一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法与流程

1.本发明涉及热敏打印技术领域，特别是涉及一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法。


背景技术：

2.热敏打印机的原理是打印头上安装有半导体加热元件，发热元件通电而发热，热敏打印纸与之接触后发生化学反应而显色，从而打印出需要的图案。
3.随着热敏打印技术和锂电池技术的成熟，热敏打印机的应用越来越广泛，更多的可移动便携式热敏打印机进入市场。打印文字时，如何各处的文字浓度深浅不一，显示影响阅读体验；而在打印图片时，有时还要求打印出一定的灰阶。
4.根据热敏打印原理，给予热敏纸的能量越多，其颜色越深，所以为了在某个灰阶上达到一致的效果，需要对加热元件能量进行精确控制。因此需要进行结构创新来解决具体问题。


技术实现要素：

5.本发明需要解决的技术问题是提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法，以解决上述背景技术中所提到的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法：
7.第一方面，本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路方法，测量并计算电池电压v
bat
，电池内阻r
bat
，热敏打印头供电开关的导通电阻r
g
；
8.启动马达预走纸，测量同时加热n个点时的v
sys
、i
sys
和v
h
，计算加压时流过打印头电路的总电流；
9.获取当前要打印的数据，计算当前要加热的点数，
10.计算当前浓度要求下的加热时间t，进行打印。
11.优选的，所述的测量并计算电池电压v
bat
，电池内阻r
bat
包括：
12.a)分别多次测量v
sys
，i
sys
，剔除不合理采样值，并计算v
sys
和i
sys
的平均值作为测量有效值v
sys
[0]和i
sys
[0]；
[0013]
b)将热敏头上一行n个加热点分成m1组，每组n1个加热点，
[0014]
c)依次对m1组中的点同时加热，其中加热时间t1设置为不使热敏纸显色；
[0015]
d)在每段加热中，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值 v
sys
[1]、i
sys
[1]和v
h
[1]
[0016]
e)根据方程组，计算v
bat
和r
bat
：
[0017]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[0]+v
sys
0.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ①
[0018]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[1]+v
sys
[1]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
[0019]
可选地，其中n1选取合理，为允许同时最大加热点的1/8左右，避免电池出现过大
的压降。
[0020]
优选的，所述的测量并计算热敏打印头供电开关的导通电阻r
g
包括：
[0021]
根据以上测量结果得出或设定：
[0022]
i
base
[0]＝i
sys
0.[0023]
i
base
[1]＝i
base
[0]＝i
sys
0.[0024]
因此：打印头的电流为：
[0025]
i
h
[1]＝i
sys
[1]-i
base
[1]
[0026]
根据方程，计算出rg：
[0027]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[1]+r
g
×
i
h
[1]+v
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ③
[0028]
或v
sys
[1]＝r
g
×
i
h
[1]+v
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ④
[0029]
优选的，所述测量同时加热n个点时的v
sys
、i
sys
和v
h
，计算加压时流过打印头电路的总电流；
[0030]
a)将热敏头上一行n个加热点分成m2组，每组n2个加热点；
[0031]
b)依次对m2组中的点同时加热，其中加热时间t2设置为不使热敏纸显色；
[0032]
c)在每段加热中，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值v
sys
[2]、 i
sys
[2]和v
h
[2]；
[0033]
d)根据方程组，计算此次加压时流过打印头电路的总电流：
[0034][0035]
或：可选地，其中n2选取合理，与正常打印时选取的加热点数相同。
[0036]
优选的，计算当前要加热的点数包括：
[0037]
e)从打印缓存数据中取一点行，进行合理分段，获取当前需要打印的点数为n3，设i
mbase
为系统和电机消耗的总电流，系统和电机2路的等效电阻为 r
mbase
。
[0038]
f)从打印缓存数据中取一点行，进行合理分段，获取当前需要打印的点数为n3，打印头通路的等效电阻r
h
[3]；
[0039]
g)当打印点数为n3时，计算预测的电池电压v
bat
和系统电流i
sys
，
[0040]
h)当打印点数为n3时，计算预测的打印头通路的电流i
h
和电压v
h
。
[0041]
优选的，根据方程组，计算i
mbase
和r
mbase
：
[0042]
i
mbase
[2]＝i
base
[2]+i
m
[2]＝i
sys
[2]-i
h
[2]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ⑦
[0043][0044]
或：
[0045]
优选的，根据方程组，计算系统的总电阻r[3]：
[0046]
[0047][0048]
优选的，根据计算的r[3]，再根据方程组，计算预测的电池电压v
bat
和系统电流i
sys
值：
