一种精确控制电压的方法和装置的制作方法

专利名称：一种精确控制电压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路控制领域，更具体地，本发明涉及一种精确控制电压的方法和装置。
背景技术：
在当前电路控制技术中，通常利用电压产生模块或电路来产生电压，但是由于电路器件的精确性的原因，电压产生模块或电路实际产生的电压与理想电压之间存在着较大的误差。特别是，对于电压精度要求较高的领域来说，当前的电压控制技术不能满足这些领域的要求。在这些对电压精度要求较高的领域中，数码喷印领域是其中的一个领域。数码喷印技术是近年来高速发展起来的一种非接触式印刷技术，它是将图像数据直接处理、传输、 喷印。数码喷印技术被称为非接触式印刷是因为其采用按需喷墨式印刷喷头，在所述喷头内部形成有一系列极微细小的通道。在进行印刷时，喷嘴与承印体表面一般保持约1毫米左右的间距，通过喷头中的压电晶体产生的机械效应将油墨从这些微小通道挤出，直接喷射到承印体表面预定的位置上而形成图像。数码喷印技术支持在CMYK四色的基础上，完成多种色彩图像的印刷，而形成彩色图像是通过CM^(四色的不同灰度级的点阵组合而成，对应于喷印的过程，就是将不同数量、不同大小的墨滴混合成为图像。数码技术的特点在于，墨滴的数量和大小取决于喷头接收到的执行数据。由于数码喷印技术是非接触式喷印，喷头中的压电晶体将油墨挤出喷射是由压电晶体的喷射能力决定的，而压电晶体的喷射能力是由其驱动电压来决定的
所谓压电晶体，就是能够产生压电效应的晶体。当对晶体进行挤压或者拉伸，就能够在它的两端产生不同的电荷，这就是压电效应。喷头中的压电晶体在制作的过程中，经过了极化处理即，物料的原子电荷被强行按指定的方向排列。当压电晶体外接电场，即所加上去的驱动电压附加在这个经过极性化的材料上时，根据其极性化的方向定义，会产生一个物理性的变形，而这种变形所产生的机械效应，就授予了喷头一个喷射能力。电压越大， 所对应的喷射能力越强，所喷出的墨滴就会越大，颜色也就越浓；反之亦然。如上所述，每个喷头具有多个通道，对于一个宽幅图像的印刷时，必然需要多个喷头配合来完成。这就需要在多个喷头之间、以及单个喷头内部的多个通道之间保持颜色的一致性。但是，由于在现有技术中多个喷头之间、以及单个喷头内部的多个通道之间的驱动电压不能被精确控制，因而造成多个喷头之间、以及单个喷头内部的多个通道之间的颜色不一致，从而严重影响印刷图像的质量。因此，对于数码喷印领域，同样存在着印刷喷头的驱动电压不能被精确控制的问题。

发明内容
因此，为了克服上述缺陷，本发明的一个目的在于提供一种精确控制电压的方法，
4其能够通过对加载在工作部件上的实际电压进行实时采集调整，从而精确控制加载在工作部件上的实际电压，进而克服了现有技术中的上述缺陷。根据本发明的上述目的，提供一种精确控制电压的方法，所述方法通过设置电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，对工作部件上的输出电压值进行实时调整，从而实现对工作部件上的输出电压的精确控制。采用该种设置目的在于，将数字电路和模拟电路结合起来对工作部件上的实际电压进行精确调整，从而解决了现有技术中利用电压产生模块或电路产生的实际电压与理想电压之间存在着较大的误差的问题。进一步地，在本发明的电压控制逻辑部件设置有用于接收上层控制软件的数据信息的软件接口。 具体地，本发明的精确控制电压的方法采用以下顺序步骤完成对工作部件上的输出电压的精确控制a)利用电压控制逻辑部件的软件接口接收上层控制软件输送的工作部件上的理想电压值，并存储该理想电压值，作为基准电压值；b)电压控制逻辑部件根据基准电压值和外围环路关系产生设置电压的初始值，并将该初始电压值作为设置电压值输出至D/A转换器；c)D/A转换器将设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至电压产生电路；d)电压产生电路对所述电压模拟量进行放大处理成所需电压后，将该电压加载至工作部件上，使所述电压作为工作部件的实际电压；且将所述实际电压进行分压处理后传输至A/D转换器；e)A/D转换器对分压处理后的电压模拟量进行模数转换，产生电压数字量，并传输至电压控制逻辑部件；f)电压控制逻辑部件对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压值进行平均值计算，得出回采电压值，然后，将回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，根据比较结果，对输出的设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至D/A转换器；g)重复c至f步骤，从而完成工作部件上的电压精确调整。在本发明中，所述基准电压值由电压控制逻辑部件的默认电压值确定或由接收自上层控制软件所设置的电压值所确定。进一步地，电压控制逻辑部件的软件接口设置有随机寄存器和通用寄存器，其中随机寄存器用于存储电压控制逻辑部件的默认电压值和工作部件的理想电压值，而通用寄存器用于存储电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中的逻辑自产生的电压值和从上层控制软件所设置的电压值。在本发明中，D/A转换器设置有D/A转换器的控制逻辑部件和D/A转换电路；A/D 转换器设置有A/D转换器的控制逻辑部件和A/D转换电路。