专利名称：宽幅喷墨打印机控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及宽幅打印机的技术领域，特别是涉及一种宽幅喷墨打印机控制系统。
背景技术：
近些年宽幅喷绘写真市场发展迅速，大幅面喷印产品的使用越来越广泛，在户外媒体，如楼宇，灯箱广告，装饰装潢和摄影等行业都有成熟的应用，随之带来宽幅喷印设备产业的快速发展。由于对喷印质量和喷绘输出速前一般宽幅喷墨打印机的喷头分辨率为240dpi 720dpi，喷印宽度为I. 8 m 3· 5 m，喷头点火频率为6 Hz 23 Hz最快输出速度为90m2 ΑΓ130 m2 /h)，目前，宽幅喷印机产品的控制系统主要存在以下技术瓶颈对大量图像数据的高速传输能力；对运动执行机构的精确实时控制能力；各个工作模块与喷头工作复杂逻辑时序的实现；对新产品的软硬件升级。
实用新型内容本实用新型为解决上述问题，提出一种宽幅喷墨打印机控制系统。本实用新型的技术方案是一种宽幅喷墨打印机控制系统，包括主控芯片以及连接在主控芯片周围的USB2. O模块、电机控制模块、喷头控制模块、控制面板，其特征是所述的主控芯片内围绕总线设有32位Nios II处理器、DDR SDRAM接口、A/D模块、Flash接口、JTAG接口、UART接口、定时器模块、USB2. O接口、喷头模块接口、控制面板模块接口，所述的USB2. O模块通过USB2. O接口与主控芯片连接，所述的电机控制模块通过UART接口与主控芯片连接，所述的喷头控制面板通过喷头模块接口与主控芯片连接，所述的控制面板通过控制面板模块接口与主控芯片连接。所述的主控芯片为利用Altera的Cyclone II EP2C35F672C8N芯片为内核。所述的总线为Avalon总线。所述的A/D模块连接有喷头温度检测器。本实用新型的有益效果与传统宽幅喷印机控制器相比，该系统在设计方法和系统架构的实现方面有如下不同(I)设计采用可编程片上系统进行定制型的模块化设计，简化了硬件规模，也提高了设计效率，使系统实现可重配置，解决传统喷印控制器无法适应多种幅面、多种分辨率喷印的要求。(2)基于FPGA的Nios II系统，有丰富的硬件资源，可以解决传统宽幅喷印机对大量图像数据在上下位机之间和系统内部传输速度的瓶颈，且利用DSP Builder模块实现复杂的电机控制算法，提高对字车电机和走纸电机的运动精度控制，从而提高宽幅喷印机的喷印精度。
图I为该宽幅喷墨打印机控制系统架构示意图；图2为喷头工作时序图；图3为USB2. O接口模块电路；图4为软件算法的流程图；图中I.主控芯片2.总线。
具体实施方式
实施例参见图I，图中一种览幅嗔墨打印机控制系统，包括王控芯片以及连接在主控芯片周围的USB2. O模块、电机控制模块、喷头控制模块、控制面板，所述的主控芯片内围绕总线设有32位Nios II处理器、DDR SDRAM接口、A/D模块、Flash接口、JTAG接口、UART接口、定时器模块、USB2. O接口、喷头模块接口、控制面板模块接口，所述的USB2. O模块通过USB2. O接口与主控芯片连接，所述的电机控制模块通过UART接口与主控芯片连接，所述的喷头控制面板通过喷头模块接口与主控芯片连接，所述的控制面板通过控制面板模块接口与主控芯片连接。所述的主控芯片为利用Altera的Cyclone II EP2C35F672C8N芯片为内核。所述的总线为Avalon总线。所述的A/D模块连接有喷头温度检测器。详细实施方案如下宽幅喷墨打印机控制系统的硬件设计I、控制器的总体设计本系统控制器主要完成以下功能从PC机接收与缓存图像数据及控制指令，喷头时序产生和内部喷印数据的传送，对电机控制系统的控制，处理光栅尺、伺服电机的反馈信息，监控喷头工作温度等。根据Nios II处理器的架构和控制器实现的功能，本系统的硬件结构设计如图I所示。在本系统硬件结构设计中，采用基于SOPC模式的设计方法利用Quartus和SOPC Builder软件进行相应的参数设置，在单片FPGA中直接自动添加32位Nios II处理器、DDRSDRAM模块、A/D模块、Flash模块、JTAG调试传输模块、UART模块、定时器模块，以及将设计好的USB接口模块、喷头控制模块和控制面板模块等模块电路自动连入系统。在此类模块添加后由SOPC Builder内部生成的Avalon总线自动连接。Avalon交换式总线能进行多路数据同时处理，提高了系统吞吐量。当SOPCBuilder添加一个新的组件或某个外设接入优先权改变时,会有一个新的最佳Avalon总线被生成[I]。该定制硬件功能模块的设计方法在实际设计中提高了设计效率，简化了硬件电路实现规模。基于SOPC Builder软件的模块设计易于实现产品的软、硬件升级，且缩短了开发周期。Nios II软核处理器选用Cyclone II EP2c35F672C8N芯片，实现32位嵌入式处理器功能。