微型热敏打印机热敏打印头的驱动控制及保护

1、 2009年7月企业技术开发微型热敏打印机热敏打印头的驱动控制及保护谢健翔摘要:文章简要论述了热敏打印头驱动控制及保护的重要性,介绍了具体的驱动控制及保护电路,并分析了该电路的工作原理,以及影响打印灰度、均匀度的相关因素,给出了软件解决方案和程序流程图。该技术已应用于多种型号的热敏打印机,经多年广泛使用,效果良好。关键词:热敏打印机;发热元件;驱动控制及保护中图分类号:TP334.8+2文献标识码:A文章编号: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(中南林业科技大学,湖南长沙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作者简介:谢健翔(1962,女,湖南双峰人,硕士研究生,工程师,主要从事热敏打印机与测量设备的研究工作。热敏打印机是一种非击打式点阵式打印机,由驱动电路控制热敏头上的发热元件,从而加热其对应位置的热敏纸,产生要打印的点阵1。其关键技术之一是控制发热元件的加热时间,若因干扰或其他原因造成发热时间失控,则极易烧毁热敏头,导致整台打印机报废;其次是实时优化控制参数,确保打印质量。打印质量的主要指标是打印灰度(即打印点阵颜

5、色的深浅和均匀度,他们与与施加的电压值、时间以及环境温度等密切相关。所以在热敏打印机的设计中,对热敏打印头的控制是至关重要的环节。本文主要介绍热敏打印机热敏头的驱动控制及保护电路的设计,影响打印灰度和均匀度的相关因素及热敏打印头驱动的程序实现。1热敏打印头热敏元件的驱动控制及保护电路热敏打印头上有竖向排列的9个发热元件,电机驱动打印头横向移动,同时控制电路控制将所需打印的点阵输出至打印头,根据输入的数据是1或0决定发热元件是否发热,从而在热敏纸上产生要打印的点阵,移动一次打印8点行或9点行2。热敏头发热元件的发热驱动可采用机芯原厂生产的专用驱动芯片,但其价格昂贵,采购也难以做到方便及时。常规的

6、解决方法是采用三极管驱动,其优点是驱动电路内部压降小(约0.2V ,功耗低,打印机电路板可实现单一电源供电,缺点是电路占用PCB 板面积大,生产加工繁琐,器件性能的一致性较难控制。通过分析和试验,最终选定了一种理想的替代元件TPIC6B273。TPIC6B273是一款单片、高电压、中等电流的功率逻辑8位D 型锁存器,它具有DMOS 晶体管输出,是专为用于需要相对高的负载的系统设计的。TPIC6B273功能表如图1。但其内部电压降高达1V ,若采用单一5V 电源供电,则发热元件两端电压仅4V ,驱动功率过低,不利于提高打印质量。为解决此问题,打印机电源部分采用双电源供电,由7805三端稳压器为电

7、路板提供+5V 电源,7806为打印机芯提供+6V 。经试验为保证打印质量,发热元件的加热时间不能超过3ms ,如果连续加热达1s ,将会烧坏打印头,因此对打印头的保护必须及时、可靠。如果仅由程序控制加热过程,在因干扰或其他因素导致程序失控时,则不可能及图1功能表企业技术开发TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE2009年7月Jul.2009第28卷第28卷 A17.93024165温度表1加热定时时间表 图2打印头控制及保护电路示意图图3电机驱动信号与打印点驱动定时波形图时、可靠地停止发热元件加热,因此选用74HC123,为热敏头增加硬件保护。打印头驱

8、动控制及保护电路见图2。在CPU 输出打印点阵数据前,由P1.3给74HC123的CLR 端一个上升沿,将与6B273的CLR 相连的输出端Q 置高,然后CPU 将点阵数据经6B273输出至发热元件上,加热发热元件,延时约1.7ms (具体时间由灰度参数等决定后,清0点阵数据,发热元件停止加热,4ms 后再输出下一点阵数据。在正常打印过程中,每4ms 后74HC123的CLR 端出现一个上升沿,启动Q 端输出一个正脉冲,脉冲宽度Tw=RC=220×103×0.01×106=2.2ms ,这样由硬件保证3ms 内6B273的输出端一定被置高,发热元件停止加热。2热敏

9、打印头驱动的程序实现尽管硬件对热敏元件进行了保护,不会烧坏发热元件,但加热时间、环境温度、发热元件内阻、供电电压等都会使施加于发热元件上的热能值发生改变,从而影响打印点颜色的深浅,所以必须对参数进行优化。已知发热元件上施加的能量E 与打印一点发热元件加热时间t 有如下关系式3:E=2.1(V 0+V 2V (1+2.1(T 0-T 100;t=R ·E V2式中,E 为施加的能量,mJ ;V 为发热元件两端电压,本电路中V=5V ;T 为工作时环境温度,;V 0为5.0V ;T 0为24;R 为发热元件内阻,;t 为供给额定能量的脉冲宽度,ms 。由于发热元件加热的迭加效应,若某个发热元件连续两点加热打印,则随后的一点应延迟加热,以使发热元件温度恒定,从而使打印点阵灰度均匀。在打印程序设计中,考虑了前两点连续加热的情况,同时根据上表理论数据,在不同情况下试打,根据实际情况略作调整,得出发热元件加热时间表,在程序中由查表方式得到所需发热时间。电机驱动信号与打印点驱动发热及连续点延迟发热定时波形图,如图3所示。打印竖向一排8点程序流程,如图4所示。3结语打印机研制完成后被广泛应用于工程、医疗、烟草、纺织等各个行业的测试仪器中,经长期实际使用,各方面使用状况良好。尤其在热敏打印机容易烧毁热敏头的致命缺陷上,由于设计时给予了高度重视,采取了有效的方法,用户