从而，当D/A转换器和A/D转换器对多个设置电压进行模数转换或数模转换时，可利用各自的控制逻辑部件以相应的控制逻辑分别对D/A转换器和A/D转换器进行控制。为了加快对工作部件上的实际电压的调整速度，电压控制逻辑部件需要确定一个合适的设置电压的初始值。因此，本发明中的电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中产生的设置电压的初始值是根据D/A转换电路、电压产生电路和A/D转换电路所形成的环路关系由电压控制逻辑部件计算得出。进一步地，在本发明中，电压控制逻辑部件对设置电压值进行的调整是根据理想电压值对设置电压值在幅度、方向和精度方面进行的调整。优选地，对设置电压值进行的幅度调整是采用依照所设定的较小的固定幅度值对设置电压值的幅度值逐步进行调整的方式。采用此方法，不仅保证了电压调整过程中不会对工作部件的工作质量造成影响，也避免了采用一次性调节所带来的电压波动较大的问题，从而保证了工作部件的工作质量和工作部件的寿命。优选地，对设置电压值进行的方向调整是根据设置电压、回采电压和理想电压之间的线性关系来调整。从而，避免出现在调整设置电压过程中将设置电压朝着与实际电压相反方向调节的问题。优选地，对设置电压值进行的精度调整是根据工作部件所需要的精度将设置电压值调整在理想电压值的精度范围内。这样，当设置电压被调整在理想电压值的精度范围内时，就可认为完成调整，所述的理想电压值的精度范围可根据实际需要而设置。本发明的电压产生电路设置为模拟电路，用于对D/A转换器输出的模拟电压放大调整为可加载至工作部件上的电压，且在电压控制逻辑部件对实际电压进行采集时，用于对实际电压进行分压处理。本发明的工作部件为印刷喷头，所述喷头具有多个通道。进一步地，本发明的电压控制逻辑部件、D/A转换器和A/D转换器将多个电压值映射到喷头的对应的多个通道上。从而保证喷头的多个通道上的多个电压在经过精确调整后仍为正确的电压值。同时，根据本发明的发明构思，本发明的另一个目的在于提供一种精确控制电压的装置，其能够对加载在工作部件上的电压进行精确控制。根据本发明的另一个发明目的，本发明提供一种精确控制电压的装置，包括电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，以用于对工作部件上的输出电压值进行实时调整。其中，所述电压控制逻辑部件用于产生设置电压的初始值，并将该初始电压值输出至D/A转换器，并接收A/D转换器的电压数字量；所述D/A转换器，用于将所述设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至电压产生电路；所述电压产生电路，用于接收D/A转换器的电压模拟量，并将该电压模拟量进行放大成所需电压后，将该电压加载至工作部件上；且用于将实际电压进行分压处理并传输至A/D转换器；所述A/D转换器，用于接收电压产生电路经分压处理后的电压模拟信号，对该信号进行模数转换，产生电压数字量输出至电压控制逻辑部件；并且，所述电压控制逻辑部件接收A/D控制逻辑的电压数字量，对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压数字量进行平均值计算，从而得出回采电压值，并将回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，并对设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至D/A转换器。
在本发明中，电压控制逻辑部件的软件接口设置有随机寄存器和通用寄存器，其中随机寄存器用于存储电压控制逻辑部件的默认电压值和工作部件的理想电压值，而通用寄存器用于存储电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中的逻辑自产生的电压值和从上层控制软件所设置的电压值。在本发明中，所述D/A转换器设置有D/A转换器的控制逻辑部件和D/A转换电路； 所述A/D转换器设置有A/D转换器的控制逻辑部件和A/D转换电路；并且所述电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中产生的设置电压的初始值是根据所述D/A转换电路、所述电压产生电路和所述A/D转换电路所形成的环路关系由所述电压控制逻辑部件计算得出。在本发明的精确控制电压的装置中，所述电压产生电路设置为模拟电路，用于对 D/A转换器输出的模拟电压放大调整为可加载至工作部件上的电压，且在电压控制逻辑部件对实际电压进行采集时，用于对实际电压进行分压处理。在本发明的精确控制电压的装置中，所述工作部件为具有多个通道的印刷喷头。并且，电压控制逻辑部件、D/A转换器和A/D转换器将多个电压值映射到喷头的对应的多个通道上。应当理解的是，对于发明，无论前面的概述还是下面的详细说明都是范例和说明性的，旨在对所主张的本发明提供说明，而非对本发明的保护范围进行限制。


附图提供对本发明更进一步的理解，并入并组成本申请的一部分。本发明的具体实施例与说明书一起用以阐明本发明的方法和装置的特点。在附图中图1示出了本发明在数码印刷中所实施的方法的整体结构框图。图2示出了本发明的实施例中喷头具有16个通道的软件接口框图。图3示出了本发明的实施例中的电压选择分配流程图。图4示出了本发明的实施例中的D/A转换部分的结构框图。图5示出了本发明的实施例中的电压产生电路部分的结构框图。图6示出了本发明的实施例中的电压产生电路具体结构框图。图7示出了本发明的实施例中的A/D转换部分的结构框图。
