CN116604954B - 一种用于热敏打印机步进电机的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，包括以下步骤：在热敏打印机处于启动阶段，发出方波控制信号至步进电机；在起步过程中，采用方波控制信号、并按照加速度表加速到最大的设定速度时，切换成带有PWM脉冲宽度调制的方波控制输出；在正常打印过程中，根据印制率的变化，按照印制比率等比例的线性增加，等比例的线性降低电机外环PWM控制的方波频率，同时等比例的线性降低电机速度，自适应的等比例线性降低方波频率和电机内环PWM控制的占空比，自适应的动态调整打印速度；且在电机减速过程中，电机内环PWM控制的占空比不变；实现根据工作阶段的不同采用方波控制和带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制和组合控制。
Description
技术领域
本发明涉及打印机电机的控制技术，尤其涉及一种用于热敏打印机步进电机的控制方法。
背景技术
步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等；步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
现有技术中，步进电机可分为反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)和混合式步进电机(HB)，步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。例如：混合式步进电机的工作方式，采用的基本控制过程为控制换相顺序—通电换相，这一控制过程称为脉冲分配，其各相通电顺序为A-B-C-D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断，这就是所谓脉冲环形分配器。
目前，常规的热敏打印机的步进电机控制，使用方波步进控制方法，驱动器的相位控制方法，如下图1所示，输入给步进电机驱动器的控制信号有4个，其中AIN1和AIN2是反向的，BIN1和BIN2是反向的，AIN1和BIN1相位相差90°；工作时，步进电机驱动器放大信号，输出给步进电机的电信号电流大，能量足，可以直接驱动电机的运转。
但是，热敏打印机的步进电机控制方法，存在以下缺点：1)、现有常规打印机步进电机的方波控制方法控制简单，由于打印机得步进电机在长时间工作的过程中，发热量大，累计热量造成的温升可超过100摄氏度，容易融化电机安装固定的打印机塑胶外壳，甚至烧毁电机；2)、打印机步进电机控制方法单调，容易和外壳产生低频共振，噪声大，增加环境噪音污染；3)、产品寿命时效短，由于给步进电机的电信号电流大，对电池供电的产品、功耗大，影响产品工作时长。
(1)因此，迫切需要对现有打印机步进电机的控制方法进行改进。
发明内容
本发明提供一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，根据工作阶段的不同采用方波控制和带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制，解决电机的发热问题和噪音问题，达到延长供电时间和节省能耗，规避了启动时的能量不足问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，根据工作阶段的不同采用方波控制和带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制或组合控制，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1，在热敏打印机根据印制内容打印时，处于步进电机的启动阶段，人机交互模块发出打印指令，控制单元模块接收打印指令，发出方波控制信号至驱动步进电机的功率放大电路；
步骤S2，在步进电机起步过程中，采用方波控制信号、并按照加速度表加速到最大的设定速度时，切换成带有PWM脉冲宽度调制的方波控制输出，其中，方波控制与带有PWM脉冲宽度调制的方波控制之间的切换点选取在加速到最高速度的时刻；所述加速度表为步进电机从停止到达到最大速度设定的一个速度表，所述加速度表最高频率对应的电机速度是Vmax，称为加速度表的最大值；
所述带有PWM脉冲宽度调制的方波控制的控制方法为两级PWM控制方法，该两级PWM控制方法包括电机外环PWM控制和电机内环PWM控制，电机外环PWM控制为方波控制，电机内环PWM控制为采用可变的、嵌入在电机外环PWM控制的某一个相位段里面的PWM波形；其中，电机外环PWM控制的周期时间折算出来为电机外环PWM对应的方波频率，由于周期从大到小排列，对应的频率从小到大排列；
