可行性報告熱敏打印技術(shù)二〇一五年一月目錄一、項目背景 3二、熱敏打印與熱轉(zhuǎn)印打印方式比較 31.熱敏打印機 42.熱轉(zhuǎn)印 4三、一種熱敏打印機的原理 51.系統(tǒng)組成 52.熱敏打印工作原理 53.硬件設(shè)計 63.1主控器件 63.2熱敏打印頭過熱保護模塊 73.3步進電機驅(qū)動模塊 73.4數(shù)據(jù)加載 8四、熱敏打印頭的工藝 81.加熱元件形狀 92.發(fā)熱體阻值的比較 9五、智能熱敏打印頭 10六、熱敏打印技術(shù)的發(fā)展趨勢 11

一、項目背景熱敏打印技術(shù)就是通過熱敏打印頭將打印介質(zhì)上熱敏材料熔化變色，生成所需文字和圖形。熱轉(zhuǎn)印從熱敏技術(shù)發(fā)展而來，它通過加熱轉(zhuǎn)印色帶，使涂敷于色帶上墨轉(zhuǎn)印到紙上形成圖像。熱敏打印技術(shù)核心在于加熱元件，熱敏打印機芯上有一排微小半導(dǎo)體元件，這些元件排得很密，從200dpi到600dpi不等，這些元件在通過一定電流時會不久產(chǎn)生高溫，當(dāng)熱敏紙涂層遇到這些元件時，在極短時間內(nèi)溫度就會升高，熱敏紙上得涂層就會發(fā)生化學(xué)反映，現(xiàn)出顏色。熱敏打印機接受到打印數(shù)據(jù)后，將打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為位圖數(shù)據(jù)，然后按照位圖數(shù)據(jù)點控制打印機芯上發(fā)熱元件通過電流，有選取地在熱敏紙擬定位置上加熱，由此就產(chǎn)生了相應(yīng)圖形。加熱是由與熱敏材料相接觸打印頭上一種小電子加熱器提供。加熱器排成方點或條形式由打印機進行邏輯控制，當(dāng)被驅(qū)動時，就在熱敏紙上產(chǎn)生一種與加熱元素相應(yīng)圖形。控制加熱元素同一邏輯電路，同步也控制著進紙，因而能在整個標(biāo)簽或紙張上印出圖形。

最普遍熱敏打印機使用一種帶加熱點陣固定打印頭，打印頭設(shè)有320個方點,每一點為0.25mm×0.25mm。運用這種點陣，打印機可把打印點在熱敏紙任意位置上。這種技術(shù)已用于紙張打印機和標(biāo)簽打印機上。熱敏打印技術(shù)最早使用在傳真機上，其基本原理是將打印機接受數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點陣信號控制熱敏單元加熱，把熱敏紙上熱敏涂層加熱顯影。當(dāng)前，熱敏打印技術(shù)已在POS終端系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并且擁有良好發(fā)展前景。熱敏打印方式構(gòu)造非常簡樸、維護以便，相對于老式針式打印機有不言而喻長處。但由于熱敏紙保存性不佳，因而重要應(yīng)用于對保存性規(guī)定不高場合。但是隨著熱敏紙技術(shù)發(fā)展，熱敏紙保存性也在逐漸提高，當(dāng)前已經(jīng)浮現(xiàn)了保存期為30-50年熱敏紙。隨著熱敏紙保存時間提高，熱敏打印方式應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。二、熱敏打印與熱轉(zhuǎn)印打印方式比較

熱敏打印與熱轉(zhuǎn)印是條碼打印機兩種打印辦法。每種辦法都使用熱敏打印頭對打印表面加熱。熱轉(zhuǎn)印是通過加熱色帶，在各種材料上打印出耐用、持久圖案。熱敏打印不使用色帶，而是直接在標(biāo)簽材料上打印圖案。