具体实施例方式对于电压精度要求较高的任何领域来说，均可实施本发明的精确控制电压的方法和装置。特别是对于工作部件具有多个驱动电压进行控制时，本发明的电压控制的方法和装置可对所述的多个驱动电压进行精确控制。当需要在实际工作部件的驱动电压进行精确控制时，实施本发明提出的方法采用以下的实施方式设置电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，对工作部件上的输出电压值进行实时调整，从而实现对工作部件上的输出电压的精确控制。在本发明中，所述精确控制电压的方法所采用的步骤如下a步骤)利用电压控制逻辑部件的软件接口接收上层控制软件输送的工作部件上的理想电压值，并存储该理想电压值，作为基准电压值；b步骤)电压控制逻辑部件根据基准电压值和外围环路关系产生设置电压的初始值，并将该初始电压值作为设置电压值输出至D/A转换器；c步骤)D/A转换器将设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至电压产生电路；d步骤)电压产生电路对所述电压模拟量进行放大处理成所需电压后，将该电压加载至工作部件上，使所述电压作为工作部件的实际电压；且将所述实际电压进行分压处理后传输至A/D转换器；e步骤)A/D转换器对分压处理后的电压模拟量进行模数转换，产生电压数字量， 并传输至电压控制逻辑部件；f步骤)电压控制逻辑部件对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压值进行平均值计算，得出回采电压值，然后，将回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，根据比较结果，对输出的设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至D/A转换器；g步骤)重复c至f步骤，从而完成工作部件上的电压精确调整。为了与上层控制软件进行数据传输，所述电压控制逻辑部件具有软件接口。同时，采用上述方法的一种精确控制电压的装置，包括电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，以用于对工作部件上的输出电压值进行实时调整。其中，所述电压控制逻辑部件用于产生设置电压的初始值，并将该初始电压值输出至D/A转换器，并接收A/D转换器的电压数字量；所述D/A转换器，用于将所述设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至电压产生电路；所述电压产生电路，用于接收D/A转换器的电压模拟量，并将该电压模拟量进行放大成所需电压后，将该电压加载至工作部件上； 且用于将实际电压进行分压处理并传输至A/D转换器；所述A/D转换器，用于接收电压产生电路经分压处理后的电压模拟信号，对该信号进行模数转换，产生电压数字量输出至电压控制逻辑部件；并且，所述电压控制逻辑部件接收A/D控制逻辑的电压数字量，对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压数字量进行平均值计算，从而得出回采电压值， 并将回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，并对设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至D/A转换器。现对本发明中的方法和装置中所采用的各部件进行逐一说明，以更加清楚地说明各部件之间的相互关系和功能。所述的电压控制逻辑部件，是本发明数字电路部分的主体，具有对电压值的存储、 选择、计算和分配等多种功能。当工作部件需要有多个驱动电压时，所述的驱动电压值的产生方法有主要有两种，一种方法是可以通过电压控制逻辑部件自产生，另一种方法是通过上层控制软件随时输入相应的电压值。本发明的电压控制逻辑部件可将所述的两种方法结合起来。其中，电压控制逻辑部件自产生的对应于各路的驱动电压值，可以通过默认电压值和进行调节电压值来实现。在进行调节电压值的过程中，电压控制逻辑部件需要设置基准电压值，所述基准电压值可以是电压控制逻辑部件根据工作部件的特性而自产生的默认电压值，也可以是上层控制软件所设置的电压值，即理想电压值。现针对电压控制逻辑部件的存储、选择、计算和分配的功能描述如下第一，对于电压控制逻辑部件的存储功能，需要完成以下存储本发明的电压控制逻辑部件的软件接口具有随机寄存器和通用寄存器，其中随机寄存器用于存储电压控制逻辑部件的默认电压值和工作部件的理想电压值，而通用寄存器用于存储电压控制逻辑部件对于电压自动调节过程中的逻辑自产生的电压值和从上层控制软件可随时设置的理想电压值。第二，对于电压控制逻辑部件的电压值的选择功能，需要实现两个方面的内容一方面实现对其输出电压值类型的选择。如上所述，其输出的电压值包括默认电压值、上层控制软件设置电压以及自动调整后的电压值，所以要根据工作的实际需要而选择正确的电压类型；另一方面实现在工作部件需要多路驱动电压时，即称为多个通道的驱动电压，电压控制逻辑部件所输出的设置电压值需要以正确的对应关系通过D/A转换器进行转换后加载到工作部件上，以保证电压控制逻辑部件的设置电压准确地加载到对应的通道上，即，实现正确的映射关系。