步骤S3，在正常打印过程中，根据印制比率的变化，按照印制比率等比例的线性增加，动态等比例的线性降低电机外环PWM控制的方波频率，同时动态等比例的线性降低电机速度，自适应的等比例线性降低方波频率和电机内环PWM控制的占空比，自适应的动态调整打印速度；且在电机减速过程中，电机内环PWM控制的占空比不变；其中，印制比率=印制内容的黑点数量/整行点数。
进一步地，所述步骤S3中还包括：
在打印过程中的加速阶段，电机外环PWM控制的方波频率随着速度的增加按照加速度表同比例的增加，电机内环PWM控制的占空比根据加速度表取值、且随着电机外环PWM控制的方波频率等比例增加对应的电机内环PWM控制的占空比等比例减少。
进一步地，还包括：
在热敏打印机采用电池驱动步进电机打印，控制步进电机的速度时增加一个电量比率参数δ，电量比率参数δ=当前电池电压/满电电压；
设定步进电机当前速度最大值为Vtmax，加速度表中步进电机的速度最大值为Vmax，当前速度最大值Vtmax与当前电池电压直接关联；当电池电量低时，步进电机的当前速度最大值则满足Vtmax=Vmax*δ，且每次打印前，均根据当前电池电压重新计算步进电机的当前速度最大值Vtmax。
本发明的有益效果是：
本发明提供的步进电机控制方法，根据热敏打印机工作阶段的不同，采用方波控制或带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制或组合控制，使得步进电机在合适的频率下工作；启动时采用方波控制方法，保证步进电机输出力矩最大，不会出现启动丢步的情况，同时规避了启动时能量不足的问题；正常打印过程中，切换到带有PWM脉冲宽度调制的方波控制，高频振动频率能避开热敏打印机外壳的低频共振点，有效降低噪音，减少了噪音污染。
而且，在正常打印过程中，切换为带有PWM脉冲宽度调制的方波控制；以及在热敏打印机采用电池驱动时，每次打印前，均根据当前电池电压重新计算步进电机的当前速度最大值Vtmax；以上两种控制模式，使得驱动器输送给步进电机的电流平均值减小，由于对步进电机的输入能量减少，步进电机产生的额外热量减少，能有效控制步进电机的发热问题，有效避免热化步进电机安装固定的打印机塑胶外壳；同时，输入给驱动器的平均电流减少，节省的能量可以用来做有用功，对便携式产品而言，能够提升整个系统的续航能力，延长供电时间，节省能耗。
附图说明
图1是现有技术中热敏打印机的方波步进控制示意图；
图2是本发明中热敏打印机启动时的方波步进控制示意图；
图3是本发明中热敏打印机达到设定速度时的带PWM输出的方波步进控制示意图。
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。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。
一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，根据工作阶段的不同采用方波控制和带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制或组合控制，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1，在热敏打印机根据印制内容打印时，处于步进电机的启动阶段，人机交互模块发出打印指令，控制单元模块接收打印指令，发出方波控制信号至驱动步进电机的功率放大电路；采用方波控制，保证电机输出力矩最大，不会出现启动丢步的情况；
步骤S2，在步进电机起步过程中，采用方波控制信号(如图2所示)，并按照加速度表加速到最大的设定速度时，切换成带有PWM脉冲宽度调制的方波控制输出，其中，方波控制与带有PWM脉冲宽度调制的方波控制之间的切换点选取在加速到最高速度的时刻；所述加速度表为步进电机从停止到达到最大速度设定的一个速度表，所述加速度表最高频率对应的电机速度是Vmax，称为加速度表的最大值；
所述带有PWM脉冲宽度调制的方波控制的控制方法为两级PWM控制方法，该两级PWM控制方法包括电机外环PWM控制和电机内环PWM控制，电机外环PWM控制为方波控制，电机内环PWM控制为采用可变的、嵌入在电机外环PWM控制的某一个相位段里面的PWM波形；其中，电机外环PWM控制的周期时间折算出来为电机外环PWM对应的方波频率，由于周期（time）从大到小排列，对应的频率（f）从小到大排列；
步骤S3，在正常打印过程中，如图3所示，根据印制率的变化，按照印制比率等比例的线性增加，动态等比例的线性降低电机外环PWM控制的方波频率，同时动态等比例的线性降低电机速度，自适应的等比例线性降低方波频率和电机内环PWM控制的占空比，自适应的动态调整打印速度，达到速度、噪音和电机转动力矩的平衡；且在电机减速过程中，电机内环PWM控制的占空比不变；其中，印制比率=印制内容的黑点数量/整行点数。
