微型熱敏打印機熱敏打印頭的驅(qū)動控制及保護

1、 2009年7月企業(yè)技術開發(fā)微型熱敏打印機熱敏打印頭的驅(qū)動控制及保護謝健翔摘要:文章簡要論述了熱敏打印頭驅(qū)動控制及保護的重要性,介紹了具體的驅(qū)動控制及保護電路,并分析了該電路的工作原理,以及影響打印灰度、均勻度的相關因素,給出了軟件解決方案和程序流程圖。該技術已應用于多種型號的熱敏打印機,經(jīng)多年廣泛使用,效果良好。關鍵詞:熱敏打印機;發(fā)熱元件;驅(qū)動控制及保護中圖分類號:TP334.8+2文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(200913-0010-03Abstract:This paper describes the importance of the thermal printing

2、head s drive control and protection.the drive to Introduce the specific controlling and protecting circuit,and analyses the principle of the circuit.Analyses the relevant factor of impacting the printing gray and uniformity.Give the solutions in softwareand and the procedures .The technology has bee

3、n applied to a variety of models of thermal printers,with good results through extensive and multi-year useing.Keywords :thermal printer ;heating element ;driver control and protection(中南林業(yè)科技大學,湖南長沙410004The thermal print head s driver control and protection ofMicro-thermal printerXIE Jian-xiang(Cen

4、tral South University of Forestry and Technology,Changsha,Hunan 410004,China收稿日期:2009-03-20作者簡介:謝健翔(1962,女,湖南雙峰人,碩士研究生,工程師,主要從事熱敏打印機與測量設備的研究工作。熱敏打印機是一種非擊打式點陣式打印機,由驅(qū)動電路控制熱敏頭上的發(fā)熱元件,從而加熱其對應位置的熱敏紙,產(chǎn)生要打印的點陣1。其關鍵技術之一是控制發(fā)熱元件的加熱時間,若因干擾或其他原因造成發(fā)熱時間失控,則極易燒毀熱敏頭,導致整臺打印機報廢;其次是實時優(yōu)化控制參數(shù),確保打印質(zhì)量。打印質(zhì)量的主要指標是打印灰度(即打印點陣顏

5、色的深淺和均勻度,他們與與施加的電壓值、時間以及環(huán)境溫度等密切相關。所以在熱敏打印機的設計中,對熱敏打印頭的控制是至關重要的環(huán)節(jié)。本文主要介紹熱敏打印機熱敏頭的驅(qū)動控制及保護電路的設計,影響打印灰度和均勻度的相關因素及熱敏打印頭驅(qū)動的程序?qū)崿F(xiàn)。1熱敏打印頭熱敏元件的驅(qū)動控制及保護電路熱敏打印頭上有豎向排列的9個發(fā)熱元件,電機驅(qū)動打印頭橫向移動,同時控制電路控制將所需打印的點陣輸出至打印頭,根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)是1或0決定發(fā)熱元件是否發(fā)熱,從而在熱敏紙上產(chǎn)生要打印的點陣,移動一次打印8點行或9點行2。熱敏頭發(fā)熱元件的發(fā)熱驅(qū)動可采用機芯原廠生產(chǎn)的專用驅(qū)動芯片,但其價格昂貴,采購也難以做到方便及時。常規(guī)的

6、解決方法是采用三極管驅(qū)動,其優(yōu)點是驅(qū)動電路內(nèi)部壓降小(約0.2V ,功耗低,打印機電路板可實現(xiàn)單一電源供電,缺點是電路占用PCB 板面積大,生產(chǎn)加工繁瑣,器件性能的一致性較難控制。通過分析和試驗,最終選定了一種理想的替代元件TPIC6B273。TPIC6B273是一款單片、高電壓、中等電流的功率邏輯8位D 型鎖存器,它具有DMOS 晶體管輸出,是專為用于需要相對高的負載的系統(tǒng)設計的。TPIC6B273功能表如圖1。但其內(nèi)部電壓降高達1V ,若采用單一5V 電源供電,則發(fā)熱元件兩端電壓僅4V ,驅(qū)動功率過低,不利于提高打印質(zhì)量。為解決此問題,打印機電源部分采用雙電源供電,由7805三端穩(wěn)壓器為電