熱敏打印與熱轉(zhuǎn)印是最佳條形碼打印技術(shù)，由于它們可以簡便應(yīng)用在各種黏性標(biāo)簽材料上,并以出眾邊沿定義打印出精確、高品質(zhì)圖案。每種技術(shù)都可以以相似打印清晰度和速度,產(chǎn)生一維、二維帶有圖案和文本字體條形碼符號。1.熱敏打印機

熱敏打印使用通過化學(xué)解決熱敏介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)從熱敏打印頭下通過時變黑。熱敏打印機不使用油墨、墨粉或色帶。簡樸設(shè)計使熱敏打印機耐久和易用。由于沒有色帶，熱敏打印機操作費用比熱轉(zhuǎn)印打印機低。熱敏介質(zhì)上圖案會隨時間推移而褪色。如果標(biāo)簽過度暴露在熱、光或其她催化劑下，材料將會變暗,使條形碼無法被讀取。熱敏標(biāo)簽可讀取性隨使用條件不同而變化很大，但該技術(shù)為額定標(biāo)注和許多其她普通條形碼打印應(yīng)用提供了足夠使用壽命。例如，在分銷中心存貯半年后，直接熱敏標(biāo)簽仍可以容易地被掃描讀取。熱敏打印機分類熱敏打印機依照其熱敏元件排列方式可分為行式熱敏（ThermalLineDotSystem）和列式熱敏（ThermalSerialDotSystem）。列式熱敏屬于初期產(chǎn)品，當(dāng)前重要應(yīng)用在某些對打印速度規(guī)定不高場合，國內(nèi)已有作者在其產(chǎn)品中使用。行式熱敏屬20世紀(jì)90年代技術(shù)，其打印速度比列式熱敏快得多，當(dāng)前最迅速度已達到220mm/秒。要實現(xiàn)高速熱敏打印，除了選用高速熱敏打印頭外，還必要有相應(yīng)控制板與之配合。2.熱轉(zhuǎn)印

在熱轉(zhuǎn)印打印中，熱敏打印頭給色帶加熱，油墨熔化在標(biāo)簽材料上以形成圖案。色帶材料被介質(zhì)吸取，圖案構(gòu)成了標(biāo)簽一某些。該技術(shù)提供了其她按需式打印技術(shù)無法匹敵圖案質(zhì)量和耐久性。

與熱敏打印機相比，熱轉(zhuǎn)印打印機可接受更多品種介質(zhì)，涉及紙、聚酯和聚丙烯材料。熱轉(zhuǎn)印打印機可生成耐久額定標(biāo)簽、UL/CSA標(biāo)簽、簽條和票據(jù)，以及腕帶、永久資產(chǎn)簽條、架簽和其她標(biāo)記。三、一種熱敏打印機原理

