一种基于以太网的喷头控制电路结构的制作方法

本实用新型涉及喷墨打印机技术领域，具体涉及一种基于以太网的喷头控制电路结构。

背景技术：

在传统打印喷绘设备生产领域，对喷头的控制通过专门配套设计制作的电子电路来实现。这种定制化的需求虽然能切实贴合客户的实际需要，但是也带来了不易维护，损坏率高，灵活性差的缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种基于以太网的喷头控制电路结构，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于以太网的喷头控制电路结构，包括控制模块，其中，

所述控制模块为fpga，所述控制模块连接喷头驱动模块，所述喷头驱动模块采集喷头电压和温度来调整给喷头的输出电压，并将打印数据传输给喷头后控制喷头动作，所述喷头驱动模块和所述控制模块均连接供电模块取电；

所述控制模块连接存储模块，用于存储设定参数和打印数据，所述存储模块连接所述供电模块取电；

所述控制模块连接通信模块，用于通过通信模块连入以太网后与上位机通信，以便互传数据，所述通信模块连接所述供电模块取电；

所述控制模块连接外部信号处理模块，用于接收光栅解码器的信号处理结果，所述外部信号处理模块连接所述供电模块取电，所述外部信号处理模块的输入端连接光栅解码器；

所述喷头驱动模块包括喷头连接单元、采样单元、调压单元和信号处理单元，其中，

所述采样单元的输入端连接所述喷头连接单元、输出端连接所述控制模块；

所述调压单元的输入端连接所述控制模块、输出端连接所述喷头连接单元；

所述信号处理单元的输入端连接所述控制模块、输出端连接所述喷头连接单元；

所述喷头连接单元连接打印机的喷头组件的控制电路和动力供应电路。

可选的，所述供电模块为三级变压模组结构的供电模块，包括第一级变压模组、第二级变压模组和第三级变压模组，各级变压模组逐级相连，前一级变压模组的输出作为后一级变压模组的输入，最前级的变压模组的输入端连接工业电源，各级变压模组的输出端生成供各个功能模块工作的电压，包括供应控制模块、喷头驱动模块、通信模块、存储模块和外部信号输入模块的工作电压。

可选的，所述采样单元包括运算放大组件、多路复用组件和模数转换组件，其中，

所述运算放大组件的输入端连接所述喷头连接单元、输出端连接所述多路复用组件；

所述多路复用组件的输出端连接所述模数转换组件；

所述模数转换组件连接所述控制模块。

优选的，所述采样单元包括一电压基准组件，所述电压基准组件的输入端连接所述供电模块取电后作为比较电压，所述电压基准组件的输出端连接所述模数转换组件。

可选的，所述调压单元包括光耦组件、降压组件和电源管理组件，其中，

所述光耦组件的输入端连接所述控制模块、输出端连接所述降压组件，通过光耦组件获取控制模块的调压使能信号；

所述降压组件的输出端连接电源管理组件；

所述电源管理组件的另一输入端连接所述控制模块，以便获取调压控制信号；

所述降压组件的其一输出端与所述电源管理组件的其一输出端连接所述喷头连接单元。

可选的，所述信号处理单元包括第一总线收发组件，所述第一总线收发组件的输入端连接所述控制模块，输出端连接所述喷头连接单元。

可选的，所述通信模块包括以太网收发单元、网络接口单元、时钟信号发生单元和滤波单元，所述以太网收发单元用于通过所述网络接口单元连接网络后获取上位机信号和数据，所述时钟信号发生单元生成时钟信号后提供给以外网收发单元，所述滤波单元为所述以太网收发单元的供电环境进行滤波处理后提供稳定电源给以太网收发单元使用，其中，

所述以太网收发单元连接所述控制模块；

所述网络接口单元连接所述以太网收发单元；

所述时钟信号发生单元连接所述以太网收发单元；

所述滤波单元的输入端连接所述供电模块、输出端连接所述以太网收发单元。

可选的，所述存储模块包括第一存储单元和第二存储单元，两者皆连接所述控制模块，所述控制模块对所述第一存储单元和所述第二存储单元进行读写操作；

所述第一存储单元为易失性存储单元，用于存放打印内容相关的数据；

所述第二存储单元为非易失性存储单元，用于存放设定参数等需固化的常用数据。

可选的，所述外部信号输入模块包括第二总线收发组件、差分线路接收组件和差分信号输入组件，其中，

所述差分信号输入组件的输入端连接光栅解码器、输出端连接所述差分线路接收组件；

所述差分线路接收组件的输出端连接第二总线收发组件；

所述第二总线收发组件的输出端连接所述控制模块。

有益效果：由于采用上述技术方案，本实用新型可满足各种定制化的打印控制系统的需求，对控制电路中的各个功能进行模块化设计后，可形成单独的模块化功能电路，从而以灵活方式嵌入于各种客制化打印控制系统中控制不同类型的喷头。

