CN201824653U - 一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，主要包括：电源管理单元、主控芯片单元、通讯转换单元、字库扩展单元、功率控制单元和打印机控制单元。其改良结构是采用封胶灌装工艺将整个控制模块封装在约4cm3的模块内，引脚符合IC国际标准。本方案采用高性能微控制器作为主控芯片，该微控制器具有卓越的运算处理能力，提高了软件设计与升级的灵活性。并带有丰富的外设，大大简化了硬件设计，缩小了占板面积，有效地提高了应用的灵活性。单芯片技术方案，无需外扩大容量SDRAM和FLASH存储器，相对多芯片技术方案，集成度更高，能耗更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及热敏微型打印机领域，更具体地说是一种技术方案简便的小型的嵌入式热敏打印机控制模块。
背景技术
近几年中国打印机市场细分趋势进一步彰显，客户需求进一步个性化。随着人们生活需求的不断提高和市场细分的加速，打印机小型化成为发展趋势，行业用户对于微型打印机的需求不断增长。热敏打印机凭借噪音低、速度快、可靠性高、打印字符清晰等优点，目前已在POS终端系统、银行系统、移动警务系统、移动政务系统、医疗仪器、汽车计价器、手持设备等领域得到广泛应用，并呈现突增趋势。另外热敏打印机正在一些领域逐步替代针式打印机，热敏打印机市场进一步扩大。
热敏打印机的工作原理是打印头上安装有半导体加热元件，打印头加热并接触热敏打印纸后就可以打印出需要的图案，其原理与热敏式传真机类似。图象是通过加热，在膜中产生化学反应而生成的。这种化学反应是在一定的温度下进行的。高温会加速这种化学反应。当温度低于60℃时，纸需要经过相当长，甚至长达几年的时间才能变成深色；而当温度为200℃时，这种反映会在几微秒内完成。
热敏打印机有选择地在热敏纸的确定位置上加热，由此就产生了相应的图形。加热是由与热敏材料相接触的打印头上的一个小电子加热器提供的。加热器排成方点或条的形式由打印机进行逻辑控制，当被驱动时，就在热敏纸上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而能在整个标签或纸张上印出图形。
国内市场现有的热敏打印机控制方案多采用51单片机设计，因其资源少、性能低，大大制约了硬件和软件的设计。导致现有热敏打印机控制模块体积巨大，灵活性差，这违背了热敏打印机体积小巧，应用灵活的特点，大大制约了热敏打印机的发展。本实用新型主要针对以上现象，推出一种体积小巧，便于嵌入的热敏打印机控制模块。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供了一种能够控制热敏打印机可靠工作，且具有小体积、低功耗、技术方案简便等特点的嵌入式热敏打印机控制模块。
本实用新型通过以下技术方案实现上述目的。
本设计公开了一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，主要包括：电源管理单元、主控芯片单元、通讯转换单元、字库扩展单元、功率控制单元和打印机控制单元。其改良结构是采用封胶灌装工艺将整个控制模块封装在约4cm3的模块内，引脚符合IC国际标准。本方案采用高性能微控制器作为主控芯片，该微控制器具有卓越的运算处理能力，提高了软件设计与升级的灵活性。并带有丰富的外设，大大简化了硬件设计，缩小了占板面积，有效地提高了应用的灵活性。单芯片技术方案，无需外扩大容量SDRAM和FLASH存储器，相对多芯片技术方案，集成度更高，能耗更低。
比较独特的是整体结构采用封胶灌装工艺，激光打标，生产流程符合RoHS指令。
图1为本实用新型的结构框图，主要包括：电源管理单元(1)、主控芯片单元(2)、通讯转换单元(3)、字库扩展单元(4)、功率控制单元(5)和打印机控制单元(6)。
电源管理单元(1)由电压检测部分(7)和电压转换部分(8)组成：
电压检测部分(7)：使用分压方式将输入电压信号(25)转换到主控芯片单元(2)电压检测范围内，主控芯片单元(2)根据输入电压设定打印加热时间，并检测输入电压(25)的合法性，防止过压损坏热敏打印机芯(28)和切刀(29)；
电压转换部分(8)：使用LDO将电压转换为系统所需电压，为系统供电。
