一种基于可靠组通讯技术的分布式网络打印机系统设计

安徽商贸职业技术学院信息与人工智能学院 朱先远

随着无线接入技术的普及，越来越多的电子设备都增加了无线WIFi通讯模块。在分布式网络环境下的打印机节点之间的区域关联性和功能关联性较大，Http协议应用在物联网上显得过于庞大，基于此IETF的CORE工作组提出了一种基于REST架构的CoAP（Constrained Application Protocol）协议。本文针对分布式网络打印机任务下发、数据可靠传输和网络打印机硬件设计等问题，基于可靠组通讯技术CoAP协议设计了一款小巧可用于票券、标签、条形码等打印用途分布式网络打印机软硬件系统。系统采用STM32单片机作为主控芯片，与用户端建立可靠组通讯，用户端手机APP下发打印任务，通过WIFi模块CC2541传输数据给单片机，实现数据通信。数据处理主要是把接收到的数据放入一定的缓冲区，最后通过STM32单片机的SPI口发送给打印机头。打印控制主要是结合处理的数据及打印头上的温度等确定打印加热时间，并准确控制步进电机走纸，完成一次打印。系统运行实例表明基于可靠组通讯技术的网络打印机连接稳定可靠，可以正常完成数据传输、数据处理和实时打印。

1 打印机硬件结构设计

基于可靠组通讯技术的网络打印机采用STM32作为主控芯片，打印机硬件结构框图如图1所示，系统主要包括WIFi通讯模块、步进电机驱动模块、温度检测模块、缺纸检测模块、过热保护模块组成，打印头机芯选择热敏机芯。

在热敏打印头缺纸检测方面选择了一个光电检测传感器。热敏打印头机芯采用一个反射型光电通断传感器，当热敏打印头缺纸时，发光二极管发出的光无法被纸张反射，光敏三极管截止，此时PRN_PS端输出低电平（低于0.54V）；当热敏打印头纸张正常时，发光二极管发出的光被纸张反射到光敏三极管上而导通，此时PRN_PS端输出高电平。因此，主控单片机STM32检测PRN_PS引脚是高电平还是低电平，就可判断热敏打印头是否缺纸。当缺纸时禁止启动打印头加热。

热敏打印技术的关键在于控制加热元件。加热是由热敏材料相接触的打印头上的一个微小电子加热器提供。加热器排成方点的形式由打印机进行逻辑控制。当加热器被驱动时，就在热敏纸张上产生一个与加热元素相应的图形。控制加热元素的同一逻辑电路，同时也控制着进纸，因而可在整个纸张上印出图形、文字符号。

当热敏打印头工作时，其打印头温度较高，为了对温度进行控制，需要定时检测热敏打印头温度，主控芯片通过热敏打印头温度热敏电阻实时检测热敏打印头温度，控制热敏打印头的加热时间。

图1 打印机硬件结构框图

图2 打印机工作流程图

2 系统软件设计

系统程序开发主要包括上位机无线打印机APP开发和下位机的打印机驱动程序开发。其中无线打印机APP需要完成APP与打印机的wifi连接，及用户打印功能。下位机的打印机驱动程序主要是一方面负责与上位机建立稳定可靠的组通信，并根据用户发出的打印指令进行打印任务等。

图2打印机工作流程图，上电系统初始化，然后打印机功能自检，然后进入主体任务循环。主体任务循环流程如下：

（1）若串口1接收到数据，解析数据命令，若命令为字库下载，则执行字下载程序；若命令为打印命令，则执行打印程序。进入打印程序中，系统会检测打印机是否缺纸，如果缺纸则警告提醒，否则就控制热敏头打印。

（2）若串口1未接收到数据，则进入wifi连接处理进程。

主体任务一直在1和2之间根据串口接收情况循环切换执行。

系统整体软件流程图如图3所示。

3 系统测试

为了检验本文给出的分布式网络打印机系统设计的有效性，在完成的Android端APP中进行如下操作：进入APP主界面，APP主界面如图3所示，首先点击右上角设置按钮，进入打印机连接设置界面，打印机连接设置界面如图4所示，搜索网络中打印机设备，手动选择与打印机进行连接；然后返回主界面点击“打印文本”按钮，然后输入要打印的文本，传输给打印机实现文本打印。本文设计的打印机可以把手机发送来的信息完整、无误的在热敏打印机上打印出来。

结束语：本文围绕可靠组通讯技术的分布式网络打印机系统设计问题，给出了分布式网络打印机系统的总体结构设计，并完成了对应的上位机和下位机的程序开发，实现了通过手机APP连接到wifi打印机进行打印。下一步，系统可以考虑APP打印任务多机协作完成中的打印任务的智能调度问题，实现打印任务在各个分布式网络中保持负载均衡。

图3 智能打印机APP主界面

图4 打印机连接设置界面