【摘要】：隨著信息化技術(shù)的發(fā)展,熱敏打印的應(yīng)用遍及社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。熱敏打印機(jī)的成像與打印頭加熱特性密切相關(guān),打印過程中系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高,ARM微處理器適用于這種產(chǎn)品。傳統(tǒng)有線熱敏打印機(jī)連線麻煩,催生了藍(lán)牙熱敏打印機(jī)。本項(xiàng)目將具體研究一種價(jià)格合適,高可靠的藍(lán)牙4.0無線熱敏打印系統(tǒng)。本文在分析藍(lán)牙無線熱敏打印機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)的基礎(chǔ)上,比較了主流ARM芯片的優(yōu)缺點(diǎn)和各藍(lán)牙版本技術(shù)特點(diǎn),提出了基于ARM Cortex-M3微處理器的主控電路方案和基于最新4.0版本低功耗藍(lán)牙技術(shù)的無線傳輸方案,并利用仿真軟件對(duì)藍(lán)牙天線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);根據(jù)系統(tǒng)供電需求,比較了主流電源方案,采用了TM式PFC和LLC諧振式開關(guān)變換器組成的開關(guān)電源方案。最后,基于提高可靠性、方便系統(tǒng)軟件開發(fā)的原則采用模塊化方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目工作包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證。首先,設(shè)計(jì)了主控部分硬件電路,包括主控芯片供電電路、主控芯片接口電路、步進(jìn)電機(jī)和打印頭驅(qū)動(dòng)電路、按鍵顯示電路和藍(lán)牙芯片接口電路;并利用HFSS仿真軟件對(duì)藍(lán)牙蜿蜒型倒F天線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);然后,采用仿真軟件PSIM和Saber輔助開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。軟件設(shè)計(jì)分別對(duì)Cortex-M3微處理器主控系統(tǒng)和藍(lán)牙4.0主、從機(jī)系統(tǒng)展開,設(shè)計(jì)了藍(lán)牙通信、字符打印、打印頭驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等模塊。最后,進(jìn)行了打印機(jī)性能測(cè)試和藍(lán)牙通信打印測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明本系統(tǒng)能可靠地完成藍(lán)牙4.0無線熱敏打印任務(wù)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP334.8;TN925
【圖文】：

圖 2-1 藍(lán)牙 4.0 的熱敏打印機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖藍(lán)牙 4.0 通信模塊用于實(shí)現(xiàn)電腦主機(jī)或手機(jī)與打印機(jī)之間作藍(lán)牙無線打印數(shù)據(jù)傳輸。電腦、蘋果或安卓移動(dòng)終端，將需要打印的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙無線傳輸信道發(fā)送到打印機(jī)的藍(lán)牙模塊；藍(lán)牙模塊接收到打印任務(wù)數(shù)據(jù)后，會(huì)通過串口傳送到 ARM Cortex-M3單片機(jī) STM32F103。由于使用了藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必須保證信號(hào)發(fā)送與接收的可靠性，故對(duì)天線設(shè)計(jì)提出了具體的要求，即在藍(lán)牙通信頻段內(nèi)要有良好的天線端口阻抗匹配、回波損耗低且尺寸要小。打印控制部分的單片機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要打印的每一條加熱線的點(diǎn)陣信號(hào)，并控制打印頭和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，逐行加熱來實(shí)現(xiàn)整個(gè)標(biāo)簽的打印。對(duì)打印控制部分的要求是：一方面要將收到的打印數(shù)據(jù)正確地在熱敏標(biāo)簽紙上打印出來，另一方面要對(duì)紙張檢測(cè)、溫度檢測(cè)、供電檢測(cè)等檢測(cè)部分進(jìn)行可靠的控制[2]。由于打印機(jī)在打印時(shí)的工作電流較大，故專門設(shè)計(jì)一款帶有 PFC (Power FactorCorrection)的 LLC (two inductors and one capacitor)諧振式開關(guān)電源來為它提供可靠的電

圖 2-2 熱敏打印系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)圖藍(lán)牙 BLE 4.0 芯片采用了 TI 公司的 CC2540，該芯片是一款低功耗藍(lán)牙單模芯片。它具有豐富的外設(shè)接口，如串口模塊、USB、比較器、ADC 模塊等等；配合 TI-BLE 協(xié)議�？梢院芊奖愕赝瓿伤{(lán)牙 BLE 4.0 數(shù)據(jù)傳輸方案的開發(fā)與應(yīng)用。其突出特點(diǎn)是該芯片價(jià)格較低、尺寸很小，只需極少的外圍元器件，故硬件設(shè)計(jì)很方便。而需要重點(diǎn)考慮的是藍(lán)牙天線的設(shè)計(jì)，所以本系統(tǒng)將使用電磁仿真軟件 HFSS 配合天線的設(shè)計(jì)。藍(lán)牙 BLE 4.0 通信模塊部分的設(shè)計(jì)包含硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)，硬件電路可借鑒 TI 公司提供的參考設(shè)計(jì)方案，其實(shí)現(xiàn)電路較為簡(jiǎn)潔。主控系統(tǒng)采用 32 位 ARM Cortex-M3 CPU 內(nèi)核的 STM32F103VET6，工作頻率達(dá)72MHz，Dhrystone 計(jì)算能力可達(dá) 1.25DMips/MHz。芯片內(nèi)置 512K 字節(jié) FLASH，64K字節(jié)的 SRAM；帶上電以及斷電復(fù)位、可編程電壓監(jiān)測(cè)器；外接 4～16MHz 晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠校準(zhǔn)的 8MHz RC 振蕩器，帶校準(zhǔn)的 40kHz 的 RC 振蕩器和 32kHz RTC(Real-time Clock)振蕩器。該芯片有 80 個(gè) I/O 端口。在外設(shè)方面，它有多達(dá) 13 個(gè)通信接

圖 2-3 開關(guān)電源構(gòu)成示意圖2.3 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)熱敏打印系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖 2-4 所示。軟件的設(shè)計(jì)原則是自上而下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為簡(jiǎn)化程序代碼，軟件系統(tǒng)采用 C 語(yǔ)言開發(fā)，未采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本過程包括：1）打印系統(tǒng)與手機(jī)、電腦、平板進(jìn)行藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸。此過程由 BLE 主機(jī)和 BLE從機(jī)按照藍(lán)牙 4.0 通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)來實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)分為 BLE 主機(jī)程序設(shè)計(jì)和BLE 從機(jī)程序設(shè)計(jì)兩部分。2）由 ARM Cortex-M3 單片機(jī)控制的打印數(shù)據(jù)接收過程。該過程基于對(duì)藍(lán)牙 4.0 通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包特性分析，采用延時(shí)接收處理以實(shí)現(xiàn)較大數(shù)據(jù)量的打印區(qū)位碼信息接收，由高優(yōu)先級(jí)的串口接收中斷處理程序和低優(yōu)先級(jí)的嘀嗒定時(shí)器定時(shí)中斷處理程序協(xié)同處理來實(shí)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2745709