不同的速度决定了其驱动周期也有很大的差别。对于不同的驱动周期，其周期内打印头片散失的热量也不相同。如果采用相同的发热脉冲宽度，则低速打印时打印内容会偏浅。如果针对低速情况补偿加热时间，容易导致加热脉冲超出加热器件的承受上线，瞬时温度过高导致加热片寿命降低。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种热敏打印机的打印控制方法，以解决现有热敏打印存在的打印不清晰、加热片寿命低的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种热敏打印机的打印控制方法，所述方法包括：

获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据；

根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿；

将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温。

进一步地，所述方法具体包括：

根据打印头硬件参数计算出基本加热脉宽，根据走纸电机驱动周期对基本加热脉宽进行补偿得到总加热脉宽。

进一步地，所述方法具体包括：

根据基本加热脉宽计算出最优单周期加热脉宽；

根据总加热脉宽和最优单周期加热脉宽进行相除得到加热脉冲数，并计算得到脉冲序列。

进一步地，所述方法具体包括：

将计算得到的加热脉冲序列中增加一个脉冲以实现额外预热，将第一个脉冲定义为预热脉冲，最后一个脉冲定义为保温脉冲，其余脉冲定义为主脉冲，第一个主脉冲增设在预热脉冲与第二个主脉冲之间的间隔时间；各脉冲的脉宽均相同。

进一步地，所述方法还包括：

结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，计算出当前行的打印数据真值表，所述真值表中包括预热数据、普通数据和保温数据，根据所述预热数据确定输出预热脉冲为低电平或高电平，根据所述普通数据确定输出主脉冲为低电平或高电平，根据所述保温数据确定输出保温脉冲为低电平或高电平。

进一步地，所述方法还包括：

在一个所述驱动周期开始前向打印头发送预热数据，在预热脉冲开始后与第一主脉冲开始之前向打印头发送普通数据，在最后一个主脉冲开始后与保温脉冲开始前向打印头发送保温数据。

进一步地，所述方法还包括：

对于当前行需要进行预热的点位，则同样在驱动周期内输出保温脉冲对其进行保温。

根据本发明实施例的第二方面，提出了一种热敏打印机的打印控制系统，所述系统包括：

打印数据获取模块，用于获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据；

加热补偿模块，用于根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿；

加热控制模块，用于将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温。

本发明实施例具有如下优点：

1、由于将一个驱动周期内的加热脉冲至少拆分为三个周期，有效的降低了发热器件的峰值温度，使低速打印时发热器件温度更为均匀稳定。对于任何驱动周期，都可以输出足够的加热时间补偿，确保打印清晰度一致。

2、由于历史数据考虑了过去多次加热的数据，对于已经连续加热多次的点位，其相邻基板温度更高，散热速度更慢，导致其温度下降更慢，短时间内再次启动加热时所给予的加热脉宽更短。可以更为精准的输出当前所需要的加热脉冲。

3、由于预热脉冲与第一主脉冲、第二主脉冲相连，可以使发热原件温度由较低温度快速升高到饱和显色温度以上，避免长时间处于饱和显色温度以下，导致打印浓度较浅的情况。

4、对于需要连续加热的点位和本行需要预热的点位，保温脉冲可以维持其温度在饱和发色温度以上。对于即将停止加热的点位，保温脉冲不会对其进行加热，使其温度在本点行驱动周期结束前回落至发色温度以下。从而提高起始打印的深度，同时减少拖尾的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种热敏打印机的打印控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种热敏打印机的打印控制方法的加热时序图；

图3为现有技术中使用单次脉冲加热的控制方法的加热时序图；

图4为现有技术中使用单次脉冲加热的控制方法的实际打印汉字效果图；

图5为现有技术中使用单次脉冲加热的控制方法的实际打印高密度二维码效果图；

图6为本发明实施例1提供的一种热敏打印机的打印控制方法的打印汉字效果图；

图7为本发明实施例1提供的一种热敏打印机的打印控制方法的实际打印高密度二维码效果图；

图8是现有技术加热方法与本实例1提供的加热方法利用仿真软件计算的温度变化曲线对比图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了一种热敏打印机的打印控制方法，所述方法包括：

S100、获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据。

热敏打印机主要包括热敏打印头，主控制器，存储器，其中处理器与存储器和热敏打印头连接，并通过外部端口连接到上位机。处理器通过外部接口接收上位机下发的打印数据，解析成字符数据后，从存储器取出点阵图形，存入处理器的缓冲区中。

