专利名称：一种用于pcb高速喷印的喷头阵列控制板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷头阵列控制板，尤其是适用于PCB高速喷印领域的喷头阵列控制板。
技术背景目前，喷印领域普遍采用往复式喷印技术对承印物进行喷印，此种技术需靠喷头小车的往复运动来完成对整个承印物的喷印，因此其喷印耗时长、效率低。而近几年发展起来的行式喷印技术，其借鉴了传统的行式打印机原理，将多个喷头排成一排组成一个喷头阵列，此喷头阵列在喷印过程中位置固定并横跨整个承印物宽度，待喷印图像的每一行将由喷头阵列一次性喷出，承印物只需在喷头阵列下方以流水线方式经过便可完成整个喷印，因此此种方式将大大缩短喷印时间、提高喷印效率。由于行式喷印过程中，承印物是以流水线方式经过喷头阵列下方的，期间没有任何停留，因此对于喷印图像的每一行数据，喷头阵列需在足够短的时间内将其一次性全部喷出以保证喷印质量。所以用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板急需提高数据处理的实时性和稳定性以适应于这种高速流水线式的作业环境。
发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种实时性高、稳定性好的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，它包括有数据处理子系统和条件控制子系统，其中数据处理子系统由FPGA芯片、SDRAM芯片、USB接口电路、喷头阵列接口电路和外触发输入电路构成，其中SDRAM芯片、USB接口电路、喷头阵列接口电路和外触发输入电路分别与FPGA相连，喷印过程中，FPGA —方面通过USB接口接收上位机发送的喷印数据并将其缓存至SDRAM当中，另一方面从SDRAM中将待喷印图像的每一行数据一次性读入并将其转化为喷头要求的数据格式，通过喷头阵列接口电路同时发送至每个喷头，当FPGA检测到外触发输入电路的触发信号时，将启动一次喷印过程；条件控制子系统包括FPGA、RS232接口电路、喷头阵列接口电路、电压调节电路和温度采集调节电路，其中RS232接口电路、电压调节电路和温度采集调节电路分别与FPGA相连，喷印过程中，FPGA —方面通过RS232接口接收上位机发送的条件控制信息并将其转化为相应的电压和温度控制信号，并将这些信号发送至电压和温度调节电路，产生适合每个喷头工作的温度和电压，另一方面FPGA会接收温度采集电路发送来的有关每个喷头的实时温度，并通过RS232接口反馈至上位机。采用以上方式控制一个或多个喷头阵列，便可在承印物不停止的情况下，完成对每一行图像的一次或多次喷印，实现不同的喷印效果。所述USB接口电路采用带USB功能的单片机作为USB主控器来处理USB底层协议，USB主控器和数据处理子系统的主控芯片之间通过控制线和数据总线连接。[0008]所述外触发输入电路采用光电耦合方式，将外部输入的继电器通断信号转化为主控芯片能够识别的数字信号以提供喷印时间基准。所述电压调节电路，通过接收主控芯片发送的PWM信号，配合高精度集成运算放大器和功率开关管，为每个喷头提供不同的工作电压。所述温度调节采集模块，通过接收主控芯片发送的数字信号并将其通过DA转换，变成相应的电压值，再通过比较器与喷头现有温度进行比较，进而控制功率开关管的通断以实现对加热器的控制；同时喷头的实时温度也将通过AD转换后，由主控芯片采集，并通过RS232接口反馈至上位机。本实用新型有益效果为本实用新型将喷印过程中的数据处理和条件控制两个主要任务交由两个相对独立的子系统来完成，每个子系统都有各自的主控芯片且通过两条独立的链路直接与上位机进行通信。数据处理子系统可在喷印过程中，将喷印图像的一整行数据一次性读入并对其进行处理；条件控制子系统可同时对喷头阵列上所有喷头的喷印条件信息进行处理，产生适合每个喷头工作的电压和温度。当喷头阵列固定，承印物以流水线方式经过喷头下方时，采用以上方式控制一个或多个喷头阵列，便可在承印物不停止的情况下，完成对每一行图像的一次或多次喷印，既达到了传统往复式喷印的效果又大大缩短了喷印时间，提高了喷印的效率。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。图I是本实用新型的系统框图。图2是本实用新型的硬件结构图。图3是本实用新型数据处理子系统中的USB接口电路图。图4是本实用新型数据处理子系统中的外触发输入电路图。图5是本实用新型条件控制子系统中的RS232接口电路图。图6是本实用新型条件控制子系统中的电压调节电路图。图7是本实用新型条件控制子系统中的温度调节采集电路框图。图8是本实用新型数据处理子系统的SDRAM电路图。
具体实施方式