第三，对于电压控制逻辑部件的计算功能，主要是在电压自动调整的过程中，进行以下三个方面的计算，即设置电压值和采集电压之间关系的计算、采集电压的平均值计算、 以及根据采集电压对设置电压进行调整计算。第四，对于电压控制逻辑部件的分配功能，主要是完成多路电压的映射，即将多个电压值映射到对应的通道上去，该功能需要和电压的选择功能相结合。具体来说，由于多路设置电压是按顺序写入上层控制软件，而在上层控制软件电压设置到电压的回采和调整过程，需要经过D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器等多组外围电路，由于硬件物理位置的影响，并不是都按顺序进行，也就是说，可能由于PCB的布板需要，上层控制软件所写入的第1个电压值，经过D/A转换以后，所连接的是第5个通道的电压产生电路，而通过A/ D的第8通道回采给控制逻辑，这就需要多次完成多个电压关系的映射，即上层控制软件的设置电压和D/A转换通道的映射，D/A输出电压和电压产生电路的映射，A/D转换通道和回采电压的映射，等等。本发明的D/A转换器完成电压控制逻辑部件所输出的数字量的转换。D/A转换器具有D/A转换器的控制逻辑和D/A转换器电路部分。由于D/A转换器对多通道数字量的转换，有一定的时序关系，所以为了保证工作部件的多个通道的设置电压准确的通过D/A转换器完成转换，需要设置相应的D/A控制逻辑来完成对D/A转换器的控制。由于电压控制逻辑部件输出给外围电路的电压值，只是一个数字量，每个通道对应一个数字量，而加载在工作部件上的实际驱动电压，必须是一个模拟电压，这就需要完成从数字量到模拟量的转换， 这个过程由D/A转换器来完成。对于本发明来说，D/A转换器主要关注三个方面的因素转换时间，转换通道数量和转换精度。所谓转换时间，是指将一个数字量转换为一个稳定的模拟量所需要的时间。如果输出的模拟量还不稳定，则通过电压产生电路所输出的电压也就不稳定，回采电路所采集的电压也就不是稳定的电压值，在这个电压值的基础上所进行的调整，必然不能得到正确的电压。所以，必须确定D/A转换器的转换时间，才能够明确从什么时候开始进行电压的回采。而本发明对于这个时间要求，只需要达到微秒级即可。在工作部件涉及到多个驱动电压的设置时，D/A转换器的转换通道数量需要满足工作部件的通道数量的要求。转换精度，这里仅从本发明的要求来说，数字量改变1，所对应的模拟量的变化，由于电压的自动调整有一个幅度和精度的要求，所以需要结合D/A转换器的转换精度， 来确定电压调整的幅度，以及所能够达到的调整精度。本发明的电压产生电路，是模拟电路部分的核心。通过D/A转换器所输出的模拟电压，由于在电压幅度上存在一定的限制，不能够直接满足工作部件驱动的要求，这就需要电压产生电路来完成电压的滤波、放大等功能。同时，实际驱动电压的回采，也必须先完成幅度的调整，才能够通过A/D转换器进行采集。本发明的A/D转换器完成电压产生电路所产生的模拟信号的模数转换。A/D转换器具有A/D转换器的控制逻辑和A/D转换器电路部分。通过A/D转换器的控制逻辑来完成对A/D转换器工作时序的控制。由于回采电压实际上是工作部件上的驱动电压，是个模拟量，需要送入电压控制逻辑部件中进行比较和计算，而电压控制逻辑部件是数字电路，所以就必须完成电压模拟量到电压数字量的转换。对于本发明来说，A/D转换器也同样需要关注三个方面的因素转换时间，转换通道数量和转换精度。转换时间是指从A/D转换器采集到一个模拟量到输出对应的数字量的时间，由于这个时间决定了采集到一次实际电压值的时间，所以希望越短越好，对于本发明来说，达到微秒级基本就能够满足要求。对于多个转换通道数量的要求，和D/A转换器一致，能够保证工作部件的通道数量的要求即可。而转换精度，也仅从本发明的实际出发，数字量变化1所对应的模拟量的变化，这个精度要求，同样影响着电压调整的幅度和精度。下面，将利用上述各部件的功能详细说明本发明的精确控制电压的方法具体采用以下步骤首先，电压控制逻辑部件产生设置电压的初始值。1)确定基准电压值在对工作部件上的驱动电压的自动调整过程中，必须要对采集回来的实际电压进行判断，这就需要有一个判断基准。所述的基准电压值可以是上层控制软件随时所设置的电压的数字量，或是电压控制逻辑部件里的默认电压值的数字量。所述的基准电压值可根据工作部件的实际情况而设定。2)根据外围电路关系电压控制逻辑部件计算设置电压的初始值为了使工作部件实际得到的驱动电压值为理想电压值D，就要求电压控制逻辑部件输出一个设置电压值Dl至D/A转换器，而问题的关键在于设置电压值Dl从什么值开始设置。由于设置电压值Dl可以从0开始进行调整，但是按小幅度从0调整到理想电压值 D，需要比较长的时间，所以为了加快调整速度，需要给设置电压值Dl确定一个合适的初始值。这样，根据外围模拟电路的电压关系，计算出对应通道的设置电压值Dl的初始值，并且后续的调整均以这个初始值作为基础进行调整。所述设置电压Dl的初始值的计算过程为根据外围电路的环路关系得到相关的等式关系，由电压控制逻辑部件完成设置电压值Dl的初始值的计算。参照图6，电压控制逻辑部件输出给D/A转换器的电压值的数字量为D1，其所对应的模拟电压值为VI，而所采集回来的模拟电压值为V2，所对应的数字量为D2，则采集得到D2以后，需要与理想电压值D 进行比较，然后来调整Dl的值。根据外围环路关系，必然有V1+V2 = Cl的等式关系存在，此时，如果D/A转换器和A/D转换器的转换精度相同，就可以得到D1+D2 = C2，其中Cl和C2 的值只跟外围电路的电阻值等已知量相关，当这些电阻值确定，则Cl和C2的值也就确定， 所以Cl和C2是常量。若C2确定，那么改变D1，也就相当于在改变D2的值。最初，可以将 D作为D2代入等式，得到的Dl值即可作为其初始值，之后再将实际采集到的D2和D比较， 来调整Dl。
