基于STM32單片機(jī)藍(lán)牙針式打印機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

作者 黃濤(江西方興科技有限公司，江西 南昌 330025)

　　摘要：針對(duì)高速公路擁堵時(shí)應(yīng)急收費(fèi)的便攜式收費(fèi)系統(tǒng)，研發(fā)了一臺(tái)基于STM32單片機(jī)的便攜式藍(lán)牙針式打印機(jī)，該打印機(jī)采用電池供電，通過(guò)藍(lán)牙與便攜式收費(fèi)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。本文描述了該打印機(jī)硬件電路組成和軟件設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：STM32;打印機(jī);硬件電路;軟件設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　收費(fèi)站有限的車(chē)道和收費(fèi)設(shè)施往往是交通流量高峰時(shí)段發(fā)生擁堵的主要原因，可以通過(guò)增加收費(fèi)車(chē)道和收費(fèi)崗?fù)?lái)解決。但這要增加大量的投資，在交通流量平峰時(shí)又將造成車(chē)道和崗?fù)らe置;而且在已建成通車(chē)的路段由于征地和拆遷的困難，增加車(chē)道的成本和代價(jià)巨大，且難以估計(jì)。高速公路手持收費(fèi)系統(tǒng)由手持收費(fèi)機(jī)和便攜式藍(lán)牙打印機(jī)組成，在交通發(fā)生擁堵的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)一個(gè)人就是一個(gè)收費(fèi)崗?fù)?，大大緩解收費(fèi)崗?fù)さ膲毫?，減少車(chē)輛排隊(duì)等候的時(shí)間。該打印機(jī)為電池供電，通過(guò)藍(lán)牙與便攜式收費(fèi)機(jī)無(wú)線通信，采用專(zhuān)用針打機(jī)頭，專(zhuān)門(mén)用于高速公路89 mm穿孔針打票。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　藍(lán)牙打印機(jī)硬件采用嵌入式架構(gòu)，單片機(jī)控制各個(gè)模塊協(xié)同工作，單片機(jī)采用ST公司的STM32系列的STM32F101單片機(jī)。打印機(jī)配備了藍(lán)牙、USB兩種數(shù)據(jù)接口，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線和有線兩種打印方式，USB接口還可以作為打印機(jī)字庫(kù)下載和打印機(jī)參數(shù)設(shè)置接口。打印機(jī)面板共有4個(gè)指示燈和2個(gè)按鍵，指示燈分別用于指示開(kāi)機(jī)、充電、藍(lán)牙連接狀態(tài)和故障，按鍵為開(kāi)/關(guān)機(jī)鍵和進(jìn)紙鍵。電源管理電路主要包括DC-DC電源轉(zhuǎn)換電路、開(kāi)/關(guān)機(jī)電路和電池充電控制電路。打印機(jī)內(nèi)置蜂鳴器，當(dāng)按下開(kāi)/關(guān)機(jī)鍵，開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)蜂鳴器會(huì)長(zhǎng)鳴一聲，另外，當(dāng)電池電壓過(guò)低或打印機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)蜂鳴器也會(huì)發(fā)出警示音。單片機(jī)通過(guò)AD采集電池電壓估算電池電量，當(dāng)電量不足時(shí)開(kāi)機(jī)指示燈由綠燈轉(zhuǎn)為紅燈，提醒用戶及時(shí)充電。打印頭采用STAR針式打印頭，驅(qū)動(dòng)電路包括針頭驅(qū)動(dòng)、針頭移動(dòng)驅(qū)動(dòng)和進(jìn)紙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。圖1是該打印機(jī)的電路原理框圖。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1 開(kāi)/關(guān)機(jī)電路