附图说明

图1为本实用新型的各功能模块的连接示意图；

图2为图1中的供电模块的各功能单元的连接示意图；

图3为图1中的喷头驱动模块的各功能单元的连接示意图；

图4为图3中的采样单元的电路图；

图5为图3中的调压单元的电路图；

图6为图3中的信号处理单元的电路图；

图7为图1中的通信模块的各功能单元的连接示意图；

图8为图1中的存储模块的各功能单元的连接示意图；

图9为图1中的外部信号输入模块的各功能单元的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，其意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列组成部件或单元的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组成部件或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它部件组成或者组成单元。

参照图1、图3，一种基于以太网的喷头控制电路结构，包括控制模块100，控制模块100为fpga，控制模块100连接喷头驱动模块300，喷头驱动模块300采集喷头电压和温度来调整给喷头的输出电压，并将打印数据传输给喷头后控制喷头动作，喷头驱动模块300和控制模块100均连接供电模块200取电；

控制模块100连接存储模块500，用于存储设定参数和打印数据，存储模块500连接供电模块200取电；

控制模块100连接通信模块400，用于通过通信模块连入以太网后与上位机通信，以便互传数据，通信模块400连接供电模块200取电；

控制模块100连接外部信号处理模块，用于接收光栅解码器的信号处理结果，外部信号处理模块连接供电模块200取电，外部信号处理模块的输入端连接光栅解码器；

喷头驱动模块300包括喷头连接单元304、采样单元301、调压单元302和信号处理单元303，其中，

采样单元301的输入端连接喷头连接单元304、输出端连接控制模块100；

调压单元302的输入端连接控制模块100、输出端连接喷头连接单元304；

信号处理单元303的输入端连接控制模块100、输出端连接喷头连接单元304；

喷头连接单元304连接打印机的喷头组件的控制电路和动力供应电路。

上述实施例中，光栅解码器即光栅传感器，其读取光栅数据后提供定位依据，以便控制模块控制喷头的移载机构进行位置的定位和作出对应的出墨控制。

供电模块200为三级变压模组结构的供电模块，包括第一级变压模组、第二级变压模组和第三级变压模组，各级变压模组逐级相连，前一级变压模组的输出作为后一级变压模组的输入，最前级的变压模组的输入端连接工业电源，各级变压模组的输出端生成供各个功能模块工作的电压，包括供应控制模块100、喷头驱动模块300、通信模块400、存储模块500和外部信号输入模块的工作电压。

本实用新型中，供电模块为各个功能模块提供工作电压，如图2所示，其中，喷头控制模块300需要使用36v、5.0v电压，其中，36v为喷头的动力电压，5.0v为控制电路的工作电压，36v电压由外部电源700提供36v输入时分两路，一路供应喷头控制模块300后转给喷头的动力机构使用，另一路经供电模块200的降压单元201转换为5v电压提供给喷头控制模块200的工作电路使用；

控制模块100需要使用3.3v、2.5v、1.1v电压，其分别由三个稳压单元2024、2023和2021提供；

存储模块500需要使用3.3v和1.35v电压，其中，3.3v电压由稳压单元2024供应非易失性存储单元使用，1.35v电压由稳压单元2022提供给易失性存储单元使用；

通信模块400需要使用1.2v电压，其由稳压单元20241提供，该稳压单元的输入端连接稳压单元2024，将稳压单元2024输出的3.3v转换为1.2v电压供通信模块使用。