主控芯片单元(2)内部带有FLASH(9)、RAM(10)、I/O口(11)、ADC(12)、定时器(13)、PWM控制器(14)、UART(15)、SPI控制器(16)和看门狗(17)。
FLASH(9)：用来存储一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块的全部控制程序；
RAM(10)：用来保存程序执行过程中的数据信息；
I/O口(11)：控制按键和LED(26)与用户进行人机交互，并连接切刀控制(24)用以驱动切刀(29)；
ADC(12)：采集经过电压检测(7)部分转换后的输入电压信号，主控芯片根据采集的输入电压值判断输入电压的合法性和计算打印加热时间；采集过温检测数据，判断热敏打印机芯(28)的热敏片温度是否超标；
定时器(13)：控制打印的加热时间和过温检测(20)频率；
PWM控制器(14)：产生PWM控制信号，完成步进电机控制(23)；
UART(15)：经通讯转换(3)与用户设备通讯(27)；
SPI控制器(16)：使用SPI总线方式与字库(4)通信并传输打印数据(18)；
看门狗(17)：看门狗复位，保障整个系统的可靠性。
通讯转换单元(3)使用电平转换芯片将TTL电平UART转换成用户所需接口。
字库扩展单元(4)外扩字库存储芯片，存储字库数据，减小打印通讯数据量。
功率控制单元(5)采用主控芯片低功耗模式和外围器件下电方式降低整个模块的能耗，满足低功耗的需求。
打印机控制单元(6)实现以下功能：
打印数据传输(18)：主控芯片单元(2)传输打印数据至热敏打印机芯(28)；
打印电压控制(19)：控制打印机芯的加热电压上、下电时序和步进电机、切刀电机供电；
过温检测(20)：检测热敏打印机芯(28)的热敏片温度，防止加热过久或误操作导致热敏打印机芯(28)烧毁；
缺纸检测(21)：检测热敏打印机芯(28)的装纸状态；
压轴检测(22)：检测热敏打印机芯(28)的压轴状态；
步进电机控制(23)：控制热敏打印机芯(28)走纸步进电机时序；
切刀控制(24)：控制切刀(29)出刀、退刀和切刀位置检测。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为传统的电路原理框图；
图3为本实用新型的电路原理框图；
图4为本实用新型的程序结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图2所示为传统的电路原理框图，采用51单片机(30)作为主控芯片，受资源限制，功能简单且外围电路复杂。内部存储资源不足，需要通过外部总线(36)扩展FLASH(31)和RAM(32)，同时增加了用于总线控制的逻辑器件(33)；外部设备资源不足，内部无ADC和模拟比较器，需要外接模拟比较器(34)用于缺纸检测、压轴检测和过温保护；内部无硬件SPI控制器，需要通过软件模拟SPI(35)来传输打印数据和读取字库，不仅速度受到限制且占用CPU资源；内部无PWM控制器，需要通过I/O口模拟方式控制步进电机。
图3为本实用新型的电路原理框图，本实用新型采用高性能微控制器作为主控芯片(37)，该微控制器外设资源丰富，大大简化了硬件设计。内部带有大容量FLASH(38)和RAM(39)，无需外扩资源就能满足复杂的程序设计要求；带有中断功能的I/O口(40)，直接用于缺纸检测和压轴检测；使用内部ADC(41)进行过温检测；使用硬件SPI控制器(42)高速传输打印数据和读取字库数据；增加电源检测(43)功能，根据输入电压自动配置打印加热时间，并检测输入电压的合法性，防止过压损坏热敏打印机芯和切刀；增加功率控制(44)功能，管理整个模块的能耗，满足低功耗的需求。本实用新型为单芯片技术方案，相对传统多芯片技术方案，集成度更高，能耗更低。
图4所示，为本实用新型的程序结构图，本实用新型采用高性能微控制器作为主控芯片，该微控制器具有卓越的运算处理能力，提高了软件设计与升级的灵活性。本实用新型程序基于前后台操作，为保证程序的实时性，串口数据接收采用中断方式，为了防止数据接收速率大于处理速率导致据量丢失，程序中使用软件FIFO。对用户命令解析，如果是打印命令，根据字符内码读取字库，将读取的数据按照设定的字体进行转换，并将处理后的数据发送到热敏打印机芯，再经过数据锁存、加热和走纸等操作最终完成打印。为保障高速均匀连贯打印，打印过程采用双缓存“乒乓”操作。其他命令执行相应处理。
Claims (7)