本实用新型采用了两个FPGA的双处理器结构。数据处理子系统的FPGA采用Altera公司的EP3C40F484，条件控制子系统的FPGA采用Altera公司的EP2CSQ208。在与上位机通信的接口电路上，USB接口电路采用的是Cypress公司的CY7C68013芯片作为USB主控器，RS232接口电路采用Maxim公司的MAX3232作为电平转换芯片。数据缓存方面采用Micron公司的MT48LC4M32型号SDRAM芯片。电压调节电路中使用TI公司的TLE2142高精度集成运算放大器来产生驱动信号。温度调节和采集电路中使用PHILIPS公司的PCF8591作为AD/DA芯片，提供温度和数字量之间的转换，同时采用TI公司的LM339作为电压比较芯片。喷头阵列接口电路采用National Semiconductor公司的74VHC541作为驱动芯片。图I是本实用新型的系统框图，数据处理子系统的FPGA芯片主要完成USB通信、数据缓存、外触发检测和喷印数据处理等功能，条件控制子系统的FPGA芯片主要完成RS232串口通信、AD/DA控制、PWM波形产生和喷印条件信息处理等工作。两个FPGA中相应的功能模块都与相对应的外围电路连接并构成两个相对独立的子系统，子系统间通过各自的主控芯片相互通信，两个子系统处理的最终结果将通过喷头阵列接口发送到喷头阵列。图2是本实用新型的硬件结构图，包括数据处理子系统的主控FPGA芯片(2)，与数据处理子系统主控FPGA芯片⑵的通用输入输出口相连的包括USB接口电路⑷、SDRAM芯片(7)、外触发输入电路⑶和喷头阵列接口(9)，其中，USB接口电路⑷与FPGA⑵相连接的信号线全部来自于USB主控芯片CY7C68013的控制和数据总线，SDRAM芯片(7)MT48LC4M32与FPGA(2)相连接的信号线包括其数据地址总线和控制信号线，外触发输入电路(8)与FPGA(2)连接的信号线只有一根，此信号为外触发信号经转换后得到的；条件控制子系统的主控FPGA芯片(I)，与条件控制子系统主控FPGA芯片(I)的通用输入输出口相连的包括RS232接口电路(3)、电压调节电路(5)和温度调节采集电路(6)，其中，RS232接口电路(3)与FPGA(I)相连接的信号线全部来自于电平转换芯片MAX3232，电压调节电路(5)与FPGA⑴相连接的信号线为PWM信号传输线，温度调节采集电路(6)与FPGA⑴通过12C总线相连接。数据处理子系统FPGA芯片(I)和条件控制子系统FPGA芯片(2)之间通过通用输入输出口直接进行通信。两个子系统的最终处理结果将经过喷头阵列接口(9)发送到喷头阵列。如图3所示，USB接口电路采用CY7C68013芯片作为USB主控器，该芯片将处理所有USB通信的底层协议并为数据提供一定的缓存，USB主控芯片通过控制信号线CTL0-CTL2和数据总线PA0-PA7、PB0-PB7、PD0-PD7与数据处理子系统的FPGA相连，通过USB-和USB+两条信号线与上位机USB接口的数据线相连，USB主控器自身的程序存储在24LC64芯片当中，两者之间通过I2C总线相互通信。喷印过程中，上位机的喷印数据通过USB接口并经过USB-和USB+两条信号线被发送至USB主控器中，经过处理后的数据将通过数据总线PB0-PB7和PD0-PD7被传输到数据处理子系统的FPGA中。如图4所示，外触发输入电路采用光电耦合方式，外部的继电器通断信号将通过a、b两点接入光电耦合电路，光电耦合电路通过继电器通断信号控制三极管的通断，从而产生相应的数字信号，此信号通过c点输出，供给数据处理子系统的FPGA，FPGA将根据此信号来确定喷印起始的时间基准。如图5所示，RS232接口采用MAX3232作为电平转换芯片，其通过TXDO和RXDO两条信号线与条件控制子系统的FPGA相连，TXDl和RXDl作为备用信号线与FPGA相连。喷印过程中，上位机和条件控制子系统的FPGA之间相互通信将通过RS232接口实现，这些信号通过TXO端被发送至上位机或通过RXO端被发送至FPGA。如图6所示，电压调节电路采用TLE2142芯片来控制功率开关管的通断，此芯片内部集成有两个相互独立的高精度运算放大器，可同时驱动两个功率开关管。喷印过程中，条件控制子系统的FPGA芯片将产生连续的PWM信号，此信号通过图中的PWM端输入到调压电路，首先经过阻容网络被分为两路分别送至TLE2142的两个IN+端，同时TLE2142的两个IN-端通过阻容网络连接至功率开关管的电压输出端VDD1_0UT和VDD2_0UT，用于反馈输出端的电压信息，此处的功率开关管采用N沟道，当VDD1_0UT和VDD2_0UT端输出低电平时，TLE2142的OUT端输出高电平，功率开关管将导通，此时VDD1_0UT和VDD2_0UT端将重新变成高电平，若此时TLE2142的OUT端恢复为低电平，功率开关管将断开，VDD1_0UT和VDD2_OUT端将恢复为低电平，以上过程不断重复，便在VDD1_0UT和VDD2_0UT端形成连续的方波，此波形经过与之连接的阻容网络平滑后，将产生稳定的直流电压，通过调整输入的PWM信号占空比，便可以改变此直流电压的大小。