S200、根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿。

热敏打印机的核心组件为打印头片和进纸电机。打印头片上有一行发热电阻，打印过程中控制响应的发热电阻加热，使与之接触的热敏纸升温变色，从而完成一行数据的打印。之后需要驱动步进电机前进一步，走到下一行加热位置，进行下次加热。由于电机从静止到匀速运动需要一个加速过程，在此过程中电机前进一步所需的时间是不断变化的，电机驱动周期指的就是打印当前一行数据时电机前进一步所需的时间。由于速度比较慢的情况下，打印一行所需要的时间会更长，需要使发热元件维持高温的时间也更长，因此需要在此对加热时间进行补偿。

根据打印头硬件参数计算出基本加热脉宽，根据走纸电机驱动周期对基本加热脉宽进行补偿得到总加热脉宽；

根据基本加热脉宽计算出最优单周期加热脉宽；

根据总加热脉宽和最优单周期加热脉宽进行相除得到加热脉冲数，并计算得到脉冲序列。

最短驱动周期对应打印机的最高打印速度，此项速度由打印头片的硬件参数决定，通常打印头片的规格书会给出推荐最大打印速度。当前驱动周期指的是因为不可避免的加减速过程，计算得出当前速度下打印点行所需的电机驱动周期，该值从打印开始逐渐降低，运行到最高打印速度时与最短驱动周期相等。即将打印完成时逐渐升高，直到打印结束。

具体为，预存在打印机固件中的打印头片发热元件电阻值R，加热片加热电源电压V，加热片推荐印加能量W，加热片推荐最大打印速度生成基本加热脉宽T_B，最短驱动周期P_S。其中驱动周期P_S需要满足以下公式：

P_S≥2×T_B

其中基本加热脉宽T_B的计算公式为:

其中最优单周期加热脉宽计算公式为：

其中对基本加热脉宽T_B进行补偿时需按照如下公式：

其中实际单周期加热脉宽T_S计算公式为：

其中加热周期P_H的计算公式为：

加热周期数与加热脉冲数是对应的。一个完整的加热周期，由一段高电平和一段低电平组成，其中高电平的时长就是加热脉冲宽度，低电平加高电平的时长就是周期宽度，加热周期数指的就是一个驱动周期内有多少个加热周期。驱动周期对应打印一个完整的点行，加热周期对应输出一个加热脉冲，加热一点行需要至少三个加热周期。第一个加热周期因为增加了一个脉冲，与其他加热周期存在区别，其余加热周期都是相同的。

根据驱动周期内总加热脉宽、加热脉冲数、驱动周期，计算出加热脉冲序列。脉冲序列即为全部加热脉冲的时长和两个脉冲之间间隔时长的序列，计算完成后打印机通过定时器依次计时序列里面的时长，从而实现对脉冲输出的控制。每个脉冲的时长即为实际单周期加热脉宽T_S。

S300、将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温，在驱动周期内根据脉冲序列依次进行脉冲输出。

对于本行需要加热但历史上长期未加热的点，其初始温度相对较低，为了让它的加热浓度达到要求，需要额外补偿加热时间，所以将这部分点作为预热数据，使用预热脉冲对其进行加热。普通数据指的就是正常的打印数据。保温数据是针对下一行仍然需要加热的点进行加热，下一行不再需要加热的点不予加热，使已经连续发热的点提前冷却，避免其余热过高仍然使下一行变。

将计算得到的加热脉冲序列中增加一个脉冲以实现额外预热，将第一个脉冲定义为预热脉冲，最后一个脉冲定义为保温脉冲，其余脉冲定义为主脉冲，第一个主脉冲增设在预热脉冲与第二个主脉冲之间的间隔时间；各脉冲的脉宽均相同，除了第一主脉冲外，其余脉冲之间的间隔也相同。即，实际上控制的脉冲数是通过总加热脉宽与最优单周期加热脉宽计算出的脉冲数加一得到的。

