一種基于可靠組通訊技術(shù)的分布式網(wǎng)絡(luò)打印機系統(tǒng)設(shè)計

安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與人工智能學(xué)院 朱先遠

隨著無線接入技術(shù)的普及，越來越多的電子設(shè)備都增加了無線WIFi通訊模塊。在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的打印機節(jié)點之間的區(qū)域關(guān)聯(lián)性和功能關(guān)聯(lián)性較大，Http協(xié)議應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)上顯得過于龐大，基于此IETF的CORE工作組提出了一種基于REST架構(gòu)的CoAP（Constrained Application Protocol）協(xié)議。本文針對分布式網(wǎng)絡(luò)打印機任務(wù)下發(fā)、數(shù)據(jù)可靠傳輸和網(wǎng)絡(luò)打印機硬件設(shè)計等問題，基于可靠組通訊技術(shù)CoAP協(xié)議設(shè)計了一款小巧可用于票券、標簽、條形碼等打印用途分布式網(wǎng)絡(luò)打印機軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)采用STM32單片機作為主控芯片，與用戶端建立可靠組通訊，用戶端手機APP下發(fā)打印任務(wù)，通過WIFi模塊CC2541傳輸數(shù)據(jù)給單片機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)處理主要是把接收到的數(shù)據(jù)放入一定的緩沖區(qū)，最后通過STM32單片機的SPI口發(fā)送給打印機頭。打印控制主要是結(jié)合處理的數(shù)據(jù)及打印頭上的溫度等確定打印加熱時間，并準確控制步進電機走紙，完成一次打印。系統(tǒng)運行實例表明基于可靠組通訊技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)打印機連接穩(wěn)定可靠，可以正常完成數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和實時打印。

1 打印機硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于可靠組通訊技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)打印機采用STM32作為主控芯片，打印機硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要包括WIFi通訊模塊、步進電機驅(qū)動模塊、溫度檢測模塊、缺紙檢測模塊、過熱保護模塊組成，打印頭機芯選擇熱敏機芯。

在熱敏打印頭缺紙檢測方面選擇了一個光電檢測傳感器。熱敏打印頭機芯采用一個反射型光電通斷傳感器，當熱敏打印頭缺紙時，發(fā)光二極管發(fā)出的光無法被紙張反射，光敏三極管截止，此時PRN_PS端輸出低電平（低于0.54V）；當熱敏打印頭紙張正常時，發(fā)光二極管發(fā)出的光被紙張反射到光敏三極管上而導(dǎo)通，此時PRN_PS端輸出高電平。因此，主控單片機STM32檢測PRN_PS引腳是高電平還是低電平，就可判斷熱敏打印頭是否缺紙。當缺紙時禁止啟動打印頭加熱。

熱敏打印技術(shù)的關(guān)鍵在于控制加熱元件。加熱是由熱敏材料相接觸的打印頭上的一個微小電子加熱器提供。加熱器排成方點的形式由打印機進行邏輯控制。當加熱器被驅(qū)動時，就在熱敏紙張上產(chǎn)生一個與加熱元素相應(yīng)的圖形。控制加熱元素的同一邏輯電路，同時也控制著進紙，因而可在整個紙張上印出圖形、文字符號。

當熱敏打印頭工作時，其打印頭溫度較高，為了對溫度進行控制，需要定時檢測熱敏打印頭溫度，主控芯片通過熱敏打印頭溫度熱敏電阻實時檢測熱敏打印頭溫度，控制熱敏打印頭的加熱時間。

圖1 打印機硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖2 打印機工作流程圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)程序開發(fā)主要包括上位機無線打印機APP開發(fā)和下位機的打印機驅(qū)動程序開發(fā)。其中無線打印機APP需要完成APP與打印機的wifi連接，及用戶打印功能。下位機的打印機驅(qū)動程序主要是一方面負責(zé)與上位機建立穩(wěn)定可靠的組通信，并根據(jù)用戶發(fā)出的打印指令進行打印任務(wù)等。

圖2打印機工作流程圖，上電系統(tǒng)初始化，然后打印機功能自檢，然后進入主體任務(wù)循環(huán)。主體任務(wù)循環(huán)流程如下：

（1）若串口1接收到數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)命令，若命令為字庫下載，則執(zhí)行字下載程序；若命令為打印命令，則執(zhí)行打印程序。進入打印程序中，系統(tǒng)會檢測打印機是否缺紙，如果缺紙則警告提醒，否則就控制熱敏頭打印。

（2）若串口1未接收到數(shù)據(jù)，則進入wifi連接處理進程。

主體任務(wù)一直在1和2之間根據(jù)串口接收情況循環(huán)切換執(zhí)行。

系統(tǒng)整體軟件流程圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)測試

為了檢驗本文給出的分布式網(wǎng)絡(luò)打印機系統(tǒng)設(shè)計的有效性，在完成的Android端APP中進行如下操作：進入APP主界面，APP主界面如圖3所示，首先點擊右上角設(shè)置按鈕，進入打印機連接設(shè)置界面，打印機連接設(shè)置界面如圖4所示，搜索網(wǎng)絡(luò)中打印機設(shè)備，手動選擇與打印機進行連接；然后返回主界面點擊“打印文本”按鈕，然后輸入要打印的文本，傳輸給打印機實現(xiàn)文本打印。本文設(shè)計的打印機可以把手機發(fā)送來的信息完整、無誤的在熱敏打印機上打印出來。

結(jié)束語：本文圍繞可靠組通訊技術(shù)的分布式網(wǎng)絡(luò)打印機系統(tǒng)設(shè)計問題，給出了分布式網(wǎng)絡(luò)打印機系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成了對應(yīng)的上位機和下位機的程序開發(fā)，實現(xiàn)了通過手機APP連接到wifi打印機進行打印。下一步，系統(tǒng)可以考慮APP打印任務(wù)多機協(xié)作完成中的打印任務(wù)的智能調(diào)度問題，實現(xiàn)打印任務(wù)在各個分布式網(wǎng)絡(luò)中保持負載均衡。

圖3 智能打印機APP主界面

圖4 打印機連接設(shè)置界面