例如，随着印制比率的增加，则电机需要进入减速过程，电机外环PWM控制的频率会减小，如印制比率超过25%，电机减速25%，频率减少25%；印制比率超过50%，电机减速50%，频率减少50%；印制比率超过75%，电机减速75%，频率减少75%；即电机外环PWM控制为线性减速。
其中，该步骤S3中还包括：
在打印过程中的加速阶段（不是非打印状态下的步进电机起步过程），电机外环PWM控制的方波频率随着速度的增加按照加速度表同比例的增加，电机内环PWM控制的占空比根据加速度表取值、且随着电机外环PWM控制的方波频率等比例增加对应的电机内环PWM控制的占空比等比例减少。
例如，在打印过程中的加速阶段，电机外环PWM控制的方波频率达到加速度表最大值的50%时，电机内环PWM控制的占空比取值为75%；电机外环PWM控制的方波频率达到加速度表最大值的75%时，电机内环PWM控制的占空比取值为50%；电机外环PWM控制的方波频率达到加速度表最大值时，电机内环PWM控制的占空比取值为25%。
而且，在热敏打印机采用电池驱动步进电机打印，控制步进电机的速度时增加一个电量比率参数δ，电量比率参数δ=当前电池电压/满电电压；设定步进电机当前速度最大值为Vtmax，加速度表中步进电机的速度最大值为Vmax，当前速度最大值Vtmax与当前电池电压直接关联；当电池电量低时，步进电机的当前速度最大值则满足Vtmax=Vmax*δ，且每次打印前，均根据当前电池电压重新计算步进电机的当前速度最大值Vtmax。
该实施例中采用的步进电机控制方法，启动时采用方波控制，保证步进电机输出力矩最大，不会出现启动丢步的情况，同时规避了启动时能量不足的问题；正常打印过程中，切换到带有PWM脉冲宽度调制的方波控制，不仅能够避开热敏打印机外壳的低频共振点，有效降低噪音污染，而且能够使得驱动器输送给步进电机的电流平均值有效减小，达到有效控制步进电机的发热问题，进而提升整个系统的续航能力，延长供电时间和节省能耗。
以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，其特征在于，根据工作阶段的不同采用方波控制和带有PWM脉冲宽度调制的方波来切换控制或组合控制，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1，在热敏打印机根据印制内容打印时，处于步进电机的启动阶段，人机交互模块发出打印指令，控制单元模块接收打印指令，发出方波控制信号至驱动步进电机的功率放大电路；
步骤S2，在步进电机起步过程中，采用方波控制信号、并按照加速度表加速到最大的设定速度时，切换成带有PWM脉冲宽度调制的方波控制输出，其中，方波控制与带有PWM脉冲宽度调制的方波控制之间的切换点选取在加速到最高速度的时刻；所述加速度表为步进电机从停止到达到最大速度设定的一个速度表，所述加速度表最高频率对应的电机速度是Vmax，称为加速度表的最大值；
所述带有PWM脉冲宽度调制的方波控制的控制方法为两级PWM控制方法，该两级PWM控制方法包括电机外环PWM控制和电机内环PWM控制，电机外环PWM控制为方波控制，电机内环PWM控制为采用可变的、嵌入在电机外环PWM控制的某一个相位段里面的PWM波形；其中，电机外环PWM控制的周期时间折算出来为电机外环PWM对应的方波频率，由于周期从大到小排列，对应的频率从小到大排列；
步骤S3，在正常打印过程中，根据印制比率的变化，按照印制比率等比例的线性增加，动态等比例的线性降低电机外环PWM控制的方波频率，同时动态等比例的线性降低电机速度，自适应的等比例线性降低方波频率和电机内环PWM控制的占空比，自适应的动态调整打印速度；且在电机减速过程中，电机内环PWM控制的占空比不变；其中，印制比率=印制内容的黑点数量/整行点数。
2.根据权利要求1所述的一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，其特征在于：所述步骤S3中还包括：
在打印过程中的加速阶段，电机外环PWM控制的方波频率随着速度的增加按照加速度表同比例的增加，电机内环PWM控制的占空比根据加速度表取值、且随着电机外环PWM控制的方波频率等比例增加对应的电机内环PWM控制的占空比等比例减少。
3.根据权利要求1所述的一种用于热敏打印机步进电机的控制方法，其特征在于：还包括：
在热敏打印机采用电池驱动步进电机打印，控制步进电机的速度时增加一个电量比率参数δ，电量比率参数δ=当前电池电压/满电电压；
设定步进电机当前速度最大值为Vtmax，加速度表中步进电机的速度最大值为Vmax，当前速度最大值Vtmax与当前电池电压直接关联；当电池电量低时，步进电机的当前速度最大值则满足Vtmax=Vmax*δ，且每次打印前，均根据当前电池电压重新计算步进电机的当前速度最大值Vtmax。
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