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(yuǎn)

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(jī)節(jié)點(diǎn)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(jī)任務(wù)下發(fā)、數(shù)據(jù)可靠傳輸和網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)硬件設(shè)計(jì)等問題，基于可靠組通訊技術(shù)CoAP協(xié)議設(shè)計(jì)了一款小巧可用于票券、標(biāo)簽、條形碼等打印用途分布式網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)軟硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為主控芯片，與用戶端建立可靠組通訊，用戶端手機(jī)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(jī)，實(shí)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(jī)的SPI口發(fā)送給打印機(jī)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(shí)間，并準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)走紙，完成一次打印。系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例表明基于可靠組通訊技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)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(shí)時(shí)打印。

1 打印機(jī)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于可靠組通訊技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)采用STM32作為主控芯片，打印機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、溫度檢測模塊、缺紙檢測模塊、過熱保護(hù)模塊組成，打印頭機(jī)芯選擇熱敏機(jī)芯。

在熱敏打印頭缺紙檢測方面選擇了一個(gè)光電檢測傳感器。熱敏打印頭機(jī)芯采用一個(gè)反射型光電通斷傳感器，當(dāng)熱敏打印頭缺紙時(shí)，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(shí)PRN_PS端輸出低電平（低于0.54V）；當(dāng)熱敏打印頭紙張正常時(shí)，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(shí)PRN_PS端輸出高電平。因此，主控單片機(jī)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(dāng)缺紙時(shí)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(gè)微小電子加熱器提供。加熱器排成方點(diǎn)的形式由打印機(jī)進(jìn)行邏輯控制。當(dāng)加熱器被驅(qū)動時(shí)，就在熱敏紙張上產(chǎn)生一個(gè)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(shí)也控制著進(jìn)紙，因而可在整個(gè)紙張上印出圖形、文字符號。

當(dāng)熱敏打印頭工作時(shí)，其打印頭溫度較高，為了對溫度進(jìn)行控制，需要定時(shí)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(shí)時(shí)檢測熱敏打印頭溫度，控制熱敏打印頭的加熱時(shí)間。

圖1 打印機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖2 打印機(jī)工作流程圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序開發(fā)主要包括上位機(jī)無線打印機(jī)APP開發(fā)和下位機(jī)的打印機(jī)驅(qū)動程序開發(fā)。其中無線打印機(jī)APP需要完成APP與打印機(jī)的wifi連接，及用戶打印功能。下位機(jī)的打印機(jī)驅(qū)動程序主要是一方面負(fù)責(zé)與上位機(jī)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(jìn)行打印任務(wù)等。

圖2打印機(jī)工作流程圖，上電系統(tǒng)初始化，然后打印機(jī)功能自檢，然后進(jìn)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(jìn)入打印程序中，系統(tǒng)會檢測打印機(jī)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(jìn)入wifi連接處理進(jìn)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(yàn)本文給出的分布式網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，在完成的Android端APP中進(jìn)行如下操作：進(jìn)入APP主界面，APP主界面如圖3所示，首先點(diǎn)擊右上角設(shè)置按鈕，進(jìn)入打印機(jī)連接設(shè)置界面，打印機(jī)連接設(shè)置界面如圖4所示，搜索網(wǎng)絡(luò)中打印機(jī)設(shè)備，手動選擇與打印機(jī)進(jìn)行連接；然后返回主界面點(diǎn)擊“打印文本”按鈕，然后輸入要打印的文本，傳輸給打印機(jī)實(shí)現(xiàn)文本打印。本文設(shè)計(jì)的打印機(jī)可以把手機(jī)發(fā)送來的信息完整、無誤的在熱敏打印機(jī)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(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，給出了分布式網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成了對應(yīng)的上位機(jī)和下位機(jī)的程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了通過手機(jī)APP連接到wifi打印機(jī)進(jìn)行打印。下一步，系統(tǒng)可以考慮APP打印任務(wù)多機(jī)協(xié)作完成中的打印任務(wù)的智能調(diào)度問題，實(shí)現(xiàn)打印任務(wù)在各個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)中保持負(fù)載均衡。

圖3 智能打印機(jī)APP主界面

圖4 打印機(jī)連接設(shè)置界面