专利名称：一种热敏头加热时间控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种热敏头加热时间控制装置及方法，尤其涉及一种根据走纸速度控制热敏头加热时间的装置及方法。
背景技术：
热敏打印技术的基本原理是将打印机接收的数据转换成点阵的信号控制热敏单元的加热，把热敏纸上热敏涂层加热显影。目前，热敏打印机已在POS终端系统、银行系统、 医疗仪器等领域得到广泛应用。一般来说，热敏打印机的打印质量取决于加热热敏涂层的时间，如果对一个点加热时间过长的话，会导致打印质量差(出现大而黑的打印点)，还有可能因为打印点的热量散发不出去，导致热敏加热单元超温运行而降低寿命。现有技术的加热时间产生电路如图1所示，控制单元21控制热敏头22打印出图形或者字体，同时在控制单元21和热敏头22之间还连接一个加热电路23，加热电路23采用单稳态电路实现。当控制单元21向热敏头22更新完一行数据后，控制单元21向加热电路23发出一个脉冲，加热电路23接收到这个脉冲后，会输出一个时间由C1、R1取值确定的固定宽度的脉冲，热敏头22接收到的脉冲宽度即为其加热时间。该加热电路的问题是，热敏头加热时间由电阻电容确定不可调，在环境温度变化比较大，或者打印走纸速度不同时， 会影响到打印质量，甚至会降低热敏头的使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题是构建一种热敏头加热时间控制装置及方法，克服现有技术影响打印质量和打印头使用寿命的技术问题。本发明的技术方案是构建一种热敏头加热时间控制装置，包括热敏头、输入打印走纸速度的人机接口、对所述热敏头进行打印控制的控制单元、根据控制单元的指令进行加热控制的可编程器件，所述热敏头包括采集所述热敏头温度的温度采集模块，所述控制单元根据打印走纸速度及所述温度采集模块采集的所述热敏头的温度确定加热时间并传送到所述可编程器件，所述可编程器件以所述控制单元确定的加热时间输出加热信号，所述热敏头根据可编程器件的加热信号进行加热打印。本发明的进一步技术方案是所述热敏头加热时间控制装置还包括迟滞比较器、 分压电阻R2、连接所述迟滞比较器和电源电压VCC的电阻R3、连接所述迟滞比较器正向输入端和输出端的电阻R1，电阻Rl —端接所述迟滞比较器的正向输入端和温度采集模块，另一端接所述迟滞比较器的输出端。本发明的进一步技术方案是所述控制单元包括存储打印走纸速度、与所述热敏头走纸速度对应的基本加热时间及所述热敏头工作的温度范围的存储模块。本发明的进一步技术方案是所述控制单元还包括对所述热敏头进行过热保护的过热保护模块，所述过热保护模块比较所述热敏头的温度与所述热敏头工作温度范围的最大值，所述控制单元确定加热时间为0，所述热敏头停止打印。本发明的进一步技术方案是所述控制单元还包括对所述热敏头加热超时的超时保护模块，所述存储模块还存储所述热敏头最大允许加热时间，当所述温度采集模块采集的所述热敏头温度在所述热敏头工作温度范围内时，所述控制单元根据所述温度采集模块采集的所述热敏头的温度及打印走纸速度确定加热时间，所述超时保护模块比较所述控制单元确定的加热时间与所述热敏头最大允许加热时间，所述控制单元确定的加热时间大于所述热敏头最大允许加热时间，则所述控制单元将所述热敏头最大允许加热时间传送到所述可编程器件输出加热信号。本发明的进一步技术方案是所述可编程器件输出多路加热信号，每路加热信号输出小于打印周期的一定时间的加热信号对所述热敏头分段加热，所述多路加热信号连续为一个打印周期。本发明的技术方案是提供一种热敏头加热时间控制方法，包括如下步骤
设置打印走纸速度并确定基本加热时间对打印走纸速度进行设置，并根据设置的打印走纸速度确定基本加热时间；
采集热敏头的温度对热敏头的温度进行采集；