因此，电压控制逻辑部件根据基准电压值和外围环路关系产生设置电压的初始值，并将该初始值作为设置电压输出至D/A转换器。其次，D/A转换器将所述设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至电压产生电路。接下来，电压产生电路对电压模拟量进行放大处理成所需电压后，将该电压加载至工作部件上，使所述电压作为工作部件的实际电压；最后，电压控制逻辑部件对工作部件上的实际电压值进行采集、比较和调整。所述采集是在电路工作的过程中不断进行的，当对工作部件通电，就可以开始进行电压采集，采集的行为不受工作部件的工作状态的影响。也就是说，工作部件只要接通电源，不管其是否进行工作，都可实时检测调整，以保证工作部件上所加载的电压稳定。同时，由于外围电路存在一定的误差，为了避免对每次采集回来的电压均比较调整而导致电压调整存在大的误差，所以在本发明中对于实际电压值的回采方式是采用多次采集求平均值的方法，即电压控制逻辑部件对多次采集回来的实际电压值进行累加，然后计算出平均值，作为回采电压值；电压控制逻辑部件将该回采电压与基准电压值进行比较，根据比较结果，对其输出的设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至D/A转换器。需要说明的是，对于电压控制逻辑部件的采集次数，可以设置为2的幂如64，即每完成64次电压的采集，计算一次平均值，完成一次比较调整，由于电压控制逻辑部件的运算速度非常快，每完成一次电压采集只需要几十微秒的时间，所以每完成64次电压采集也只需要几毫秒至几十毫秒，也就是说，在电路工作过程中，至少每几十毫秒，就会对电压进行一次自动调整。由于D/A转换也是在微秒级的时间内完成，所以并不会对工作部件产生实质性影响。在本发明中电压控制逻辑部件对输出给D/A转换器的设置电压值所进行的调整， 需要进行幅度调整、方向调整和精度调整。在幅度调整方面，对于调整幅度的控制有两种方法，一种是根据回采电压平均值和基准电压值之间的差值，一次性完成和这个差值同等幅度的调整，采用此调整方法具有一次性回调的幅度大、速度快的特点，但是由于调整幅度比较大，也就意味着所加载在工作部件上的电压一次性波动的幅度比较大，如果这个调整是处在工作部件的工作过程中，就很可能造成在调整的瞬间影响工作部件的工作质量，而且对工作部件本身也具有影响；另一种方法是，根据回采电压平均值和基准电压值的比较，只判断实际电压的偏离方向，然后对设置电压进行一个微小幅度的调整，这个幅度选取一个较小的固定值，不管回采电压偏离多少，都按照这个幅度值逐步进行调整，例如，即使回采电压偏离IV，也都按照32mV的幅度进行调整，这种方法保证了电压调整过程不会对工作部件的工作质量造成影响，也避免了一次性电压波动较大对工作部件本身的影响，但是和第一种方法相比，调整速度相对减慢。所以应根据工作部件的实际情况进行上述两种调幅方法的选择。优选地，由于工作部件的工作质量和工作部件的寿命是两个比较重要的因素，因此本发明采用第二种方法进行电压调幅。在电压方向调整方面，需要结合设置电压和最后输出电压之间的线性关系，根据回采电压的偏离方向，来确定需要调整的方向，也就是说，实际驱动电压和输出给D/A转换器的设置电压值可能是一个正向的线性关系，也可能是一个负向的线性关系，所以，如果回采电压偏大，对于设置电压的调整，可能是向小的方向调整，而不是向大的方向调整。在电压精度调整方面，由于外围电路存在一定的误差，所以调整结果不能保证和基准电压值完全相同，这就涉及到一个电压调整精度的考虑，即电压调整到基准电压值的某个精度范围内，即认为调整完成，而这个调整精度，可以根据需要进行控制，如控制精度为 100mV。现参照附图1至图7，将本发明的精确控制电压的方法和装置应用在数码印刷中， 通过利用本发明的方法和装置，对印刷喷头上的多路电压进行精确控制。在本实施例中，利用一个型号为XAAR1001的喷头来完成喷印，通过采用上述方法完成对喷头的电压精确控制。一个XAAR1001喷头的喷嘴分为两排，每排具有8个通道，也就是说，每排喷嘴需要8个驱动电压来完成驱动，即每个驱动电压对一个通道进行驱动，才能够保证一排喷嘴进行正常的喷墨打印。这样，使用一个喷头进行打印就需要16个驱动电压。因此，为了保证一个喷头内部各个通道的打印灰度具有均勻性，就必须保证每排8个通道之间尽可能的均勻，这就要求一个喷头的所有驱动电压控制精度尽可能的精确。利用本发明的方法和装置，可将XAAR1001喷头的驱动电压的控制精度达到100mV。图1示出了本发明在数码印刷中所实施的方法的整体结构框图。参见图1，对工作部件为喷头的驱动电压进行精确控制的过程为当需要进行打印的时候，首先要对喷头加载驱动电压，而对于一个喷头的16个通道的驱动电压，首先需要上层控制软件通过相应的接口，将期望电压值，即理想电压值，的数值顺序地写入到电压控制逻辑部件中，由电压控制逻辑部件完成电压的分配和设置电压的初始值计算，然后将所述设置电压的初始值送入D/A转换器完成转换，接着，通过电压产生电路得到符合喷头驱动要求的模拟电压值，从而完成对喷头驱动电压的加载。