大字符噴碼機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)

胡敏翔,李金新,胡建萍,董月鋒

(1.杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,浙江杭州310018;

2.杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,浙江杭州310018)

大字符噴碼機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)

胡敏翔1,李金新1,胡建萍1,董月鋒2

(1.杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,浙江杭州310018;

2.杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,浙江杭州310018)

該文研制的大字符噴碼機(jī)控制系統(tǒng),采用DOD噴印方式,通過自主研發(fā)的高速電磁閥驅(qū)動(dòng)電路以及驅(qū)動(dòng)程序,控制噴墨的電磁開關(guān)的通斷,完成噴墨。具備設(shè)定打印點(diǎn)大小、打印延遲時(shí)間、打印字符寬度以及編輯存儲(chǔ)內(nèi)容,時(shí)鐘日歷和計(jì)數(shù)等功能;并采用中文顯示界面,更加人性化,方便用戶使用;鑒于噴碼技術(shù)以其在條碼印制方面使用靈活、效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn),該系統(tǒng)可廣泛的應(yīng)用于各種產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、物流管理以及防偽監(jiān)制等方面。

大字符噴碼機(jī);電磁閥;中文顯示;產(chǎn)品標(biāo)識(shí)

0 引 言

目前,國家和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品(特別是食品、藥品等)的出廠日期等標(biāo)識(shí)的要求越來越嚴(yán)格,迫于競爭,各生產(chǎn)廠家都在尋找一種有效的方法來解決此問題,而對(duì)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的廠家來說,能解決此問題的首選產(chǎn)品就是“噴碼機(jī)”[1]。噴碼的功能除了可以清楚其生產(chǎn)日期,還可以進(jìn)行潛在問題的跟蹤,防止假冒等[2]。在歐洲,噴碼機(jī)市場進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后便保持著每年15%-50%年均增長率,在最近幾年也保持了10%左右的高速發(fā)展水平。而中國近年來的噴碼機(jī)市場年均增長率也在30%左右[3]。然而由于國內(nèi)的噴碼機(jī)起步較晚,時(shí)間短,投入研發(fā)力量不大,技術(shù)上無法跟國外相比,我國為引進(jìn)噴碼機(jī)耗費(fèi)了大量外匯[4]。因此本文提出的大字符噴碼機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā),不僅能滿足國內(nèi)企業(yè)的需求,降低噴碼機(jī)的使用費(fèi)用,節(jié)省大量外匯,而且有利于加快提高我國的噴碼技術(shù),促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。

1 硬件設(shè)計(jì)

噴碼機(jī)的電氣部分主要包括：主機(jī)和用戶終端兩部分。其中主機(jī)由主板和底板兩部分電路組成,包含高速電磁閥[5]驅(qū)動(dòng)電路、SDRAM存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘、光傳感器電平轉(zhuǎn)換和多路串口接收模塊等。用戶終端由232串口通訊、薄膜按鍵和液晶顯示等模塊組成。

1.1 主板硬件設(shè)計(jì)

主板是噴碼機(jī)控制系統(tǒng)的核心,一方面接收用戶終端發(fā)送的設(shè)置信息和光電開關(guān)信號(hào),另一方面還要執(zhí)行相應(yīng)的噴印操作,其硬件總體框圖如圖1所示。主要包括兩路MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、32kSRAM實(shí)時(shí)時(shí)鐘、光傳感器電平轉(zhuǎn)換以及RS232和電源接口模塊。主板的處理器選用8位51單片機(jī)P89C51RD2,其具有64k的FLASH存儲(chǔ)空間可以滿足噴碼機(jī)控制系統(tǒng)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和噴印任務(wù)的程序?qū)崿F(xiàn),同時(shí)其具備的1kRAM以及外部擴(kuò)展功能剛好能勝任控制系統(tǒng)部分大容量的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ),而且工作頻率在20MHz時(shí),每1個(gè)機(jī)器周期為6個(gè)時(shí)鐘周期相當(dāng)于普通51系列單片機(jī)在40MHz工作時(shí)的性能,保證其能夠進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)處理和IO口操作。兩路MOS開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊選用完全保護(hù)型MOS開關(guān)管,來完成DOD[6]噴印方式的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。

1.2 底板硬件設(shè)計(jì)

模塊化底板的設(shè)計(jì),為主板提供供電和通訊之外,預(yù)留了豐富的接口資源。主要包括：為CPU板提供電源、提供外部噴頭以及光電傳感器接口和多路串口接收處理等。

底板主要由DC-DC轉(zhuǎn)換和電源保護(hù)、多路串口接收、主板接口電路這3部分組成。底板的總體框圖,如圖2所示。

圖1 主板硬件設(shè)計(jì)框圖

圖2 底板總體框圖

圖3 用戶終端總體框圖

1.3 用戶終端硬件設(shè)計(jì)