确定加热时间根据确定的基本加热时间和热敏头的温度确定热敏头的加热时间； 输出加热信号根据确定的加热时间输出加热信号控制所述热敏头进行打印。本发明的进一步技术方案是还包括设置热敏头工作温度范围的步骤，当所述热敏头的温度超过所述热敏头工作温度范围的最大值时，则确定加热时间为0，所述热敏头停止打印。本发明的进一步技术方案是还包括设置热敏头工作温度范围的步骤，当热敏头的温度在热敏头工作温度范围内时，根据热敏头的基本加热时间及热敏头的温度确定加热时间，所述确定的加热时间小于或等于热敏头最大允许加热时间时，以确定的加热时间输出加热信号；所述确定的加热时间大于热敏头最大允许加热时间时，以热敏头最大允许加热时间输出加热信号。本发明的进一步技术方案是在采集热敏头的温度步骤中，在基本加热时间变化时才采集热敏头的温度。本发明的进一步技术方案是在采集热敏头的温度步骤中，还包括设置定时时间 T，当到定时时间T时才采集热敏头的温度。本发明的技术效果是本发明提供一种热敏头加热时间可调的控制装置和方法， 可根据设定的走纸速度以及检测热敏头上的温度，对打印头的输出的加热时间进行闭环控制。与现有的开环控制加热时间的技术方案相比，本发明可保证在不同的走纸速度、温度条件下，热敏头打印出的波形均清晰美观，并且与传统方案相比，可以提升热敏头的使用寿命。
图1为的热敏头加热控制原理示意图。
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图2为本发明热敏头加热时间控制装置的原理框图。图3为本发明热敏头加热时间控制装置的具体实施原理图。图4为本发明热敏头加热时间控制方法流程图。图5为本发明热敏头加热时间控制方法优选实施方式流程图。图6为本发明热敏头分段加热可编程器件的波形图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。如图2所示，本发明的具体实施方式
是本发明的热敏头加热时间控制装置，包括人机接口 10、控制单元11、可编程器件12、模数转换模块13、电源开关15、温度采集模块17 以及热敏头16。其中，人机接口 10和控制单元11相连，以便将用户输入的走纸速度命令传输到控制单元11。所述热敏头16包括采集所述热敏头温度的温度采集模块17，热敏头16 内置的温度采集模块17通过一个模数转换模块13后，连接到控制所述热敏头包括采集所述热敏头温度的温度采集模块，单元11，将热敏头上的温度信息传输到控制单元11。控制单元11根据接受到的温度信息和走纸速度信息，计算出一个加热时间，并通过总线或者其它方式将加热时间更新到可编程器件12内部的寄存器。热敏头16的数据接口连接到控制单元，热敏头16的加热信号接口连接到可编程器件12。打印的时候，由控制单元11更新热敏头16里面的一行打印数据后，然后控制单元11发出一个脉冲信号，由可编程器件12 发出加热信号。本发明的具体实施例中，所述温度采集模块17为热敏电阻。如图2所示，本发明的优选实施方式中，所述热敏头16加热时间控制装置还包括迟滞比较器，所述迟滞比较器14连接温度采集模块和打印电源，当温度采集模块采集的所述热敏头温度超过热敏头工作的最高温度或控制单元死机时，所述迟滞比较器关断打印电源，防止热敏头16温升过高损坏。如图3所示，本发明的优选实施方式中，实施例由人机接口 10，控制单元11，可编程器件12，热敏头16，迟滞比较器14，大功率MOS开关以及热敏头16组成。所述人机接口 10指的是由按键和指示组成的可以设定走纸速度的装置。可编程器件12可以采用 CPLD (Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件，简称 “CPLD”)、EPLD (Erasable Programmable Logic Device，可擦除可编辑逻辑器件，简称“EPLD”)、FPGA (Field - Programmable Gate Array，现场可编程门阵列，简称“FPGA”)中的任意一种。控制单元11可以是但不限于CPU或DSP (Digital Signal Processing，数字信号处理器，简称 “DSP”)。如图3所示，本发明的优选实施方式中，所述控制单元11包括存储打印走纸速度、 与所述热敏头走纸速度对应的基本加热时间及所述热敏头16工作的温度范围的存储模块 (图中未示出)，所述存储模块还存储所述热敏头工作温度范围。所述控制单元11还包括对所述热敏头进行过热保护的过热保护模块(图中未示出)，所述过热保护模块比较所述温度采集模块17采集的所述热敏头16的温度与所述热敏头工作温度范围的最大值时，当所述温度采集模块17采集的所述热敏头16的温度超过所述热敏头工作温度范围的最大值时， 所述控制单元11确定加热时间为0，所述热敏头16停止打印。所述控制单元还包括对所述