1.一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：由电源管理单元(1)、主控芯片单元(2)、通讯转换单元(3)、字库扩展单元(4)、功率控制单元(5)和打印机控制单元(6)组成。
2.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的电源管理单元(1)由电压检测(7)部分和电压转换(8)部分组成，其中：
电压检测(7)部分：使用分压方式将输入电压信号(25)转换到主控芯片单元(2)电压检测范围内；
电压转换(8)部分：使用LDO将电压转换为系统所需电压，为系统供电。
3.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的主控芯片单元(2)内部带有FLASH(9)、RAM(10)、I/O口(11)、ADC(12)、定时器(13)、PWM控制器(14)、UART(15)、SPI控制器(16)和看门狗(17)。
FLASH(9)：用来存储一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块的全部控制程序；
RAM(10)：用来保存程序执行过程中的数据信息；
I/O口(11)：控制按键和LED(26)与用户进行人机交互，并连接切刀控制(24)用以驱动切刀(29)；
ADC(12)：采集经过电压检测(7)部分转换后的输入电压信号，主控芯片根据采集的输入电压值判断输入电压的合法性和计算打印加热时间；采集过温检测数据；
定时器(13)：控制打印的加热时间和过温检测(20)频率；
PWM控制器(14)：产生PWM控制信号，完成步进电机控制(23)；
UART(15)：经通讯转换(3)与用户设备通讯(27)；
SPI控制器(16)：使用SPI总线方式与字库(4)通信并传输打印数据(18)；
看门狗(17)：看门狗复位，保障整个系统的可靠性。
4.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的通讯转换单元(3)使用电平转换芯片将TTL电平UART转换成用户所需接口。
5.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的字库扩展单元(4)外扩字库存储芯片，存储字库数据，减小打印通讯数据量。
6.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的功率控制单元(5)采用主控芯片低功耗模式和外围器件下电方式降低整个模块的能耗，满足低功耗的需求。
7.根据权利要求1所述的一种小型的嵌入式热敏打印机控制模块，其特征在于：所述的打印机控制单元(6)实现以下功能：
打印数据传输(18)：主控芯片单元(2)传输打印数据至热敏打印机芯(28)；
打印电压控制(19)：控制打印机芯的加热电压上、下电时序和步进电机、切刀电机供电；
过温检测(20)：检测热敏打印机芯(28)的热敏片温度，防止加热过久或误操作导致热敏打印机芯(28)烧毁；
缺纸检测(21)：检测热敏打印机芯(28)的装纸状态；
压轴检测(22)：检测热敏打印机芯(28)的压轴状态；
步进电机控制(23)：控制热敏打印机芯(28)走纸步进电机时序；
切刀控制(24)：控制切刀(29)出刀、退刀和切刀位置检测。
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGZHOU ZHOULIGONG MONOLITHIC TECHNOLOGY CO., LT Free format text: FORMER OWNER: GUANGZHOU ZHIYUAN ELECTRONICS CO., LTD. Effective date: 20120703 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 510660 GUANGZHOU, GUANGDONG PROVINCE TO: 510000 GUANGZHOU, GUANGDONG PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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