如图7所示，温度调节采集电路采用PCF8591作为AD/DA转换芯片，采用LM339作为电压比较芯片，整个电路通过SCL和SDA两条信号线与条件控制子系统的FPGA连接，PCF8591芯片的模拟输入端AIN连接热敏电阻RT，RT两端的电压随温度变化而变化，此电压被送至PCF8591后将转换成数字量，供条件控制子系统的FPGA采集并最终通过RS232接口送至上位机，同时上位机发送的温度设置信息经过条件控制子系统的FPGA后将被送至PCF8591中转换为相应的模拟量并通过PCF8591的AOUT端输出，输出的电压通过LM339与热敏电阻RT的电压进行比较，根据比较的结果输出高低电平信号，此信号将控制后端的功率开关管通断，当实际温度低于设定温度时，开关管导通，加热器Heater将加热喷头，反之，开关管断开，加热器Heater将停止加热，通过此种方式维持所设定的温度值。如图8所示，SDRAM芯片MT48LC4M32通过数据总线DQ0-DQ15、地址总线A0-A11和控制信号线BAO、BA I、/WE、/CAS、/RAS、/CS与数据处理子系统的FPGA芯片相连。喷印过程中，数据处理子系统的FPGA通过/CS信号线选通SDRAM后，将会通过控制/WE信号的高低对SDRAM进行读或写操作，读写的地址由地址总线AO-All进行传送，读写的数据由DQ0-DQ15进行传送，期间的行列控制和块选通操作将由FPGA通过/RAS、/CAS、BA0和BAl信号进行控制。数据处理子系统和条件控制子系统之间的通信，通过两个子系统各自的FPGA主控芯片进行，两个FPGA芯片各留出8个通用输入输出口两两直接连接，用于相互传送命令和数据。两个子系统处理的最后结果将被送至喷头阵列接口电路，此电路对所有送出的数字信号将通过74VHC541芯片进行驱动能力的加强，对所有送出的喷头驱动电压将通过多个电容对其进行滤波，最后送至喷头阵列。以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
权利要求1.一种用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征是包括数据处理和条件控制两个相对独立的子系统，每个子系统都有各自的主控芯片且通过两条独立的链路直接与上位机进行通信，其中数据处理子系统以FPGA芯片(2)作为主控器，其外围连接SDRAM芯片(7)、USB接口电路(4)、外触发输入电路(8)和喷头阵列接口电路(9)，整个数据处理子系统通过USB接口与上位机通信；条件控制子系统以另一块FPGA芯片(I)作为主控器，其外围连接RS232接口电路(3)、喷头阵列接口电路(9)、电压调节电路(5)和温度采集调节电路(6)，整个条件控制子系统通过RS232接口与上位机通信。
2.根据权利要求I所述的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征在于所述数据处理子系统的外触发输入电路(8)，将外部输入的继电器通断信号转化为主控芯片能够识别的数字信号，数据处理子系统的主控器将采集此信号。
3.根据权利要求I所述的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征在于所述数据处理子系统的SDRAM芯片(7)作为喷印数据缓存芯片，将待喷印的数据提前缓存至控制板上。
4.根据权利要求I所述的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征在于所述条件控制子系统的电压调节电路(5)接收主控芯片发出的PWM信号并结合高精度集成运算放大器和功率开关管产生不同的电压。
5.根据权利要求I所述的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征在于所述条件控制子系统的温度调节采集电路￠)，一方面接收主控芯片发送的温度调节信号并将其转化为相应的温度；另一方面还将实时的采集每个喷头的温度值并由主控芯片接收后通过RS232接口反馈至上位机。
6.根据权利要求I所述的用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，其特征在于所述数据处理子系统和条件控制子系统通过各自主控芯片之间的接口互相通信。
专利摘要一种用于PCB高速喷印的喷头阵列控制板，包括数据处理子系统和条件控制子系统，数据处理子系统以FPGA芯片作为主控器，其外围连接SDRAM芯片、USB接口电路、外触发输入电路和喷头阵列接口电路；条件控制子系统以另一块FPGA芯片作为主控器，其外围连接RS232接口电路、喷头阵列接口电路、电压调节电路和温度采集调节电路。本实用新型将喷印过程中的数据处理和条件控制两个主要任务交由两个相对独立的子系统来完成，每个子系统都有各自的主控芯片且通过两条独立的链路直接与上位机进行通信，实时性高、稳定性好，适用于喷头阵列固定并横跨整个承印物宽度、承印物从喷头下方以流水线方式经过的PCB高速喷印。
文档编号B41J29/38GK202805958SQ201220489770
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者刘华珠, 宋瑞, 廖永红, 胡振华 申请人:东莞凯佳智芯电子科技有限公司