在SOPC Builder中设置Nios II核心处理器的同时，在Caches和紧密式耦合内存(Tightly Coupled Memory, TCM)选项卡中复选 Include tightly coupled instructionmaster ports,并指定片内存储器，以构建与CPU外部存储器紧密f禹合的数据端口，通过该端口与存储器交换数据比通过Avalon总线要快。本设计采用EPSON的第五代喷头，每个喷头有720个喷孔(每个喷头对应720个像素，S卩720个扫描行)，分辨率为720 dpi。该宽幅喷墨打印机采用I个喷头并行喷印实现高速输出，一个喷头打印一行需要的内存空间计算如下假设喷印幅面的宽度为1.8 m，每个扫描行所需的存储空间为(1.8 mXlOO +25. 4 cm/inch) X720 dpi=5102点=566 Byte ；1个喷头打印一行需要的内存空间为720行X566 Byte=407520 Byte;显然，这里采用SRAM很难满足要求。为了提高系统内部数据交换速度，本系统采用DDR SDRAM进行存储。对于Nios II软核处理器要在外围扩展DDRSDRAM存储器，只须在SOPCBuiIder配置处理器时添加DDR SDRAM控制器，通过DDR SDRAM控制器实现Nios II处理器与外部DDR SDRAM存储器的链接。Flash ROM编程的工具，可以很方便地实现软件的下载编程。系统中添加了串行通行口 UART模块，用于与电机控制器模块之间的通信。系统中的定时器模块用于内部定时。A/D接口用于监控检测喷头的工作温度。喷头模块实现喷头数据的组织和喷头驱动电路时序产生，该部分电路与Nios II处理器之间的借口可以等效为一组寄存器端口，与Avalon总线通过三台缓冲桥相连可以集成在一个芯片上，提高了系统的可靠性。控制器主板上扩展的JTAG配置，可以实现硬件的下载配置，便于开发过程中进行调试，而且通过JTAG接口的EPCS间接编程可以很方便地把系统硬件配置文件下载到板上的配置芯片EPCS。在系统每次上电后，EPCS上的主动配置逻辑就会主动独处EPCS内信息对系统硬件配置，硬件配置完成后系统就可以运行Flash ROM中的程序。2、喷头控制每款电路和时序设计宽幅喷墨打印机喷头的工作时序正确与否决定了能否将大量的喷绘数据有序地传输到喷头，并按照原始图像的画面内容精准地输出到承印介质上，这不仅直接影响到最终输出画面的质量,而且还会影响喷头的使用寿命。本设计采用EPSON第五代喷头，喷头的控制信号有喷孔开启信号PULSE 0N;喷孔关闭信号PULSE OFF ;数据装载信号LOAD ;数据锁存信号LOCK ;移位寄存器时钟信号CLK ;A相位使能信号STBl ;B相位使能信号STB2 ;C相位使能信号STB3;灰度调节信号STBCLK。喷头控制系统总体的工作时序如图2所示；CLK信号是喷头内部移位寄存器的时钟信号，由Nios II系统发出。当数据总线DATA出现有效数据时，启动CLK持续发出脉冲，每一个CLK脉冲信号使喷头接收一位数据，直至将喷头内部寄存器的数据位存满，然后发送数据锁存信号，将待打印的图像(一行的图像数据)数据经LOCK信号锁存，等待装载。LOAD信号与STBCLK信号同频率，使打印数据装载到喷头中，当一行的打印数据全部装载完成后开始喷头点火的控制。STBl信号、STB2信号、STB3信号分别是喷头进行一次点火的3个使能信号，喷头的每次点火操作都需要A，B, C 3个相位完成一个循环，即经过STB1，STB2，STB3 3次使能后才可由PULSE ON和PULSE OFF操作完成一次点火。3、USB2. O接口模块设计USB2. O接口模块实现了 PC上位机与喷印机控制器的大量图像数据的高速传输，可以解决使用传统PCI板卡带来的传输速度低下导致的宽幅喷墨打印机工作效率不高的问题。USB设备的开发包括3个部分硬件，固件和PC端的软件。其中，硬件部分是电路设计；固件是SOPC中的程序；PC端的软件包括设备驱动和应用程序。USB接口模块从主机接收的数据直接存到相应的端点缓冲区，该端点缓存区类似于I个FIF0，由空、满、半满等多个引脚指示当前端点缓冲区内数据的状态[4]。数据从端点缓冲区读出并写入到FIFO中的过程由控制器完成。由Quartus软件设计的USB2. O接口模块电路如图3所示。4、DSP电机控制模块设计电机控制部分由扩展的DSP模块专门控制伺服电机和走纸电机的运动以实现复杂的算法，提高执行机构的运动精度和画面喷印的分辨率。使用DSP Builder描述用户外设逻辑脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)，然后利用DSP Builder中自带的SOPCBuilder元件创建工具。