此时，所述加载的电压精确度并不高，所以，对于各个通道的驱动电压，通过A/D转换器完成回采，送回电压控制逻辑部件，由电压控制逻辑部件完成多次回采电压值的平均值计算，并与理想电压值D进行比较，判断回采电压值的调整方向和调整幅度，最终调整得到新的设置电压值，再重新输出加载到喷头上，从而完成对喷头的驱动电压的精确控制。需要说明的是，由于对喷头电压的回采是不断进行的，所以与喷头的工作状态无关。一般，喷头刚接通电源时，可能各个通道的电压偏差都比较大，最大能够达到2V，但是，利用本发明的方法和装置在毫秒级的时间内就可以基本完成最初调整，之后便是以固定的小幅度，例如32mV，进行实时调整。即使喷头是处于打印状态，这种小幅度的实时调整，对打印质量也不会有影响。图2示出了本发明的实施例中喷头具有16个通道的软件接口框图。在本实施例中，电压控制逻辑部件采用从上层控制软件接收电压值的设置方法。上层控制软件将电压控制逻辑部件看作自己的外部设备，通过对应的地址，将所需要设置的电压值写入到电压控制逻辑部件中对应的寄存器里，如随机寄存器。由于受到上层控制软件的顺序操作影响， 以及受到电压控制逻辑部件的接口资源限制，上层控制软件按分时、顺序的方式将16个驱动电压值写入电压控制逻辑部件的相应寄存器。对于16个驱动电压，电压控制逻辑部件分别采用16组随机寄存器进行存储。同样，对于电压值向上层控制软件返回，也是通过软件接口来完成，即，上层控制软件以对应的地址将电压控制逻辑件中的随机寄存器里的电压值读回。图3示出了本发明的实施例中的电压选择分配流程图。当喷头接收到加载驱动电压的命令之后，需要进行电压选择，即，选择设置默认电压值还是选择由上层控制软件写入的电压值。电压控制逻辑部件中设置一个选择器，完成对两种电压值的选择，同时完成 16个驱动电压值对应于16路硬件电压的映射，即，分别将16个电压值按相应的顺序输入到D/A转换器中去。对于回采的16路电压值，由于A/D转换器的硬件电路并不与喷头所输出的电压完全对应，所以在电压控制逻辑部件中同样设置选择器，完成16路回采电压的映射，并分别进行平均值计算，将计算出的16路回采电压的平均值和与它们的理想电压值进行比较，从而调整电压控制逻辑部件的16路设置电压值，进而实现了对喷头16路驱动电压的调整。图4示出了本发明的实施例中的D/A转换部分的结构框图。在该图中，通过一个 8通道的D/A转换器完成对8个通道的驱动电压的D/A转换。在本发明中，对于一个喷头， 需要两个相同的D/A转换器。D/A转换器的控制逻辑部件通过控制状态机完成对D/A转换器工作的时序控制。由于8通道的D/A转换器是通过1个接口将需要转换的8个数字电压输入之后，通过8个接口分别输出8个通道的模拟电压，所以D/A转换器的控制逻辑部件需要结合D/A转换器的8个输出通道的实际硬件连接、以及8个通道的转换顺序，将8个通道的驱动电压值按照一定的顺序输入。因此，在D/A转换器的控制逻辑部件中设置一个控制状态机循环运行，保证8路电压值的转换。对应于每个D/A转换器，设置一个D/A控制状态机。图5示出了本发明的实施例中的电压产生电路部分的结构框图。本发明中，设置 16个同样的电压产生电路来分别完成16个通道的驱动电压的滤波和放大等操作。由D/ A转换器输出的16路模拟电压值，输入到各路对应的电压产生电路部分，首先完成电压的滤波，并滤除掉不必要的高频噪声；然后通过一个电压跟随器，利用电压跟随器的输入高阻抗，输出低阻抗的特点，保证了下级电路的工作稳定性；之后通过一个自调节的电压产生电路，如一个恒压源，在一定的电阻比例关系下，产生一个稳定的高电压，以满足喷头的驱动需求；由于喷头的驱动电压比较高，要通过A/D转换器进行回采，并需要进行电压幅度的调整，所以此时对驱动电压先利用一个分压电路进行分压操作，以将电压幅度降低，然后进行滤波，再通过电压跟随器，输入给A/D转换器，由A/D转换器转换完成后，输入到电压控制逻辑部件完成后续计算和调整。由图5中可以看出，从电压控制逻辑部件开始的D/A流和从返回到电压控制逻辑部件的A/D流，在电压产生电路的输出部分存在着一个节点，这个节点也就是实际加载在喷头上的驱动电压值，通过此节点可建立设置电压值和回采电压值的等式关系。所述的设置电压值和回采电压值的等式关系是本发明电压自动调整的关键。电压控制逻辑部件根据这个等式关系，并结合回采电压平均值，可完成对设置电压值的调整。图6示出了本发明的实施例中的电压产生电路具体结构框图。图6是在图5的基础上进一步将电压产生电路部分细化，以说明外围电路的环路关系。在图6中，Dl为电压控制逻辑部件输出给D/A转换器的电压值的数字量，Vl为其所对应的模拟电压值，VI’为Vl 经过滤波电路和电压跟随器之后的值，所以在幅度上，Vl' = Vl ；Vref为恒压源的电压值， 在该电压的基础上，通过一定的电阻比例关系，得到加载到喷头上的实际驱动电压值Vo，而 Vo也就是外围电路环路关系中的节点，根据此节点，可以得到相应的等式关系；V2为Vo经过分压电路之后的电压值，其经过滤波电路和电压跟随器之后，得到V2’，同样，V2’ = V2, D2为V2’所对应的数字量。根据Vo的产生，可以得到