6热敏头加热超时的超时保护模块(图中未示出)，所述存储模块还存储所述热敏头最大允许加热时间，当所述温度采集模块17采集的所述热敏头温度在所述热敏头工作温度范围内时，所述控制单元11根据所述温度采集模块17采集的所述热敏头16的温度及打印走纸速度确定加热时间，所述超时保护模块比较加热时间与所述热敏头最大允许加热时间，当所述控制单元11确定的加热时间大于所述热敏头最大允许加热时间，则所述控制单元11将所述热敏头最大允许加热时间传送到所述可编程器件12输出加热信号。如图6所示，本发明的优选实施方式中，所述可编程器件输出多路加热信号，每路加热信号输出小于打印周期的一定时间的加热信号对所述热敏头分段加热，所述多路加热信号连续为一个打印周期。具体实施过程如下由可编程器件12实现向热敏头输出多路加热信号。在基本实现流程中，由控制单元11通过总线更新可编程器件12中的寄存器以变更加热时间。在需要进行加热时，控制单元11输出一个脉冲信号，可编程器件12接收到后，输出固定宽度的加热信号。相应波形图如图6所示，可编程器件12接收到控制单元11 发出的脉冲信号后，可编程器件根据其外部时钟进行定时，在第一段定时长度TC内，加热信号1输出为低，其余加热信号输出为高，热敏头的第一段进行加热；在第二段定时长度TC 内，加热信号2输出为低，其余加热信号输出为高，热敏头的第二段进行加热；以此类推，直到整个热敏头加热完毕。采用可编程器件12实现加热功能的优点是，该器件可以很方便地扩展成分段加热，降低打印时热敏头的电压波动，并且由于此类器件不存在死机的情况，不会出现输出异常的加热时间的问题。熟悉本领域的都知道，控制单元11还可以通过其它方式更新可编程器件12中的寄存器以设定加热时间，在此不一一举例；在本例中加热信号是低电平有效，在很多其它场合有可能是高电平有效，但均可以很简单地从本例更改得到，在此不再描述其实现方法。如图3所示，本发明优选实施方式是所述热敏头加热时间控制装置还包括迟滞比较器、分压电阻R2、连接所述迟滞比较器和电源电压VCC的电阻R3、连接所述迟滞比较器正向输入端和输出端的电阻R1，电阻Rl —端接所述迟滞比较器的正向输入端和温度采集模块，另一端接所述迟滞比较器的输出端。具体工作过程如下所述热敏头加热时间控制通过电阻R3将所述迟滞比较器的输出上拉至电源电压VCC，电源电压VCC通过电阻R2和热敏头内部的热敏电阻RT分压为V+，并将V+连接到所述迟滞比较器的正向输入端，同时通过连接在比较器输出端和正向输入端之间的电阻Rl形成迟滞比较电路，所述迟滞比较器的负向输入端为一固定的参考电压，该电压可以由电阻分压得到。在工作时，热敏头温度上升时，热敏电阻RT的阻值下降，通过调R2的取值，使得在过温保护点电压为固定参考电压，Rl 的作用是为所述迟滞比较器引入磁滞环，取值一般为R2的20至30倍，R3的作用是将漏极输出上位，一般取值为10千欧。具体实施过程如下控制单元11在死机时，此时即便热敏头温度16过高，控制单元11也可能无法关断加热，为此，该热敏头加热时间控制装置还包含迟滞比较器14，该比较器完全独立于控制单元11，通过调整R3、R2、R1的取值，设定一个温度保护点TP3。热敏电阻RT是负温度系数的，随着温度的上升阻值会降低，在正常工作温度下，热敏电阻RT的阻值比较高，VCC通过R2的分压值V+远大于VREF，所以比较器输出为高电平，热敏头的电源正常工作。随着温度的升高，RT逐渐减小，V+也随着逐渐减小，直到温度达到TP3时， V+=VREF,温度再升高的话，就有VREF>V+，迟滞比较电路翻转，输出为低电平，直接关断热
7敏头16的电源，使其不再进行任何加热操作。其中VREF可以由专用的参考电压芯片实现， 也可以采用简单的电阻分压实现。该电路还通过电阻Rl为比较器引入了一个迟滞，可防止电路在温度为TP3时候的震荡。如图4所示，本发明的具体实施方式
是提供一种热敏头加热时间控制方法，包括如下步骤
步骤100 设置打印走纸速度并确定基本加热时间，即，设置的打印走纸速度并根据打印走纸速度设置基本加热时间。步骤200 采集热敏头的温度，即，采集热敏头的温度。步骤300 确定加热时间，即，根据热敏头的基本加热时间和热敏头的温度确定热敏头的加热时间。具体实施过程如下
