藍(lán)牙針式打印機(jī)的設(shè)計(jì)

湖南文理學(xué)院計(jì)算機(jī)與電氣工程學(xué)院 韋鑫水 王南蘭 李佳琪 陳澳林

傳統(tǒng)的打印機(jī)因體積較大且受到電線的限制，固定位置，靈活性低，而相比之下，藍(lán)牙針式打印機(jī)具有體積小、可隨身攜帶、操作方便等優(yōu)點(diǎn)?？蓾M足人們對戶外無線打印的需要。本設(shè)計(jì)旨在高效率的解決高速公路由于有限的收費(fèi)窗口導(dǎo)致繳費(fèi)緩慢的問題，且藍(lán)牙針式打印機(jī)有藍(lán)牙和USB兩種接口，其兩種形式的打印功能都可以加快收費(fèi)站票據(jù)打印的速度，減少車輛排隊(duì)的時間，對緩解交通擁擠，提高效率具有重大意義。

1 系統(tǒng)總方案

藍(lán)牙針式打印機(jī)的系統(tǒng)選取針式打印頭，以型號為STM32F103C8T6的單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，其組成部分主要有：藍(lán)牙透傳模塊、USB轉(zhuǎn)串口電路、LED指示燈、按鍵、外部FLASH、開關(guān)機(jī)電路、電源電路、故障檢測、針式打印頭，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件主要由芯片模塊、元器件模塊以及電路模塊三部分組成。

2.1 芯片選型

本設(shè)計(jì)選擇STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片，它是一款基于ARM Cortex-M內(nèi)核的STM32系列的32位的微控制器，其程序存儲器容量為64Kb，工作電壓為2V到3.6V，工作溫度范圍為-40℃到85℃。其總線寬度為32位，可同時處理的二進(jìn)制數(shù)是8位單片機(jī)的4倍，16位單片機(jī)的2倍，在處理數(shù)據(jù)的速度提升上有質(zhì)的飛越。

這塊芯片采用的封裝形式是FQFP，即引腳中心距小于0.65mm的四側(cè)引腳扁平封裝方式，是表面貼裝型封裝之一，引腳從四個側(cè)面引出呈現(xiàn)海鷗翼型。如圖2所示。

2.2 元器件選型

針式打印頭選型：

本設(shè)計(jì)采用的是EPSON M-150Ⅱ型針式打印頭（如圖3所示），它工作時，對供電的電壓要求較低，鋰離子電池就足夠驅(qū)動它打印頭文件，符合本設(shè)計(jì)的要求。打印頭引腳及定義如表1所示。

圖2 STM32F103C8T6引腳圖

圖3 EPSON M-150Ⅱ型針式打印頭

表1 打印頭引腳及定義

藍(lán)牙模塊選型：

藍(lán)牙通信模塊選擇JDY-08藍(lán)牙，其最大發(fā)射功率為1MW，發(fā)射距離可達(dá)80m，采用透傳的藍(lán)牙通信方式，使用時只通過AT指令集來設(shè)置波特率、主從模式、藍(lán)牙名稱和密碼，方便快捷，安全高效。

2.3 電路設(shè)計(jì)

在確定了藍(lán)牙針式打印機(jī)要用到的芯片、元器件、和模塊以后，最重要的就是通過電路將他們連接在一起，實(shí)現(xiàn)各個模塊的功能，下面介紹各個部分的電路設(shè)計(jì)。

USB轉(zhuǎn)串口電路設(shè)計(jì)：

USB轉(zhuǎn)串口電路是藍(lán)牙針式打印機(jī)里一個非常重要的電路，這個電路一端通過CH340G芯片與單片機(jī)的串口1相連，另外一端通過USB連接到上位機(jī)，用于上位機(jī)和打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，打印機(jī)有線的方式打印數(shù)據(jù)時，打印機(jī)里的微控制器通過這個電路接收上微機(jī)發(fā)來的打印數(shù)據(jù)，同時打印機(jī)的字庫下載和打印機(jī)的參數(shù)設(shè)置也要通過這個電路才能實(shí)現(xiàn)，電路如圖4所示。

圖4 USB轉(zhuǎn)串口電路

藍(lán)牙透傳模塊電路設(shè)計(jì)：

藍(lán)牙模塊電路的主要組成部分是JDY-08藍(lán)牙4.0透傳模塊，JDY-08的RXD接單片機(jī)串口2的TXD，TXD接串口2的RXD，一發(fā)一收保證正常通信，供電電源3.3V，在電源引腳串聯(lián)了一個0.1uF的電容，起到濾波去耦的作用。藍(lán)牙模塊電路如圖5所示：

圖5 藍(lán)牙模塊電路

充電電路設(shè)計(jì)：

藍(lán)牙針式打印機(jī)的供電電源采用的是鋰離子電池，為保證鋰離子電池的使用壽命，必給系統(tǒng)設(shè)置一個充電電路，充電電路如圖6所示：

圖6 充電電路

開關(guān)機(jī)、進(jìn)紙、LED顯示電路設(shè)計(jì)如圖7所示。

開機(jī)時，按下開關(guān)K2，Q9導(dǎo)通，單片機(jī)工作后，OUT端輸出高電平，維持Q10導(dǎo)通；關(guān)機(jī)時，再按下開關(guān)K2，單片機(jī)INT輸入低電平，單片機(jī)通過軟件方式關(guān)機(jī)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)平臺

本設(shè)計(jì)使用的STM32F103C8T6微控制器是基于ARM Cortex-M內(nèi)核的，所以使用MDK-ARM開發(fā)工具。

圖7 開關(guān)機(jī)電路

3.2 總體程序流程圖

藍(lán)牙針式打印機(jī)最終要實(shí)現(xiàn)打印文件的功能，要先在開發(fā)環(huán)境中編寫的C程序，然后下載到STM32F103C8T6單片機(jī)中，控制系統(tǒng)的各個部分完成各自的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)打印功能。主要經(jīng)歷了以下幾個步驟：程序初始化、接收數(shù)據(jù)、處理打印數(shù)據(jù)、控制打印頭工作。系統(tǒng)的總體程序流程如圖8所示：

圖8 總體程序流程圖

總結(jié)：藍(lán)牙針式打印機(jī)的應(yīng)用廣泛，可用于打印報(bào)表、發(fā)票、存折等領(lǐng)域。通過STM32F103C8T6微處理器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了快速讀取打印的功能，但是不適合打印圖片，一般只可打印黑白色，所以此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還有一定的提升空間，打印器的元器件的選擇還有待改善。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展快速的今天，藍(lán)牙無線打印的方式將更好地服務(wù)人們的生活。