Vo = Vref+[(Vref-Vl)/Rl]*R2而根据Vo到V2的分压关系，有V2 = Vo*R4/ (R3+R4)，即Vo = V2* (R3+R4) /R4两式相联，可以得到Vref+[(Vref-Vl)/Rl] *R2 = Vo = V2* (R3+R4)/R4即 VI*(R2/R1)+V2*(R3+R4)/R4 = Vref*(R1+R2)/Rl在选取电阻的过程中，可以有目的地选取精密电阻，使(R3+R4)/R4 = k，为了方便计算，也可以有目的地选取Rl和R2，使得R2/R1也接近于k，考虑到成本问题，这两个电阻可以不用选取精密电阻。由于Dl的初始值的确定只需要一个近似值，所以在确定这个初始值的过程中，可以将R2/R1作为理想值k来考虑，贝IjV1+V2 = Vref*(Rl+R2)/(k*Rl) = Vref* (l+1/k) = Cl由于恒压源选定以后，Vref的值也就确定，Cl的值也就确定。如果D/A转换器和A/ D转换器的转换精度相同，设为m，如果D/A和A/D都选取8通道10BIT，参考电压为4. 096V 的低功耗器件，则m = 4mV，有(Vl+V2)/m = D1+D2 = Cl/m = C2,即 D1+D2 = C2。当电压控制逻辑部件得到理想电压值的数字量D以后，代入此式，作为D2，得到Dl 的值，并将Dl作为输出给D/A的初始值，将采集回来的实际电压值取平均值后和理想电压值D做比较，然后调整输出给D/A的设置电压值，这样，16个通道虽然最开始设置的都是同一个初始值，但是由于D/A转换误差、Rl、R2、Vref等的误差，造成实际驱动电压的误差都可以通过比较调整向着理想电压值逼近。在本发明中，需要保证R3和R4的精密度，所述R3 和R4的精密度优选1 %或0. 1 %。图7示出了本发明的实施例中的A/D转换部分的结构框图。和D/A转换器类似， 本发明采用2个8通道的A/D转换器分别完成8个通道电压的A/D转换。由于每个A/D转换器有8个接口来完成8个通道的模拟电压的输入，而只有一个接口来完成数字电压的输出，所以A/D转换也存在输出电压的顺序控制问题。在A/D转换器的控制逻辑中设置对应的控制状态机，分别完成对2个A/D转换器的控制，结合A/D转换器的8个输入通道的硬件连接，以及A/D转换器的内部转换顺序，分别将顺序输出的数字电压，返回给相关的寄存器。综上所述，通过采用本发明所述的精确控制电压的方法和装置，实现了对高速数码喷印设备的喷头上的多路驱动电压的精确调整。由于本发明采用了数字电路和模拟电路结合的方法而形成了本发明的装置，所以本发明的装置具有结构简单且易于实现的特点。 在保证工作部件的工作质量的前提下，能够自动对工作部件上的驱动电压进行判断和快速进行调整，并能够达到较高精度。同时，在本发明的装置中，由于大大减少了电压产生模块和电路等硬件资源的使用，从而降低了成本。因为在不偏离本发明范围的情况下，能够进行各种修改和变化，因此上述说明中包含附图中所示出的所有技术特征或内容应该理解为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种精确控制电压的方法，其特征在于，通过设置电压控制逻辑部件、D/A转换器、 电压产生电路和A/D转换器，对工作部件上的输出电压值进行实时调整，从而实现对工作部件上的输出电压的精确控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电压控制逻辑部件设置有用于接收上层控制软件的数据信息的软件接口。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下顺序步骤a)所述电压控制逻辑部件的软件接口接收上层控制软件输送的工作部件的理想电压值，并存储该理想电压值，作为基准电压值；b)所述电压控制逻辑部件根据基准电压值和外围环路关系产生设置电压的初始值，并将该初始电压值作为设置电压值输出至所述D/A转换器；c)所述D/A转换器将所述设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至所述电压产生电路；d)所述电压产生电路对所述电压模拟量进行放大处理成所需电压后，将该电压加载至工作部件上，使所述电压作为工作部件的实际电压；且将所述实际电压进行分压处理后传输至所述A/D转换器；e)所述A/D转换器对分压处理后的电压模拟量进行模数转换，产生电压数字量，并传输至所述电压控制逻辑部件；f)所述电压控制逻辑部件对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压值进行平均值计算，得出回采电压值，然后，将回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，根据比较结果，对输出的设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至所述D/A转换器；g)重复c至f步骤，从而完成工作部件上的电压精确调整。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压控制逻辑部件的软件接口设置有随机寄存器和通用寄存器，其中随机寄存器用于存储所述电压控制逻辑部件默认电压值和工作部件的理想电压值，而通用寄存器用于存储所述电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中的逻辑自产生的电压值和从上层控制软件所设置的电压值。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述D/A转换器设置有D/A转换器的控制逻辑部件和D/A转换电路；所述A/D转换器设置有A/D转换器的控制逻辑部件和A/D转换电路；并且，所述电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中产生的设置电压的初始值是根据所述D/A转换电路、所述电压产生电路和所述A/D转换电路所形成的环路关系由所述电压控制逻辑部件计算得出。