PWM任务逻辑由输时钟、输出信号口、使能位、32计数器和一个32位比较电路组成，其中，输入时钟是计数器的时钟信号；32位比较电路是比较计数器当前值与占空比设定寄存器中的值来决定输出信号口的输出为高或低。PWM内部包括使能控制寄存器、周期设定寄存器和占空比设置寄存器，每个寄存器都能读写访问，软件读回寄存器当前值。PWM的Avalon Slave端口与Avalon Slave端口的时钟信号同步。模块具体实现 方法为(I)由Matalab软件的Simulink建立模型文件和各模块参数设置，产生.mdl文件；⑵将.mdl模型在Simulink环境下仿真；(3)从Avalon Ports元件库中定义一个恰当的Avalon接口； (4)利用PWM模型中的Signal Compiler模块进行模型的综合与编译，生成 SOPC Builder 组件；(5)在 Quartus 和 SOPC Builder 中添加组件[5]。5.宽幅喷墨打印机控制系统的软件设计系统应用程序和控制程序的开发采用嵌入式C在NiosII IDE集成开发环境下完成，系统软件的任务主要包括对图像数据的缓存与传输、判断喷头工作状态、打印状态和电机控制算法的实现。软件算法的实现流程如图4所示。为了完成上述任务，本文编制的喷墨打印机主控程序主要由以下模块组成(I)喷墨打印机的主程序主要负责各种中断向量地址的管理，完成控制系统的初始化工作，处理绘图数据的接收传输和响应中断指令。其中，图像数据传输部分程序为NT8U temWhile (Init_tranl () !=0) //初始化失败,不再执行{}Init_tranl () ; //设置 USB 中断While(I){usbprocess () ; //USB 事件处理if (incid_flag. bits. endpoint2) //端点收到数据{0S_ENTER_CRITICAL() ; //关闭中断for (i=0, i<imgHeight; i++) //将收到的数据存储到 SDRAM 中{for (j=0, j<imgffidth; j+=2)tranl_ffriteEndpoint(SAVER_CAP_BASE, saver_ctrl, i X imgffidth+j);}img[i] [ j] = (alt_u8) tmp;img[i] [j+1] = (alt_u8) (tmp>>8);[0057]}}(2)电机运动控制程序，伺服电机与走纸电机针对不同的运动阶段和不同状态的控制算法字车中断服务程序，字车移动结束中断喷墨位置到中断。该中断服务程序在字车到达喷墨位置时才触发，将内存中的喷绘数据送到喷头的数据接口，然后产生喷墨选通控制信号。字车每移动一次，该中断会被触发一次。(5)纸边界到中断。该中断在字车遇到纸边界时被触发，主要用于测试绘图介质的宽度，如果介质的宽度小于要绘制图像的大小，那么报警。
权利要求1.一种览幅嗔墨打印机控制系统，包括王控芯片以及连接在王控芯片周围的USB2. O模块、电机控制模块、喷头控制模块、控制面板，其特征是所述的主控芯片内围绕总线设有32 位 Nios II 处理器、DDR SDRAM 接口、A/D 模块、Flash 接口、JTAG 接口、UART 接口、定时器模块、USB2. O接口、喷头模块接口、控制面板模块接口，所述的USB2. O模块通过USB2. O接口与主控芯片连接，所述的电机控制模块通过UART接口与主控芯片连接，所述的喷头控制面板通过喷头模块接口与主控芯片连接，所述的控制面板通过控制面板模块接口与主控芯片连接。
2.根据权利要求I所述的宽幅喷墨打印机控制系统，其特征是所述的主控芯片为利用 Altera 的 Cyclone II EP2C35F672C8N 芯片为内核。
3.根据权利要求I所述的宽幅喷墨打印机控制系统，其特征是所述的总线为Avalon 总线。
4.根据权利要求I所述的宽幅喷墨打印机控制系统，其特征是所述的A/D模块连接有喷头温度检测器。
专利摘要一种宽幅喷墨打印机控制系统，包括主控芯片以及连接在主控芯片周围的USB2.0模块、电机控制模块、喷头控制模块、控制面板，其特征是所述的主控芯片内围绕总线设有32位NiosⅡ处理器、DDRSDRAM接口、A/D模块、Flash接口、JTAG接口、UART接口、定时器模块、USB2.0接口、喷头模块接口、控制面板模块接口，所述的USB2.0模块通过USB2.0接口与主控芯片连接，所述的电机控制模块通过UART接口与主控芯片连接，所述的喷头控制面板通过喷头模块接口与主控芯片连接，所述的控制面板通过控制面板模块接口与主控芯片连接。简化了硬件规模，也提高了设计效率，使系统实现可重配置，解决传统喷印控制器无法适应多种幅面、多种分辨率喷印的要求。
文档编号B41J29/393GK202656627SQ20122026262
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者刘世权 申请人:郑州新世纪数码打印科技有限公司