[0049][0050][0051][0052]
优选的，根据计算的v
bat
和i
sys
，再根据方程组，计算打印头通路的电流 i
h
和电压v
h
：
[0053][0054][0055]
优选的，a)根据当前浓度要求需要的能量e，当打印点数为n3时，计算预测的打印时间t如下计算：
[0056][0057][0058]
b)根据当前的加热时间t，将n3点的数据送到打印头，设置定时器，启动加热；
[0059]
c)加热的同时，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值v
sys
[3]、i
sys
[3] 和v
h
[3]，作为预测下一次加热数据。
[0060]
第二方面，本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置，热敏打印机的主控mcu与蓝牙模块通过uart连接；
[0061]
mcu通过spi将每一点行的打印数据发送到热敏打印头，通过gpio模块进行数据锁存和加热使能控制；
[0062]
mcu通过高精度定时器控制步进马达转速，与热敏打印头配合，控制走纸速度；
[0063]
热敏头的供电端通过一个mos开关与电池正极连接，mos开关用于控制热敏打印头的供电使能；
[0064]
引出1个adc通道ch3到mcu的adc控制器，用于测量热敏打印头的供电电压v
h
；
[0065]
电池连接主板供电端，正极上引出2个adc通道，其中ch1测量系统电压v
sys
，ch2通过一分流电路连接到adc控制器，用于测量系统电流i
sys
。
[0066]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0067]
1、本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法，通过设计精妙，根据以上技术方案中的描述，恒能量法在实际应用中，v
h
在使用过程中都是动态变化的，要达到打印浓度一致性目的，就需要考虑各种因素的影响，在加热开始前计算出v
h
尽量准确的值，再通过恒能量法的计算公式，得出相对准确的加热时间，本发明是通过合理的电路设
计，在本次加热过程中测量系统的电流，电压及热敏头上的电压，根据当前加热点数和下一次加热点数，来计算下一次的v
h
电压，进而计算出相对准确的通电时间，从而达到控制浓度一致性的目的。
[0068]
2、本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法，其理论依据时：相邻的两段加热过程，由于加热时间最长也只有几个ms，电池的电量，电池内阻和开关的导通电阻，系统基本功耗，电机功耗不会发生有影响的变化，可以认为是不变量。
[0069]
3、本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法，测量过程虽然电压和电流是波动的，但在加热过程中是多次测量，剔除不合理值，在多个采样数据的基础上计算平均值，然后在平均值的基础上计算相对比例，因此计算结果受测量误差影响小，计算结果可靠。
[0070]
4、本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法，本方案的测量和计算在整个使用过程中进行，是实时的，在产品使用周期内即使电池或开关等其它主要元器件发生变化，也不影响计算结果。
附图说明
[0071]
图1为本发明的执行流程原理示意框图；
[0072]
图2为本发明的系统原理示意框图；
[0073]
图3为本发明的等效电路示意图。
具体实施方式
[0074]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0075]
实施例1
[0076]
第一方面，如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：本发明提供一种提高热敏打印浓度一致性的电路方法，包括以下步骤：热敏打印机开机后先测量并计算电池电压v
bat
，电池内阻r
bat
，热敏打印头供电开关的导通电阻r
g
：
[0077]
a、检测是否有纸，否则退出；
[0078]
b、开关s1断开，热敏打印头不供电；开关s2断开，马达关闭；
[0079]
c、adc1，adc2工作，分别多次测量v
sys
，i
sys
，剔除不合理采样值，并计算v
sys
和i
sys
的平均值作为测量有效值v
sys
[0]和i
sys
[0]；
[0080]
d、将热敏头上一行n个加热点分成m1组，每组n1个加热点，其中n1 选取合理，约为允许同时最大加热点的1/8左右，避免电池出现过大的压降。依次对m1组中的点同时加热，其中加热时间t1设置为不使热敏纸显色。在每段加热中，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值v
sys
[1]、 i
sys
[1]和v
h
[1]；
[0081]
列出方程组公式
①
、公式
②
：
[0082]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[0]+v
sys
[0]；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ①
[0083]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[1]+v
sys
[1]；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ②
[0084]
以上为二元一次方程组，可计算出v
bat
和r
bat
，由以上测试条件，得出公式：i
base
[0]＝i
sys
[0]；
[0085]
另外mcu的功耗很小，工作条件几乎无变化，电池压降也很小，所以2 次测量，可以认为：i
base
[1]＝i
base
[0]＝i
sys
[0]；
[0086]
因此，打印头的电流公式为：i
h
[1]＝i
sys
[1]-i
base
[1]；
[0087]
列出方程公式
③
、公式
④
：
[0088]
v
bat
＝r
bat
×
i
sys
[1]+r