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压控制逻辑部件对所述设置电压值进行的调整是根据理想电压值对设置电压值在幅度、方向和精度方面进行的调整；其中， 采用以下中的至少一种方式对所述设置电压值进行的幅度调整是采用依照所设定的较小的固定幅度值对所述设置电压值的幅度值逐步进行调整的方式；对所述设置电压值进行的方向调整是根据所述设置电压、回采电压和理想电压之间的线性关系来调整；对所述设置电压值进行的精度调整是根据工作部件所需要的精度将所述设置电压值调整在理想电压值的精度范围内。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电压产生电路设置为模拟电路，用于对D/A转换器输出的模拟电压放大调整为可加载至工作部件上的电压，且在所述电压控制逻辑部件对所述实际电压进行采集时，用于对所述实际电压进行分压处理。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述工作部件为印刷喷头，所述喷头具有多个通道。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述电压控制逻辑部件、D/A转换器和A/ D转换器将多个电压值映射到所述喷头的对应的多个通道上。
10.一种精确控制电压的装置，其特征在于，包括电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，以用于对工作部件上的输出电压值进行实时调整。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电压控制逻辑部件，用于产生设置电压的初始值，并将该初始电压值输出至所述 D/A转换器，并接收所述A/D转换器的电压数字量；所述D/A转换器，用于将所述设置电压值进行数模转换，并将产生的电压模拟量输出至所述电压产生电路；所述电压产生电路，用于接收D/A转换器的电压模拟量，并将该电压模拟量进行放大成所需电压后，将该电压加载至工作部件上；且用于将所述实际电压进行分压处理并传输至所述A/D转换器；所述A/D转换器，用于接收所述电压产生电路经分压处理后的电压模拟信号，对该信号进行模数转换，产生电压数字量输出至所述电压控制逻辑部件；并且，所述电压控制逻辑部件接收所述A/D控制逻辑的电压数字量，对所述电压数字量进行多次采集，并对多次采集的电压数字量进行平均值计算，从而得出回采电压值，并将所述回采电压值与存储在电压控制逻辑部件中的理想电压值进行比较，并对设置电压值进行调整，并将调整后的电压值作为新的设置电压值传输至所述D/A转换器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电压控制逻辑部件的软件接口设置有随机寄存器和通用寄存器，其中随机寄存器用于存储所述电压控制逻辑部件默认电压值和工作部件的理想电压值，而通用寄存器用于存储所述电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中的逻辑自产生的电压值和从上层控制软件所设置的电压值。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述D/A转换器设置有D/A转换器的控制逻辑部件和D/A转换电路；所述A/D转换器设置有A/D转换器的控制逻辑部件和A/D转换电路；并且，所述电压控制逻辑部件在电压自动调节过程中产生的设置电压的初始值是根据所述D/A转换电路、所述电压产生电路和所述A/D转换电路所形成的环路关系由所述电压控制逻辑部件计算得出。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电压产生电路设置有模拟电路，用于对D/A转换器输出的模拟电压放大调整为可加载至工作部件上的电压，并且在所述电压控制逻辑部件对所述实际电压进行采集时，用于对所述实际电压进行分压处理。
15.根据权利要求10-14任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述工作部件为印刷喷头，所述喷头具有多个通道。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电压控制逻辑部件、D/A转换器和 A/D转换器将多个电压值映射到所述喷头的对应的多个通道上。
全文摘要
本发明公开了一种精确控制电压的方法和装置。在本发明精确控制电压的方法中，通过设置电压控制逻辑部件、D/A转换器、电压产生电路和A/D转换器，对工作部件上的输出电压值进行实时调整，从而实现对工作部件上的输出电压的精确控制。采用该种设置目的在于，将数字电路和模拟电路结合起来对工作部件上的实际电压进行精确调整，从而解决了现有技术中利用电压产生模块或电路产生的实际电压与理想电压之间存在着较大的误差的问题。
文档编号B41J2/135GK102262411SQ2010101919
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者沈宏, 陈 峰, 黄建梅 申请人:北京大学, 北京方正数字印刷技术有限公司, 北大方正集团有限公司