　　打印機(jī)采用輕觸式軟開(kāi)/關(guān)機(jī)方式，開(kāi)/關(guān)機(jī)電路如圖2。

　　按鍵S1為開(kāi)/關(guān)機(jī)鍵，Vbat接電池，通過(guò)場(chǎng)管V201控制電源模塊的輸入電源Vout，PWR_Ctl接單片機(jī)GPIO的輸出，PWR_State接單片機(jī)GPIO的輸入。電路工作原理是，關(guān)機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)按下開(kāi)/關(guān)機(jī)鍵S1，二極管D204導(dǎo)通，電阻R207產(chǎn)生壓降，V201的VGS電壓為(Vbat-0.7 V)，V201導(dǎo)通，Vout通電，單片機(jī)啟動(dòng)，控制PWR_Ctl輸出高電平，Q203導(dǎo)通，S1松開(kāi)后維持R207的壓降，V201保持導(dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)機(jī)成功;開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)按下S1，單片機(jī)檢測(cè)到PWR_State由高變低，控制PWR_Ctl輸出低電平，Q203截止，S1松開(kāi)后，R207沒(méi)有壓降，V201斷開(kāi)，關(guān)機(jī)。為了防止開(kāi)/關(guān)機(jī)誤操作，可以讓單片機(jī)檢測(cè)S1(S1按下PWR_State為低電平，S1松開(kāi)PWR_State為高電平)是否持續(xù)按下若干時(shí)間(比如1～3 s)才開(kāi)/關(guān)機(jī)。

　　Charge_in接外部充電器的正極，即使關(guān)機(jī)狀態(tài)下接上充電器單片機(jī)依然能對(duì)充電狀態(tài)顯示。DC_IN接單片機(jī)GPIO的輸入，充電時(shí)為低電平，未接充電器時(shí)為高電平。

　　2.2 打印頭驅(qū)動(dòng)電路

　　采用日本STAR公司SP320S系列點(diǎn)陣打印機(jī)的打印頭，專(zhuān)門(mén)用于89 mm寬穿孔票據(jù)的針式打印。該打印頭的驅(qū)動(dòng)電路包括針頭驅(qū)動(dòng)電路、針頭移動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和進(jìn)紙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其中針頭驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由STA471A達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)，電路較為簡(jiǎn)單，本文主要介紹針頭移動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，如圖3。

　　電路中，Carriage_Ctl為單片機(jī)IO控制腳，Motor+和Motor-分別接直流電機(jī)的正負(fù)端。當(dāng)Carriage_Ctl輸出高電平時(shí)，Q104導(dǎo)通，Q105、Q106導(dǎo)通，Q107截止，Motor+輸出電流，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)Carriage_Ctl輸出低電平時(shí)，Q104截止，Q105、Q106截止，直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，停轉(zhuǎn)時(shí)直流電機(jī)由于慣性轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，同時(shí)由于Q107導(dǎo)通，Q107充當(dāng)直流電機(jī)發(fā)電的負(fù)載，由于負(fù)載比較大，直流電機(jī)慣性阻力增大，迫使電機(jī)立即停轉(zhuǎn)，這時(shí)Q107充當(dāng)剎車(chē)功能。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　由于藍(lán)牙打印機(jī)在戶外移動(dòng)環(huán)境下使用，存在各種外界干擾的可能，所以對(duì)藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性有一定的要求，保證每張票據(jù)打印都準(zhǔn)確無(wú)誤。打印機(jī)和手持終端之間的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定了握手協(xié)議，在手持終端正式發(fā)送打印數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行握手。握手成功確定藍(lán)牙通信正常后終端再發(fā)送打印數(shù)據(jù)，打印機(jī)接收數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，防止數(shù)據(jù)丟包導(dǎo)致打印錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確并成功打印后，打印機(jī)再向手持終端發(fā)送打印成功應(yīng)答。打印機(jī)完成一次完整的票據(jù)打印流程如圖4所示，軟件流程圖如圖5所示。

　　4 結(jié)論

　　STM32系列單片機(jī)具有豐富內(nèi)部資源和齊全的系列產(chǎn)品，不用增加其他外圍擴(kuò)展電路就能實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)，減少了開(kāi)發(fā)工作量并縮短開(kāi)發(fā)周期，在各方面指標(biāo)上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于51系列單片機(jī)，能滿足不同電子產(chǎn)品的需求，這些突出的優(yōu)勢(shì)使得STM32系列單片機(jī)在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有很大的發(fā)展?jié)摿?，得到越?lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]孫書(shū)鷹,陳志佳,寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].2010(12):59-63.

　　作者簡(jiǎn)介：

　　黃濤(1983- )，男，本科，工程師，主要研究方向：高速公路機(jī)電設(shè)備研發(fā).

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第61頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處