其中，稳压单元2021、2022、2023和2024均可采用型号为mpm3820的稳压芯片。

其中，稳压单元20241可采用型号为ams-1117-1v2稳压芯片。

其中，降压单元201采用型号为tps54560降压芯片。

其中，外部电源700可采用可输出36v直流电的工业稳压电源。

如图3、图4所示，采样单元301包括运算放大组件u28、多路复用组件u21和模数转换组件u22，其中，运算放大组件u28的输入端连接喷头连接单元304、输出端连接多路复用组件u21的第四引脚；多路复用组件u21的第八引脚作为输出端连接模数转换组件u22的输入端(组件u22的第三引脚，即定义为vin的引脚)，多路复用组件u21的输入引脚连接调压单元302后获取采样电压(具体连接至调压单元302的电源管理组件u23的采样输出引脚上)；模数转换组件u22的第五引脚连接控制模块100。

另外，采样单元301包括电压基准组件u20，电压基准组件u20的输入端(第一引脚，即定义为in的引脚)连接供电模块取电3.3v后作为比较电压，电压基准组件u20的输出端(第二引脚，即定义为out的引脚)连接模数转换组件u22的第一引脚(即组件u22的定义为refvdd参考电压输入引脚)。

其中，运算放大组件u28选用型号为mcp6001的运算放大器；

其中，多路复用组件u21选用型号为adg708的低压cmos模拟多路复用器；

其中，模数转换组件u22选用型号为ads7866的模数转换器；

其中，电压基准组件u20选用型号为ref3033的电压基准芯片。

需要说明的是，本申请所述控制模块100选用的是fpga可编程逻辑阵列器件，比如，cyclonev型5cefa4f23芯片，其具有编程后可定制引脚功能的特点，因此本申请不对其各个引脚做特别定义，因其可根据与之连接的各个功能模块的需求，对自身的引脚进行编程定制。比如，上述实施例中的模数转换组件u22的第五引脚(ads7866模数转换芯片的第五引脚为sdo引脚，用于并行数据输出)连接至控制模块100上时，无论连接至可编程的哪一个引脚，均可对该引脚根据连接的模数转换组件u22的sdo引脚的功能进行编程定制。

如图3、图5所示，调压单元302包括光耦组件u10、降压组件u24和电源管理组件u23，其中，

光耦组件u10的输入端(组件u10的第二引脚)连接控制模块100、输出端(组件u10的第三引脚)通过电阻r115连接降压组件u24的第二引脚(组件u24使能信号输入端)，通过光耦组件u10获取控制模块100的调压使能信号；

降压组件u24的输出端(组件u24的第一引脚)连接电源管理组件u23，并连接喷头连接单元304；

电源管理组件u23的另一输入端(组件u23的第三引脚)连接控制模块100，以便获取调压控制信号，其第一、第二引脚连接降压组件u24的第一引脚，第八引脚取电；

电源管理组件u23的其一输出端(组件u23的第五引脚)连接喷头连接单元304。

其中，光耦组件u10采用型号为el3h7的贴片式光电光耦器件；

其中，降压组件u24采用型号为mp2562的直流稳压芯片；

其中，电源管理组件u23采用型号为mcp6002的电源管理芯片。

整个调压单元302向喷头连接单元304输出一调整后的电压作为喷头的供电电压，该调压输出信号定义为vdd2b_m1。另外，调压单元302通过电源管理组件u23的第六引脚连接采样单元301的多路复用组件u21的第五、六、七、九、十、十一、十二引脚中的任一引脚，这些引脚均为多路复用组件u21的采样用输入引脚。

调压单元302的调压过程为：控制模块100通过光耦组件u10向降压组件u24发送使能信号(降压组件u24第二引脚为使能信号输入引脚)，降压组件u24的第七引脚获取外部电源700的36v工作电压输入后通过第一引脚输出调压后的电压vdd2b_m1给喷头连接单元304，以便驱动喷头工作；控制模块100向电源管理组件u23发送pwm信号，该pwm信号经过电阻r45和电容c60组成的rc滤波电路滤波成一个需要的直流信号，经过电源管理组件u23的运算放大后从其第三引脚输入，再经第一引脚输出调压电压，经过由电阻r43、电阻r39、电阻r41组成的电阻网络限制其输出的调压电压的上下限，即是说，通过pwm信号调节输出电压的大小；电阻r114和电阻r35对调压电压进行分压处理，以便形成一个较低的电压便于采样，该采样电压通过电源管理组件u23的第五引脚输入后从第六或者第七引脚输出给采样单元301。此处电源管理组件u23的作用是电压跟随，把前后端电路隔离后形成一个低阻抗源信号，电源管理组件u23的第六或者第七引脚连接采样单元301后向其输出一采样电压信号。