步骤400 输出加热信号，即，根据确定的加热时间输出加热信号控制所述热敏头进行打印。具体实施过程如下本发明中，包括控制单元11，在打印开始前，操作者均会设定所需的打印走纸速度，控制单元11会将当前设置的走纸速度值存储到其内存中。在每次打印周期前，由控制单元11根据设置的走纸速度，经过查表得到一个25摄氏度下的基本加热时间TB1，表中存储的是打印速度以及对应的基本加热时间TB1，该表的基本加热时间取值在装置调试时确定，并固化到控制单元11的程序中。控制单元11接着启动其内部模数转换模块，控制单元11可以得到当前热敏头的温度Tl。控制单元11根据得到的温度判断热敏头是否处于超温度范围运行，如果超过其额定温度，那么控制单元11将可编程器件12的寄存器清零，即将加热时间置为零，并给出打印头温度超过运行范围的提示，不进行打印。 如果热敏头温度没有超过其额定温度范围，控制单元11会根据热敏头温度Tl将基本加热时间TBl调整为TB2。接着会再做一次判断，如果TB2大于热敏头最大允许加热时间TB3， 那么将可编程器件12的寄存器加热时间设为TB3，如果没有超过TB3，那么会将可编程器件 12的寄存器加热时间设为TB2。到此，控制单元11根据热敏头16上的温度以及人机接口 10输入的走纸速度，重新设定了热敏头的加热时间。该装置的特点还在于，在软件中设定了两个保护点。软件保护点1设定在控制单元11获得到热敏头的温度后，控制单元11会立即进行一次判断，如果热敏头的温度超过限定值，立即关断打印；软件保护点2在控制单元11计算出加热时间TB2后，会立即进行一次判断，如果计算出来的热敏头的加热时间TB2 超过的热敏头允许的最大加热时间TB3，那么就会控制单元11直接将热敏头的加热时间赋值为TB3，使加热时间不超过热敏头的极限值。这两个软件保护点的位置，已经在图4中标出。本发明具体实施例中，热敏头最小工作温度TP1，热敏头最大工作温度TP3以及热敏头最大加热时间TB3均可以在相应的热敏头技术规格书中查到，其中软件最大工作温度保护点TP2 —般比TP3有一定降额，通常比TP3低5摄氏度。对于目前市面上主流的热敏打印头来说，可以设定TP3为65摄氏度，TP2为60摄氏度，TPl为零摄氏度。本发明实现了对热敏头加热时间的在线调整，但是这个模块是打印每一帧数据就更新一下加热时间，这样做比较占控制单元11的资源。在实际应用中，一旦设定了走纸速度就很少更改，并且热敏头的温度是缓慢变化的，所以可以根据这一特性对基本实现流程1 做一定的优化。
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如图5所示，本发明的优选实施方式是本发明优选实施方式中设定基本加热时间TBl和设定热敏头加热时间两个流程。在采集热敏头的温度步骤中，在基本加热时间变化时才采集热敏头的温度，控制单元11才会启动设定基本加热时间TBl流程，更新TBl的值。或者在采集热敏头的温度步骤中，还包括设置定时时间T，当到定时时间T时才采集热敏头的温度，控制单元11才会启动更新加热时间流程，该流程根据TBl的值，以及采集到的热敏头温度Tl，将热敏头加热时间更新到可编程器件12。在这个流程中，定时时间T可根据不同应用设定，一般可设为500ms、s。本发明实施方式大大降低了控制单元11的运算量，并且可以保证加热时间更改的准确性和及时性。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种热敏头加热时间控制装置，其特征在于，包括热敏头、输入打印走纸速度的人机接口、对所述热敏头进行打印控制的控制单元、根据控制单元的指令进行加热控制的可编程器件，所述热敏头包括采集所述热敏头温度的温度采集模块，所述控制单元根据打印走纸速度及所述温度采集模块采集的所述热敏头的温度确定加热时间并传送到所述可编程器件，所述可编程器件以所述控制单元确定的加热时间输出加热信号，所述热敏头根据可编程器件的加热信号进行加热打印。
2.根据权利要求1所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述热敏头加热时间控制装置还包括迟滞比较器、电源开关，所述迟滞比较器连接温度采集模块和打印电源，当温度采集模块采集的所述热敏头温度超过热敏头工作的最高温度时，所述迟滞比较器通过所述电源开关控制所述打印电源。