事实上，假设当前加热时间计算结果是500us，驱动周期为1000us，最优单周期加热时间是100us，这样计算出5个周期5个脉冲，0us-100us为第一脉冲，200-300为第二脉冲，以此类推。将最后一个脉冲定义为保温脉冲，对应加热保温数据。其余脉冲为主脉冲，对应加热未经处理的原始数据。在100us-200us的间隔增加一个脉冲，并将100us-200us定义为预热脉冲，对应加热预热数据。上述为最理想的加热脉冲序列，但是存在一个缺陷，因为第一主脉冲和预热脉冲加热的不是同一组数据，需要发送两次数据，且时间间距太近，遇到通信速率慢的头片就会导致时序不准，需要等通信完成才能继续，影响效果，因此将第一主脉冲和预热脉冲的顺序进行交换，这样就减少了两次通信，确保时序完整，交换完成后0-100us即为预热脉冲，100-200us为第一主脉冲，200-300us为第二主脉冲，依次类推。

将第一加热脉冲定义为预热脉冲，第一个主脉冲增设在预热脉冲与第二个主脉冲之间的间隔时间，主脉冲脉宽也为T'。将最后一个脉冲定义为保温脉冲。除预热脉冲及保温脉冲外的脉冲定义为主脉冲。增加的第一主脉冲利用了预热脉冲结束到第二主脉冲起始的这段时间，这样操作可以使需要进行预热的点位，会有连续三次间隔非常短的加热脉冲，使其温度迅速提升。

加热脉冲时序如图1所示，DATA指的是数据传输，D1,D2,D3指的是当前行主控芯片通过SPI将一点行数据发送到打印头，D1’指的是下一行数据。LATCH指的是锁存信号，数据发送到打印头以后需要通过锁存信号通知打印头保存，并使之生效。STB指的是加热开关，其输出的信号就是加热脉冲。T1代表预热脉冲，T2,T3代表主脉冲，T4代表保温脉冲。其中T3加热周期根据计算的本驱动周期内加热周期数结果不同可能会重复多次。

结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，计算出当前行的打印数据真值表，所述真值表中包括预热数据、普通数据和保温数据，根据所述预热数据确定输出预热脉冲为低电平或高电平，根据所述普通数据确定输出主脉冲为低电平或高电平，根据所述保温数据确定输出保温脉冲为低电平或高电平。

真值表如下表格：

其中，点阵数据中的“0”表示不显色像素点，点阵数据中的“1”为显色像素点。脉冲数据表示在一个完整驱动周期内依次发送的加热脉冲数据。

其中历史打印行是由当前行以前的多行数据计算得出的，行数是可调的，因为不同头片导热性能差距太大，通过调节这个累计行数可以更好的适配多种头片。计算真值表如下：

过去2行打印数据	第三行打印数据	第四行历史数据
			X	1	1
全为1	0	1
			X	0	0

其中，点阵数据中的“0”表示不显色像素点，点阵数据中的“1”为显色像素点，点阵数据中的“X”表示不显色或显色像素点。

整个驱动周期是电机运行速度决定的，整体时间不变，若预热数据为0，则加热脉冲序列中预热脉冲输出为低电平，无需预热，若保温数据为0，则序列中保温脉冲输出为低电平，序列中各脉冲的脉宽相同。

进一步地，所述方法还包括：对于当前行需要进行预热的点位，则同样在驱动周期内输出保温脉冲对其进行保温。某一点需要进行预热加热的时候，说明这点温度是过低的，这种情况下也需要对其输出保温脉冲，以尽可能的增加它的温度。对于需要连续加热的点位和本行需要预热的点位，保温脉冲可以维持其温度在饱和发色温度以上。对于即将停止加热的点位，保温脉冲不会对其进行加热，使其温度在本点行驱动周期结束前回落至发色温度以下。从而提高起始打印的深度，同时减少拖尾的情况。

进一步地，所述方法还包括：在一个所述驱动周期开始前向打印头发送预热数据，在预热脉冲开始后与第一主脉冲开始之前向打印头发送普通数据，在最后一个主脉冲开始后与保温脉冲开始前向打印头发送保温数据。

随后在加热驱动启动前打印头输出预热数据，在加热驱动启动时输出锁存信号，之后开始输出普通数据，同时开始输出预热脉冲。在预热脉冲输出完成后，输出锁存信号，之后开始输出保温数据，同时开始输出第一主脉冲。第一主脉冲输出完成后，输出低电平直至第一加热周期结束，之后开始输出其余主脉冲周期。最后一个主脉冲周期输出完成后，输出锁存信号并开始输出保温脉冲，同时开始计算下一点行的加热数据，计算完成后开始输出下一点行的预热数据，并将当前行数据保存到历史数据中，历史数据仅保留最近的五行。保温脉冲周期输出完成后，输出锁存信号并开始输出下一驱动周期加热脉冲序列。

