大字符喷码机控制系统的开发

胡敏翔,李金新,胡建萍,董月锋

(1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;

2.杭州电子科技大学计算机学院,浙江杭州310018)

大字符喷码机控制系统的开发

胡敏翔1,李金新1,胡建萍1,董月锋2

(1.杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018;

2.杭州电子科技大学计算机学院,浙江杭州310018)

该文研制的大字符喷码机控制系统,采用DOD喷印方式,通过自主研发的高速电磁阀驱动电路以及驱动程序,控制喷墨的电磁开关的通断,完成喷墨。具备设定打印点大小、打印延迟时间、打印字符宽度以及编辑存储内容,时钟日历和计数等功能;并采用中文显示界面,更加人性化,方便用户使用;鉴于喷码技术以其在条码印制方面使用灵活、效率高、成本低的优点,该系统可广泛的应用于各种产品标识、物流管理以及防伪监制等方面。

大字符喷码机;电磁阀;中文显示;产品标识

0 引 言

目前,国家和消费者对产品(特别是食品、药品等)的出厂日期等标识的要求越来越严格,迫于竞争,各生产厂家都在寻找一种有效的方法来解决此问题,而对现代化大规模生产的厂家来说,能解决此问题的首选产品就是“喷码机”[1]。喷码的功能除了可以清楚其生产日期,还可以进行潜在问题的跟踪,防止假冒等[2]。在欧洲,喷码机市场进入20世纪90年代以后便保持着每年15%-50%年均增长率,在最近几年也保持了10%左右的高速发展水平。而中国近年来的喷码机市场年均增长率也在30%左右[3]。然而由于国内的喷码机起步较晚,时间短,投入研发力量不大,技术上无法跟国外相比,我国为引进喷码机耗费了大量外汇[4]。因此本文提出的大字符喷码机控制系统的开发,不仅能满足国内企业的需求,降低喷码机的使用费用,节省大量外汇,而且有利于加快提高我国的喷码技术,促进生产力的发展。

1 硬件设计

喷码机的电气部分主要包括：主机和用户终端两部分。其中主机由主板和底板两部分电路组成,包含高速电磁阀[5]驱动电路、SDRAM存储和实时时钟、光传感器电平转换和多路串口接收模块等。用户终端由232串口通讯、薄膜按键和液晶显示等模块组成。

1.1 主板硬件设计

主板是喷码机控制系统的核心,一方面接收用户终端发送的设置信息和光电开关信号,另一方面还要执行相应的喷印操作,其硬件总体框图如图1所示。主要包括两路MOS开关驱动电路、32kSRAM实时时钟、光传感器电平转换以及RS232和电源接口模块。主板的处理器选用8位51单片机P89C51RD2,其具有64k的FLASH存储空间可以满足喷码机控制系统各种复杂的数据处理和喷印任务的程序实现,同时其具备的1kRAM以及外部扩展功能刚好能胜任控制系统部分大容量的用户数据存储,而且工作频率在20MHz时,每1个机器周期为6个时钟周期相当于普通51系列单片机在40MHz工作时的性能,保证其能够进行高速的数据处理和IO口操作。两路MOS开关驱动模块选用完全保护型MOS开关管,来完成DOD[6]喷印方式的驱动电路设计。

1.2 底板硬件设计

模块化底板的设计,为主板提供供电和通讯之外,预留了丰富的接口资源。主要包括：为CPU板提供电源、提供外部喷头以及光电传感器接口和多路串口接收处理等。

底板主要由DC-DC转换和电源保护、多路串口接收、主板接口电路这3部分组成。底板的总体框图,如图2所示。

图1 主板硬件设计框图

图2 底板总体框图

图3 用户终端总体框图

1.3 用户终端硬件设计

用户终端是本系统的人机交互部分,其以TI的MSP430F149来处理按键扫描结果和显示喷码菜单,以及向主机发送和读取喷码机的相关设置参数的任务,用户可以通过该终端设置各种喷码操作选项。考虑到人性化设计需要,其设计的体积大小要适合人手持、移动并要在用户终端上操作一些基本的菜单选择、编辑等操作,其总体设计框图如图3所示,主要包括液晶显示和按键扫描电路以及RS232串口通讯电路等。

喷码机用户终端的电源供给是通过主机的接口提供的,电压为5V,它们之间通过普通的串口线相连,线长在1m左右,因而选择低功耗MSP430单片机作为用户终端的处理器,可以降低电源部分在处理器上的损耗。MSP430F149工业级的工作环境可以适应喷码机工作现场有可能出现的高温和电压不稳等恶劣的工作环境。此外,MSP430F149的大容量片内存储器和其16位RISC结构[7]所具有的强大处理能力使其可以轻松处理复杂的各种喷码设置指令和参数。