3.根据权利要求2所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述热敏头加热时间控制装置还包括迟滞比较器、分压电阻R2、连接所述迟滞比较器和电源电压VCC的电阻R3、 连接所述迟滞比较器正向输入端和输出端的电阻R1，电阻Rl —端接所述迟滞比较器的正向输入端和温度采集模块，另一端接所述迟滞比较器的输出端。
4.根据权利要求1所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述控制单元包括存储打印走纸速度、与所述热敏头走纸速度对应的基本加热时间及所述热敏头工作的温度范围的存储模块。
5.根据权利要求4所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述控制单元还包括对所述热敏头进行过热保护的过热保护模块，所述过热保护模块比较所述热敏头的温度与所述热敏头工作温度范围的最大值，所述控制单元确定加热时间为0，所述热敏头停止打印。
6.根据权利要求4所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述控制单元还包括对所述热敏头加热超时的超时保护模块，所述存储模块还存储所述热敏头最大允许加热时间，当所述温度采集模块采集的所述热敏头温度在所述热敏头工作温度范围内时，所述控制单元根据所述温度采集模块采集的所述热敏头的温度及打印走纸速度确定加热时间，所述超时保护模块比较所述控制单元确定的加热时间与所述热敏头最大允许加热时间，所述控制单元确定的加热时间大于所述热敏头最大允许加热时间，则所述控制单元将所述热敏头最大允许加热时间传送到所述可编程器件输出加热信号。
7.根据权利要求1所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，所述可编程器件输出多路加热信号，每路加热信号输出小于打印周期的一定时间的加热信号对所述热敏头分段加热，所述多路加热信号连续为一个打印周期。
8.一种热敏头加热时间控制方法，包括如下步骤设置打印走纸速度并确定基本加热时间对打印走纸速度进行设置，并根据设置的打印走纸速度确定基本加热时间；采集热敏头的温度对热敏头的温度进行采集；确定加热时间根据确定的基本加热时间和热敏头的温度确定热敏头的加热时间；输出加热信号根据确定的加热时间输出加热信号控制所述热敏头进行打印。
9.根据权利要求8所述热敏头加热时间控制方法，其特征在于，还包括设置热敏头工作温度范围的步骤，当所述热敏头的温度超过所述热敏头工作温度范围的最大值时，则确定加热时间为0，所述热敏头停止打印。
10.根据权利要求8所述热敏头加热时间控制方法，其特征在于，还包括设置热敏头工作温度范围的步骤，当热敏头的温度在热敏头工作温度范围内时，根据热敏头的基本加热时间及热敏头的温度确定加热时间，所述确定的加热时间小于或等于热敏头最大允许加热时间时，以确定的加热时间输出加热信号；所述确定的加热时间大于热敏头最大允许加热时间时，以热敏头最大允许加热时间输出加热信号。
11.根据权利要求8所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，在采集热敏头的温度步骤中，在基本加热时间变化时才采集热敏头的温度。
12.根据权利要求8所述热敏头加热时间控制装置，其特征在于，在采集热敏头的温度步骤中，还包括设置定时时间T，当到定时时间T时才采集热敏头的温度。
全文摘要
本发明涉及一种热敏头加热时间可调的控制装置和方法，可根据设定的走纸速度以及检测热敏头上的温度，对打印头的输出的加热时间进行闭环控制。与现有的开环控制加热时间的技术方案相比，本发明可保证在不同的走纸速度、温度条件下，热敏头打印出的波形均清晰美观，并且与传统方案相比，可以提升热敏头的使用寿命。
文档编号B41J29/393GK102501641SQ201110304
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘刚, 姜海波, 邱四海 申请人:深圳市理邦精密仪器股份有限公司