使用单次脉冲加热的控制方法的加热时序参考图3所示，在高速打印时下为了确保温度上升到饱和发色温度，每个周期都需要施加过量的加热时间，从而导致连续加热时热量积累严重，停止加热后无法及时散热，造成图像拖尾；同时首行温度偏低，加热时间不足，造成首行偏浅的现象，在125mm/s的速度下打印效果如图4、图5所示。在低速情况下为了确保整个驱动周期内饱和发色，需要多倍的发热时间，导致加热脉冲宽度超过打印头允许的最大宽度，峰值温度较高。

使用多次脉冲加热的控制方法时序参考图2所示，在高速情况下起始加热时快速升温到饱和显色温度以上，确保首行显色浓度高。之后温度变化幅度较小，停止加热时温度可以迅速降低到显色温度以下，打印清晰度高，没有出现拖尾现象，在125mm/s的速度下打印效果如图6、图7所示。在低速情况下增加多个加热周期，降低峰值温度，使温度变化更为平缓，有利于增加打印头寿命。

图8为单个加热元件从常温连续加热三点行情况下，分别利用两种驱动模式，利用仿真建模计算得到的温度变化曲线。此图右侧是传统方法，左侧是本方法，通过多个小而短的分离的加热脉冲可以降低峰值温度，降低热量累积，首行也因为补偿了额外的加热时间，使温度不会低于显色温度，第三驱动周期结束时温度也会及时回落到显色温度以下，不会使下一行被余热加热到变色。由曲线可以看出，本方法相较于传统方法可以显著降低峰值温度，提高温度变化平稳程度，在消耗相同功耗的前提下获得更长时间的饱和显色温度。

实施例2

与上述实施例1相对应的，本实施例提出了一种热敏打印机的打印控制系统，所述系统包括：

打印数据获取模块，用于获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据；

加热补偿模块，用于根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿；

加热控制模块，用于将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温。

本发明实施例提供的一种热敏打印机的打印控制系统中各部件所执行的功能均已在上述实施例1中做了详细介绍，因此这里不做过多赘述。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据；

根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿；

将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温，在驱动周期内根据脉冲序列依次进行脉冲输出。

2.根据权利要求1所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

根据打印头硬件参数计算出基本加热脉宽，根据走纸电机驱动周期对基本加热脉宽进行补偿得到总加热脉宽。

3.根据权利要求2所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

根据基本加热脉宽计算出最优单周期加热脉宽；

根据总加热脉宽和最优单周期加热脉宽进行相除得到加热脉冲数，并计算得到脉冲序列。

4.根据权利要求1所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法具体包括：

将计算得到的加热脉冲序列中增加一个脉冲以实现额外预热，将第一个脉冲定义为预热脉冲，最后一个脉冲定义为保温脉冲，其余脉冲定义为主脉冲，第一个主脉冲增设在预热脉冲与第二个主脉冲之间的间隔时间；各脉冲的脉宽均相同。

5.根据权利要求1所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，计算出当前行的打印数据真值表，所述真值表中包括预热数据、普通数据和保温数据，根据所述预热数据确定输出预热脉冲为低电平或高电平，根据所述普通数据确定输出主脉冲为低电平或高电平，根据所述保温数据确定输出保温脉冲为低电平或高电平。

6.根据权利要求5所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在一个所述驱动周期开始前向打印头发送预热数据，在预热脉冲开始后与第一主脉冲开始之前向打印头发送普通数据，在最后一个主脉冲开始后与保温脉冲开始前向打印头发送保温数据。

7.根据权利要求1所述的一种热敏打印机的打印控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

对于当前行需要进行预热的点位，则同样在驱动周期内输出保温脉冲对其进行保温。

8.一种热敏打印机的打印控制系统，其特征在于，所述系统包括：

打印数据获取模块，用于获取上位机下发的待打印数据并转换为可打印的点阵数据；

加热补偿模块，用于根据走纸电机驱动周期对一个驱动周期内的打印头加热时间进行补偿；

加热控制模块，用于将驱动周期内的加热脉冲序列按顺序依次划分为一个预热脉冲、至少两个主脉冲和一个保温脉冲，结合当前行及其历史多行和下一行的打印点阵数据，对于当前行需要加热而之前历史多行均未加热的点位，在驱动周期内输出预热脉冲为高电平对其进行预热，对于当前行需要加热而下一行仍需加热的点位，则在驱动周期内输出保温脉冲为高电平对其进行保温。

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