7、路板提供+5V 電源,7806為打印機芯提供+6V 。經(jīng)試驗為保證打印質(zhì)量,發(fā)熱元件的加熱時間不能超過3ms ,如果連續(xù)加熱達1s ,將會燒壞打印頭,因此對打印頭的保護必須及時、可靠。如果僅由程序控制加熱過程,在因干擾或其他因素導致程序失控時,則不可能及圖1功能表企業(yè)技術開發(fā)TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE2009年7月Jul.2009第28卷第28卷 A17.93024165溫度表1加熱定時時間表 圖2打印頭控制及保護電路示意圖圖3電機驅(qū)動信號與打印點驅(qū)動定時波形圖時、可靠地停止發(fā)熱元件加熱,因此選用74HC123,為熱敏頭增加硬件保護。打印頭驅(qū)

8、動控制及保護電路見圖2。在CPU 輸出打印點陣數(shù)據(jù)前,由P1.3給74HC123的CLR 端一個上升沿,將與6B273的CLR 相連的輸出端Q 置高,然后CPU 將點陣數(shù)據(jù)經(jīng)6B273輸出至發(fā)熱元件上,加熱發(fā)熱元件,延時約1.7ms (具體時間由灰度參數(shù)等決定后,清0點陣數(shù)據(jù),發(fā)熱元件停止加熱,4ms 后再輸出下一點陣數(shù)據(jù)。在正常打印過程中,每4ms 后74HC123的CLR 端出現(xiàn)一個上升沿,啟動Q 端輸出一個正脈沖,脈沖寬度Tw=RC=220×103×0.01×106=2.2ms ,這樣由硬件保證3ms 內(nèi)6B273的輸出端一定被置高,發(fā)熱元件停止加熱。2熱敏

9、打印頭驅(qū)動的程序?qū)崿F(xiàn)盡管硬件對熱敏元件進行了保護,不會燒壞發(fā)熱元件,但加熱時間、環(huán)境溫度、發(fā)熱元件內(nèi)阻、供電電壓等都會使施加于發(fā)熱元件上的熱能值發(fā)生改變,從而影響打印點顏色的深淺,所以必須對參數(shù)進行優(yōu)化。已知發(fā)熱元件上施加的能量E 與打印一點發(fā)熱元件加熱時間t 有如下關系式3:E=2.1(V 0+V 2V (1+2.1(T 0-T 100;t=R ·E V2式中,E 為施加的能量,mJ ;V 為發(fā)熱元件兩端電壓,本電路中V=5V ;T 為工作時環(huán)境溫度,;V 0為5.0V ;T 0為24;R 為發(fā)熱元件內(nèi)阻,;t 為供給額定能量的脈沖寬度,ms 。由于發(fā)熱元件加熱的迭加效應,若某個發(fā)熱元件連續(xù)兩點加熱打印,則隨后的一點應延遲加熱,以使發(fā)熱元件溫度恒定,從而使打印點陣灰度均勻。在打印程序設計中,考慮了前兩點連續(xù)加熱的情況,同時根據(jù)上表理論數(shù)據(jù),在不同情況下試打,根據(jù)實際情況略作調(diào)整,得出發(fā)熱元件加熱時間表,在程序中由查表方式得到所需發(fā)熱時間。電機驅(qū)動信號與打印點驅(qū)動發(fā)熱及連續(xù)點延遲發(fā)熱定時波形圖,如圖3所示。打印豎向一排8點程序流程,如圖4所示。3結語打印機研制完成后被廣泛應用于工程、醫(yī)療、煙草、紡織等各個行業(yè)的測試儀器中,經(jīng)長期實際使用,各方面使用狀況良好。尤其在熱敏打印機容易燒毀熱敏頭的致命缺陷上,由于設計時給予了高度重視,采取了有效的方法,用戶