另外，调压单元302的调压输出vdd2b_m1经过电阻r43、电阻r39、电阻r41组成的电阻网络作为反馈信号返给降压组件u24(输入至组件u24的第四引脚，该引脚在该组件u24选型为mp2562时被定义为反馈信号输入)

如图3、图6所示，信号处理单元303包括第一总线收发组件，第一总线收发组件u14的输入端(组件u14的第二、三、四、五、六、七、八、九引脚)通过排阻r188和排阻r189连接控制模块100，输出端(组件u14的第十一～十九引脚)通过排阻r77和排阻r78连接喷头连接单元304。

其中，第一总线收发组件u14采用型号为74hct245pwr芯片，是一种三态输出八路总线收发芯片。

如图7所示，通信模块400包括以太网收发单元401、网络接口单元402、时钟信号发生单元403和滤波单元404，以太网收发单元401用于通过网络接口单元402连接网络后获取上位机信号和数据，时钟信号发生单元403生成时钟信号后提供给以外网收发单元401，滤波单元404为以太网收发单元401的供电环境进行滤波处理后提供稳定电源给以太网收发单元401使用，其中，

以太网收发单元401连接控制模块100；

网络接口单元402连接以太网收发单元402；

时钟信号发生单元403连接以太网收发单元401；

滤波单元404的输入端连接供电模块200、输出端连接以太网收发单元401。

其中，以太网收发单元401采用型号为ksz9031的千兆以太网phy芯片；

其中，网络接口单元402采用型号为hr911130c的千兆rj45接口；

其中，时钟信号发生单元403采用15ma最大输出的晶振芯片；

其中，滤波单元404根据ksz9031型号的以太网收发单元401的用电需要，具有两路滤波功能，任一路均通过贴片磁珠实现滤波。图示结构中示出的结构对3.3v和1.2v两路输入电压进行分别滤波，即在滤波单元404中集成了两路滤波电路，每一路均通过贴片磁珠实现滤波。贴片磁珠可采用信号型号为gz1608d300tf的贴片磁珠。

如图8所示，存储模块500包括第一存储单元501和第二存储单元502，两者皆连接控制模块100，控制模块100对第一存储单元501和第二存储单元502进行读写操作；

第一存储单元501为易失性存储单元，用于存放打印内容相关的数据，可选型号为mt41k256m8da-125的ddr3l型低压sdram；

第二存储单元502为非易失性存储单元，用于存放设定参数等需固化的常用数据，可选型号为is25lq016b-jble的nor闪存芯片，容量为16mb。

如图9所示，外部信号输入模块600包括第二总线收发组件601、差分线路接收组件602和差分信号输入组件603，其中，

差分信号输入组件603的输入端连接光栅解码器800、输出端连接差分线路接收组件602；

差分线路接收组件602的输出端连接第二总线收发组件601；

第二总线收发组件601的输出端连接控制模块100。

其中，第二总线收发组件601采用型号为sn74lvc2t45dcu的三态输出双位双电源总线收发器；

其中，差分线路接收组件602采用型号为mc3486的四路差分线路接收器；

其中，差分信号输入组件603采用4路差分信号接收端子。

本实用新型工作前，先将供电模块接入36v外部电源，在通信模块的连接器单元上接入网线连入千兆以太网，将外部信号处理模块连接光栅解码器的信号输出端，将喷头控制模块的喷头连接单元连接喷头，工作时的系统动作步骤如下：

1)供电模块接入电源后向各个其他功能模块提供所需电压的电能；

2)上位机(pc)通过千兆以太网传输设定参数和打印数据给控制模块；

3)控制模块将打印数据存储至存储模块中的易失性存储单元，将设定参数存储至存储模块中的非易失性存储单元；

4)控制模块调用非易失性存储单元中的设定参数，并获取喷头控制模块中的采样单元采集到的喷头的温度和电压值，然后根据设定参数、温度和电压值调整喷头控制模块中的调压单元的输出电压；

5)控制模块接收外部信号处理模块获取的光栅解码器的信号，并通过喷头控制模块进行喷头的位置定位；

6)控制模块调用存储模块中的易失性存储单元中的打印数据，并通过喷头控制模块中的打印数据处理单元将数据输送给喷头。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。