2 软件设计

2.1 主机和用户终端通信协议设计

主机和用户终端采用双向RS232通信。数据帧的

格式为起始码、地址码、指令码、长度码、数据码和结束码。如表1所示。

表1 喷码机通讯协议数据帧格式

2.2 通信协议的实现流程

通信协议的实现流程主要由开机初始化和喷码设置修改两部分组成。

开机初始化主要是为了让用户终端识别主机的相关软件硬件配置以及版本号等信息,以便用户终端确认主机是否正常工作,并根据这些配置信息调整部分喷码菜单的显示内容。喷码设置修改包含了读取和写入喷码设置信息。由于部分喷码设置信息可能受到其他喷码设置信息的约束,因此在相应的修改喷码设置时,添加了一段相应的处理流程。如字符宽度和字符点大小就是相互制约,它们的修改范围受彼此约束,所以在修改字符宽度或者字符点大小之前必须先读取字符点大小或者字符宽度的当前值来确定其修改的范围。喷码机设置信息修改流程如图4所示。

图4 喷码机设置信息修改流程图

3 测试结果

本文研制的大字符喷码机系统在喷码操作设置上,借鉴SquidInk公司的SQ/2大字符喷码机,具有计数、存储、时钟日历、快速编辑等喷码快速操作设置功能,并且相对SquidInk公司的SQ/2大字符喷码机主要有两方面的创新：

(1)、在用户界面上,采用中文显示界面,更加人性化,方便用户使用;

(2)、喷墨动力供给模块采用自主研发的电磁开关控制取代原有的皮带式电机供给模块。

本系统所能达到的主要技术指标如表2所示。

表2 主要技术指标

4 结束语

本文研制的大字符喷码机控制系统来源于与浙江某公司合作的相关项目,共有7点阵和16点阵两种系列产品,软件有良好的兼容性,具有喷印速度快、操作简单、可靠性好等特点,并且留有网络接口,便于远程控制。该设计现已量产,且在流水生产线上作业,完成大量的喷印订单,生产线上反馈回来的信息显示高速电磁阀的运作以及喷码机的整体运行都有良好的效果。同时将根据不同用户反馈的信息,通过不断的完善以提高控制系统的特殊性、可靠性和稳定性,能使其更好的适应工业现场的应用。另外,本系统在研制过程中得到苏杰师兄的大力支持和帮助,特此感谢。

[1]佚名.国内喷码机发展现状[J].中国包装工业,2003,(5)：13.

[2]段军义.喷码机的应用与发展[J].农产品加工,2006,(1)：46-47.

[3]周亮.高解析喷码机在食品行业的应用[J].食品安全导刊,2009,9(1)：70-71.

[4]刘凡馨.喷码技术在图书馆的应用[J].图书情报工作,2005,49(9)：123-125.

[5]黄茂杨,张靖,翟羽健.高速电磁阀特性测试系统及其应用[J].测控技术,2004,23(11)：61-63.

[6]Seung Jong Lee.Evaluation Of Jet Performance In Drop-on-demand(dod)Inkjet Printing[J].The Korean Journal of Chem ical Engineering,2009,26(2)：339-348.

[7]杨平,王威.MSP430系列超低功耗单片机及应用[J].国外电子测量技术,2008,27(12)：48-50.

Development of Big-character Inkjet Printer Control System HU M in-xiang1,LI Jin-xin1,HU Jian-ping1,DONG Yue-feng2

(1.School of Electronics Information,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang310018,China;
2.School of Computer Science,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang310018,China)

This paper proposes the big-character inkjet printer control system,and it uses DOD printermethod,by using independently developed high-speed solenoid valve drive circuit and the software drivers to control the electromagnetic jet off switch and complete inkjet.It has the functionsof setting printpointsize,print delay time,print characterwidth,editing stored content,clock calendar and counting.And adopting Chinese-display interface ismore humane and easy to operate.This coding techniquehas theadvantagesof flexibility,high efficiency and low cost in bar code print,so thesystem can bewidely used in various aspectsof product identification,logisticsmanagement and security producer,etc.

big-character inkjet printer;solenoid valve;Chinese-display interface;product identification

TN401

A

1001-9146(2010)05-0041-04

2010-07-20

胡敏翔(1989-),男,浙江仙居人,在读研究生,电路与系统.