g
×
i
h
[1]+v
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ③
[0089]
或：v
sys
[1]＝r
g
×
i
h
[1]+v
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ④
[0090]
以上为一元一次方程，只有r
g
为未知量，很容易计算出r
g
；由以上步骤，已计算了当前系统工作条件下的电池电压v
bat
，电池内阻r
bat
，热敏打印头供电开关的导通电阻r
g
。
[0091]
实施例2
[0092]
如图1-3所示，在实施例1的基础上本发明提供一种技术方案：启动马达预走纸，同时启动测量为正式打印做准备，包括以下步骤：
[0093]
a)启动马达，逐步加速到预定转速；
[0094]
a、b)将热敏头上一行n个加热点分成m2组，每组n2个加热点，其中n2 选取合理，与正常打印时选取的加热点数相同,依次对m2组中的点同时加热，其中加热时间t2设置为不使热敏纸显色,在每段加热中，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值v
sys
[2]、i
sys
[2]和v
h
[2]，由公式
⑤
、公式
⑥
都可得到此次加压时流过打印头电路的总电流：
[0095][0096]
或：
[0097]
实施例3
[0098]
如图1-3所示，在实施例1、实施例2的基础上，本发明提供一种技术方案：准备完成，开始打印,包括以下步骤:
[0099]
a)从打印缓存数据中取一点行，进行合理分段，获取当前需要打印的点数为n3，设i
mbase
为系统和电机消耗的总电流，则得到公式
⑦
：
[0100]
i
mbase
[2]＝i
base
[2]+i
m
[2]＝i
sys
[2]-i
h
[2]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ⑦
[0101]
系统和电机2路的等效电阻为rmbase；由以下公式
⑧
、公式
⑨
中的任一项可得到：
[0102][0103]
或：
[0104]
b)计算当前打印点数为n3时，打印头通路的等效电阻r
h
[3]：由公式
[0105]
⑩
或计算得到系统的总电阻r[3]：
[0106]
[0107][0108]
c)当打印点数为n3时，计算预测的电池电压v
bat
和系统电流i
sys
：计算预测的电池电压v
bat
和系统电流i
sys
值：
[0109][0110][0111][0112]
d)当打印点数为n3时，计算预测的打印头通路的电流i
h
和电压v
h
：计算打印头通路的电流i
h
和电压v
h
：
[0113][0114][0115]
e)据此次浓度要求需要的能量e，当打印点数为n3时，计算预测的打印时间t：如下计算：
[0116][0117][0118]
根据此次的加热时间t，将n3点的数据送到打印头，设置定时器，启动加热；
[0119]
加热的同时，合理选择间隔时间进行多次adc1，adc2，adc3测量，剔除不合理采样值，并计算v
sys
、i
sys
和v
h
的平均值作为测量有效值v
sys
[3]、 i
sys
[3]和v
h
[3]，作为预测下一次加热数据；
[0120]
当前段加热完成，取下一段加热数据，重复步骤m-t的计算方法，直到当前点行全部加热完成；再依次重复a-e的步骤，依次对点行数据进行打印，直到打印完成。
[0121]
第二方面，如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种提高热敏打印浓度一致性的电路装置，包括以下步骤：
[0122]
热敏打印机的主控mcu与蓝牙模块通过uart连接；
[0123]
mcu通过spi将每一点行的打印数据发送到热敏打印头，通过gpio模块进行数据锁存和加热使能控制；
[0124]
mcu通过高精度定时器控制步进马达转速，与热敏打印头配合，控制走纸速度；
[0125]
热敏头的供电端通过一个mos开关与电池正极连接，mos开关用于控制热敏打印头的供电使能；
[0126]
引出1个adc通道ch3到mcu的adc控制器，用于测量热敏打印头的供电电压v
h
；
[0127]
电池连接主板供电端，正极上引出2个adc通道，其中ch1测量系统电压v
sys
，ch2通过一分流电路连接到adc控制器，用于测量系统电流i
sys
。
[0128]
在本实施例中，优选的，通上以上热敏打印机的电路设计，特别是3个 adc测量系统的电流，电压及热敏头上的电压，配合以下步骤和计算方法，根据打印的浓度要求，可以
比较精确计算出每次加热所需要的时间，很好也达到控制浓度一致的效果，为方便理解计算方法，如图3所示：
[0129]
电池输出端布置2个adc，adc1测量电池输出电压，即系统电压v
sys
，adc2 测量系统电流i
sys
；在热敏打印头供电端布置adc3，测量热敏打印头的工作电压v
h
。作为一种可选方案，在受mcu资源限制的情况下，adc1也可以去除，通过adc3来间接获取v
sys
的电压，其方法是，s1接通，在停止加热的间歇测量adc3，此时v
sys
和v
h
是基本相等的。
[0130]
示意图中为使描述更清晰和容易理解，热敏打印头部分隐去了每个加热元件通路上驱动ic电阻或前置电阻等，只用r
ave
来代替，是为了方便理解，而非原理性的错误，其中，r
com
和r
ave
可在打印头规格书中获取。
[0131]
下面具体说一下该提高热敏打印浓度一致性的电路装置和方法的工作原理。
[0132]
如图1-3所示，本发明通过设计精妙，根据以上技术方案中的描述，恒能量法在实际应用中，vh在使用过程中都是动态变化的，要达到打印浓度一致性目的，就需要考虑各种因素的影响，在加热开始前计算出vh尽量准确的值，再通过恒能量法的计算公式，得出相对准确的加热时间，本发明是通过合理的电路设计，在本次加热过程中测量系统的电流，电压及热敏头上的电压，根据当前加热点数和下一次加热点数，来计算下一次的vh电压，进而计算出相对准确的通电时间，从而达到控制浓度一致性的目的。
[0133]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。