【摘要】：隨著信息化技術(shù)的發(fā)展,熱敏打印的應(yīng)用遍及社會生活的各個領(lǐng)域。熱敏打印機的成像與打印頭加熱特性密切相關(guān),打印過程中系統(tǒng)的實時性要求很高,ARM微處理器適用于這種產(chǎn)品。傳統(tǒng)有線熱敏打印機連線麻煩,催生了藍牙熱敏打印機。本項目將具體研究一種價格合適,高可靠的藍牙4.0無線熱敏打印系統(tǒng)。本文在分析藍牙無線熱敏打印機發(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)缺點和各藍牙版本技術(shù)特點,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版本低功耗藍牙技術(shù)的無線傳輸方案,并利用仿真軟件對藍牙天線進行優(yōu)化設(shè)計;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行程序設(shè)計。本項目工作包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和測試驗證。首先,設(shè)計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、步進電機和打印頭驅(qū)動電路、按鍵顯示電路和藍牙芯片接口電路;并利用HFSS仿真軟件對藍牙蜿蜒型倒F天線進行了優(yōu)化設(shè)計;然后,采用仿真軟件PSIM和Saber輔助開關(guān)電源的設(shè)計和驗證。軟件設(shè)計分別對Cortex-M3微處理器主控系統(tǒng)和藍牙4.0主、從機系統(tǒng)展開,設(shè)計了藍牙通信、字符打印、打印頭驅(qū)動和步進電機驅(qū)動等模塊。最后,進行了打印機性能測試和藍牙通信打印測試,測試結(jié)果表明本系統(tǒng)能可靠地完成藍牙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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP334.8;TN925
【圖文】：

圖 2-1 藍牙 4.0 的熱敏打印機系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖藍牙 4.0 通信模塊用于實現(xiàn)電腦主機或手機與打印機之間作藍牙無線打印數(shù)據(jù)傳輸。電腦、蘋果或安卓移動終端，將需要打印的數(shù)據(jù)通過藍牙無線傳輸信道發(fā)送到打印機的藍牙模塊；藍牙模塊接收到打印任務(wù)數(shù)據(jù)后，會通過串口傳送到 ARM Cortex-M3單片機 STM32F103。由于使用了藍牙進行數(shù)據(jù)傳輸，必須保證信號發(fā)送與接收的可靠性，故對天線設(shè)計提出了具體的要求，即在藍牙通信頻段內(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負責將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要打印的每一條加熱線的點陣信號，并控制打印頭和步進電機進行聯(lián)動，逐行加熱來實現(xiàn)整個標簽的打印。對打印控制部分的要求是：一方面要將收到的打印數(shù)據(jù)正確地在熱敏標簽紙上打印出來，另一方面要對紙張檢測、溫度檢測、供電檢測等檢測部分進行可靠的控制[2]。由于打印機在打印時的工作電流較大，故專門設(shè)計一款帶有 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)圖藍牙 BLE 4.0 芯片采用了 TI 公司的 CC2540，該芯片是一款低功耗藍牙單模芯片。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)議棧可以很方便地完成藍牙 BLE 4.0 數(shù)據(jù)傳輸方案的開發(fā)與應(yīng)用。其突出特點是該芯片價格較低、尺寸很小，只需極少的外圍元器件，故硬件設(shè)計很方便。而需要重點考慮的是藍牙天線的設(shè)計，所以本系統(tǒng)將使用電磁仿真軟件 HFSS 配合天線的設(shè)計。藍牙 BLE 4.0 通信模塊部分的設(shè)計包含硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計，硬件電路可借鑒 TI 公司提供的參考設(shè)計方案，其實現(xiàn)電路較為簡潔。主控系統(tǒng)采用 32 位 ARM Cortex-M3 CPU 內(nèi)核的 STM32F103VET6，工作頻率達72MHz，Dhrystone 計算能力可達 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)測器；外接 4～16MHz 晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠校準的 8MHz RC 振蕩器，帶校準的 40kHz 的 RC 振蕩器和 32kHz RTC(Real-time Clock)振蕩器。該芯片有 80 個 I/O 端口。在外設(shè)方面，它有多達 13 個通信接

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)計原則是自上而下進行優(yōu)化設(shè)計。為簡化程序代碼，軟件系統(tǒng)采用 C 語言開發(fā)，未采用實時操作系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)實現(xiàn)的基本過程包括：1）打印系統(tǒng)與手機、電腦、平板進行藍牙數(shù)據(jù)傳輸。此過程由 BLE 主機和 BLE從機按照藍牙 4.0 通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)收發(fā)來實現(xiàn)。軟件設(shè)計分為 BLE 主機程序設(shè)計和BLE 從機程序設(shè)計兩部分。2）由 ARM Cortex-M3 單片機控制的打印數(shù)據(jù)接收過程。該過程基于對藍牙 4.0 通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包特性分析，采用延時接收處理以實現(xiàn)較大數(shù)據(jù)量的打印區(qū)位碼信息接收，由高優(yōu)先級的串口接收中斷處理程序和低優(yōu)先級的嘀嗒定時器定時中斷處理程序協(xié)同處理來實現(xiàn)。

【參考文獻】

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本文編號：2745709