蓝牙针式打印机的设计

湖南文理学院计算机与电气工程学院 韦鑫水 王南兰 李佳琪 陈澳林

传统的打印机因体积较大且受到电线的限制，固定位置，灵活性低，而相比之下，蓝牙针式打印机具有体积小、可随身携带、操作方便等优点。可满足人们对户外无线打印的需要。本设计旨在高效率的解决高速公路由于有限的收费窗口导致缴费缓慢的问题，且蓝牙针式打印机有蓝牙和USB两种接口，其两种形式的打印功能都可以加快收费站票据打印的速度，减少车辆排队的时间，对缓解交通拥挤，提高效率具有重大意义。

1 系统总方案

蓝牙针式打印机的系统选取针式打印头，以型号为STM32F103C8T6的单片机作为系统的主控制器，其组成部分主要有：蓝牙透传模块、USB转串口电路、LED指示灯、按键、外部FLASH、开关机电路、电源电路、故障检测、针式打印头，系统结构框图如图1所示：

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

系统的硬件主要由芯片模块、元器件模块以及电路模块三部分组成。

2.1 芯片选型

本设计选择STM32F103C8T6单片机作为主控芯片，它是一款基于ARM Cortex-M内核的STM32系列的32位的微控制器，其程序存储器容量为64Kb，工作电压为2V到3.6V，工作温度范围为-40℃到85℃。其总线宽度为32位，可同时处理的二进制数是8位单片机的4倍，16位单片机的2倍，在处理数据的速度提升上有质的飞越。

这块芯片采用的封装形式是FQFP，即引脚中心距小于0.65mm的四侧引脚扁平封装方式，是表面贴装型封装之一，引脚从四个侧面引出呈现海鸥翼型。如图2所示。

2.2 元器件选型

针式打印头选型：

本设计采用的是EPSON M-150Ⅱ型针式打印头（如图3所示），它工作时，对供电的电压要求较低，锂离子电池就足够驱动它打印头文件，符合本设计的要求。打印头引脚及定义如表1所示。

图2 STM32F103C8T6引脚图

图3 EPSON M-150Ⅱ型针式打印头

表1 打印头引脚及定义

蓝牙模块选型：

蓝牙通信模块选择JDY-08蓝牙，其最大发射功率为1MW，发射距离可达80m，采用透传的蓝牙通信方式，使用时只通过AT指令集来设置波特率、主从模式、蓝牙名称和密码，方便快捷，安全高效。

2.3 电路设计

在确定了蓝牙针式打印机要用到的芯片、元器件、和模块以后，最重要的就是通过电路将他们连接在一起，实现各个模块的功能，下面介绍各个部分的电路设计。

USB转串口电路设计：

USB转串口电路是蓝牙针式打印机里一个非常重要的电路，这个电路一端通过CH340G芯片与单片机的串口1相连，另外一端通过USB连接到上位机，用于上位机和打印机之间的数据传输，打印机有线的方式打印数据时，打印机里的微控制器通过这个电路接收上微机发来的打印数据，同时打印机的字库下载和打印机的参数设置也要通过这个电路才能实现，电路如图4所示。

图4 USB转串口电路

蓝牙透传模块电路设计：

蓝牙模块电路的主要组成部分是JDY-08蓝牙4.0透传模块，JDY-08的RXD接单片机串口2的TXD，TXD接串口2的RXD，一发一收保证正常通信，供电电源3.3V，在电源引脚串联了一个0.1uF的电容，起到滤波去耦的作用。蓝牙模块电路如图5所示：

图5 蓝牙模块电路

充电电路设计：

蓝牙针式打印机的供电电源采用的是锂离子电池，为保证锂离子电池的使用寿命，必给系统设置一个充电电路，充电电路如图6所示：

图6 充电电路

开关机、进纸、LED显示电路设计如图7所示。

开机时，按下开关K2，Q9导通，单片机工作后，OUT端输出高电平，维持Q10导通；关机时，再按下开关K2，单片机INT输入低电平，单片机通过软件方式关机。

3 系统的软件设计

3.1 软件开发平台

本设计使用的STM32F103C8T6微控制器是基于ARM Cortex-M内核的，所以使用MDK-ARM开发工具。

图7 开关机电路

3.2 总体程序流程图

蓝牙针式打印机最终要实现打印文件的功能，要先在开发环境中编写的C程序，然后下载到STM32F103C8T6单片机中，控制系统的各个部分完成各自的任务，从而实现打印功能。主要经历了以下几个步骤：程序初始化、接收数据、处理打印数据、控制打印头工作。系统的总体程序流程如图8所示：

图8 总体程序流程图

总结：蓝牙针式打印机的应用广泛，可用于打印报表、发票、存折等领域。通过STM32F103C8T6微处理器等构成的控制系统，虽然实现了快速读取打印的功能，但是不适合打印图片，一般只可打印黑白色，所以此系统的设计还有一定的提升空间，打印器的元器件的选择还有待改善。在互联网发展快速的今天，蓝牙无线打印的方式将更好地服务人们的生活。