用戶終端是本系統(tǒng)的人機(jī)交互部分,其以TI的MSP430F149來處理按鍵掃描結(jié)果和顯示噴碼菜單,以及向主機(jī)發(fā)送和讀取噴碼機(jī)的相關(guān)設(shè)置參數(shù)的任務(wù),用戶可以通過該終端設(shè)置各種噴碼操作選項(xiàng)。考慮到人性化設(shè)計(jì)需要,其設(shè)計(jì)的體積大小要適合人手持、移動(dòng)并要在用戶終端上操作一些基本的菜單選擇、編輯等操作,其總體設(shè)計(jì)框圖如圖3所示,主要包括液晶顯示和按鍵掃描電路以及RS232串口通訊電路等。

噴碼機(jī)用戶終端的電源供給是通過主機(jī)的接口提供的,電壓為5V,它們之間通過普通的串口線相連,線長在1m左右,因而選擇低功耗MSP430單片機(jī)作為用戶終端的處理器,可以降低電源部分在處理器上的損耗。MSP430F149工業(yè)級(jí)的工作環(huán)境可以適應(yīng)噴碼機(jī)工作現(xiàn)場有可能出現(xiàn)的高溫和電壓不穩(wěn)等惡劣的工作環(huán)境。此外,MSP430F149的大容量片內(nèi)存儲(chǔ)器和其16位RISC結(jié)構(gòu)[7]所具有的強(qiáng)大處理能力使其可以輕松處理復(fù)雜的各種噴碼設(shè)置指令和參數(shù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)和用戶終端通信協(xié)議設(shè)計(jì)

主機(jī)和用戶終端采用雙向RS232通信。數(shù)據(jù)幀的

格式為起始碼、地址碼、指令碼、長度碼、數(shù)據(jù)碼和結(jié)束碼。如表1所示。

表1 噴碼機(jī)通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式

2.2 通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)流程

通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)流程主要由開機(jī)初始化和噴碼設(shè)置修改兩部分組成。

開機(jī)初始化主要是為了讓用戶終端識(shí)別主機(jī)的相關(guān)軟件硬件配置以及版本號(hào)等信息,以便用戶終端確認(rèn)主機(jī)是否正常工作,并根據(jù)這些配置信息調(diào)整部分噴碼菜單的顯示內(nèi)容。噴碼設(shè)置修改包含了讀取和寫入噴碼設(shè)置信息。由于部分噴碼設(shè)置信息可能受到其他噴碼設(shè)置信息的約束,因此在相應(yīng)的修改噴碼設(shè)置時(shí),添加了一段相應(yīng)的處理流程。如字符寬度和字符點(diǎn)大小就是相互制約,它們的修改范圍受彼此約束,所以在修改字符寬度或者字符點(diǎn)大小之前必須先讀取字符點(diǎn)大小或者字符寬度的當(dāng)前值來確定其修改的范圍。噴碼機(jī)設(shè)置信息修改流程如圖4所示。

圖4 噴碼機(jī)設(shè)置信息修改流程圖

3 測試結(jié)果

本文研制的大字符噴碼機(jī)系統(tǒng)在噴碼操作設(shè)置上,借鑒SquidInk公司的SQ/2大字符噴碼機(jī),具有計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)、時(shí)鐘日歷、快速編輯等噴碼快速操作設(shè)置功能,并且相對(duì)SquidInk公司的SQ/2大字符噴碼機(jī)主要有兩方面的創(chuàng)新：

(1)、在用戶界面上,采用中文顯示界面,更加人性化,方便用戶使用;

(2)、噴墨動(dòng)力供給模塊采用自主研發(fā)的電磁開關(guān)控制取代原有的皮帶式電機(jī)供給模塊。

本系統(tǒng)所能達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)束語

本文研制的大字符噴碼機(jī)控制系統(tǒng)來源于與浙江某公司合作的相關(guān)項(xiàng)目,共有7點(diǎn)陣和16點(diǎn)陣兩種系列產(chǎn)品,軟件有良好的兼容性,具有噴印速度快、操作簡單、可靠性好等特點(diǎn),并且留有網(wǎng)絡(luò)接口,便于遠(yuǎn)程控制。該設(shè)計(jì)現(xiàn)已量產(chǎn),且在流水生產(chǎn)線上作業(yè),完成大量的噴印訂單,生產(chǎn)線上反饋回來的信息顯示高速電磁閥的運(yùn)作以及噴碼機(jī)的整體運(yùn)行都有良好的效果。同時(shí)將根據(jù)不同用戶反饋的信息,通過不斷的完善以提高控制系統(tǒng)的特殊性、可靠性和穩(wěn)定性,能使其更好的適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。另外,本系統(tǒng)在研制過程中得到蘇杰師兄的大力支持和幫助,特此感謝。

[1]佚名.國內(nèi)噴碼機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國包裝工業(yè),2003,(5)：13.

[2]段軍義.噴碼機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2006,(1)：46-47.

[3]周亮.高解析噴碼機(jī)在食品行業(yè)的應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊,2009,9(1)：70-71.

[4]劉凡馨.噴碼技術(shù)在圖書館的應(yīng)用[J].圖書情報(bào)工作,2005,49(9)：123-125.

[5]黃茂楊,張靖,翟羽健.高速電磁閥特性測試系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].測控技術(shù),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]楊平,王威.MSP430系列超低功耗單片機(jī)及應(yīng)用[J].國外電子測量技術(shù),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,在讀研究生,電路與系統(tǒng).