1.系統(tǒng)構(gòu)成本文簡介微型熱敏打印機重要由主控制件、步進電機驅(qū)動模塊、熱敏打印頭過熱保護模塊、熱敏打印頭切紙檢測模塊、RS－232通信模塊和供電模塊等某些構(gòu)成，系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖1所示，其中步進電機驅(qū)動模塊負責(zé)控制打印紙走紙及走紙速度，熱敏打印頭過熱保護模塊防止熱敏打印頭溫度過高損壞，熱敏打印頭缺紙檢測電路完畢熱敏打印頭與否有紙檢測，RS－232通信模塊實現(xiàn)打印機與汽車行駛記錄儀之間通信，供電模塊給控制電路及熱敏打印頭供電。2.熱敏打印工作原理熱敏打印頭FTP－628框圖如圖2所示，該熱敏打印頭點構(gòu)造為384點/行、水平方向點密度為8點/mm，垂直方向行間距：8點/mm。有效打印寬度48mm，打印速度最大為60mm/s[1]。當(dāng)接通熱敏打印機電源（＋12V），供電模塊輸出＋5V用于所有控制電路，還輸出用于熱敏頭加熱印字＋7.2V電壓，將其與打印頭VH相連，在時鐘CLK配合下，打印數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)輸入DI引腳移入熱敏打印頭內(nèi)部移位寄存器中，當(dāng)CPU將一行384位數(shù)據(jù)所有移入移位寄存器后，CPU將熱敏打印頭內(nèi)部鎖存端LAT置為低電平，移位寄存器數(shù)據(jù)被鎖存到鎖存器，然后CPU將熱敏都加熱控制信號STB置為高電平，此時依照384點輸入數(shù)據(jù)是1或0決定發(fā)熱元件與否發(fā)熱，由此在熱敏紙上產(chǎn)生要打印點行。3.硬件設(shè)計3.1主控器件采用Freescale公司S12系列單片機MC9S12D64作為主控器件，該器件是一款性能優(yōu)良單片機，包括一種16位中央解決單元、64KBFlash、4KBRAM，、1KBEEPROM、兩個異步串行通信接口和一種同步串行接口等豐富資源，可以滿足本設(shè)計需求，該器件具備良好穩(wěn)定性，使得打印機可以在惡劣工業(yè)現(xiàn)場使用。3.2熱敏打印頭過熱保護模塊打印頭加熱時間普通為1ms，持續(xù)加熱超過1s后，很容易燒毀熱敏頭，因此必要對熱敏打印頭添加過熱保護電路，過熱保護電路圖如圖3所示，圖中VH為7.2V熱敏打印頭驅(qū)動電壓，VH供應(yīng)與否由常開繼電器控制，由CPU一種I/O口輸出控制加熱電壓源控制端TC1，參見圖2與圖3。TH為外部電阻與熱敏打印頭內(nèi)部熱敏電阻分壓值。熱敏打印頭溫度升高，則TH電壓減少，當(dāng)熱敏打印頭溫度上升到一定值時，TH電壓低于比較器U1B引腳6參照電壓，則引腳7輸出一種低電平，此時無論TC1為什么值，與門U6引腳3都為低電平，進而Q1截止，繼電器斷開，熱敏打印頭加熱電源被切斷。同步主控器件檢測到比較器U1B引腳7輸出低電平信號，進入中斷，暫停打印工作。當(dāng)檢測到U1B引腳7為高電平后，延時一段時間，出中斷。此時若熱敏打印頭溫度減少，TH電壓高于U1B引腳6參照電壓后，CPU恢復(fù)到正常工作狀況，反之，比較器U1B引腳7輸出依然是低電平，繼電器保持斷開；主控器件再次進入中斷模塊，這樣就可以起到保護熱敏打印頭作用。3.3步進電機驅(qū)動模塊步進電機是將輸入電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移伺服電動機。FTP－628熱敏打印頭中使用是二相四拍步進電機控制打印紙走紙及走紙速度。本系統(tǒng)采用LB1836M進行驅(qū)動。LB1836M是低飽和、雙通道雙向電機驅(qū)動器件，慣用于微型打印機、相機等便攜設(shè)備，圖4給出步進電機驅(qū)動電路，引腳IN1、IN2、IN3和IN4是步進脈沖輸入端，OUT1、OUT2、OUT3、OUT4為步進脈沖輸出端，分別與熱敏打印頭中電機相應(yīng)A、NA、B、NB相連接。UOT[1：4]與IN[1：4]邏輯關(guān)系為OUT＝IN。輸出驅(qū)動電壓由引腳Vs控制，其電壓高低決定了步進電機工作電流大小，影響步進電機運營快慢，決定走紙快慢，LB1836M輸入端四個步進脈沖可由單片機PWM0、PWM1、PWM2、PWM3四路PWM通道產(chǎn)生。四路PWM相位關(guān)系為PWM0與PWM2反相，PWM1與PWM3反相，PWM0與PWM1相差π/2。3.4數(shù)據(jù)加載數(shù)據(jù)加載即將內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)輸出到熱敏打印頭移位寄存器中，然后進行打印。由于本設(shè)計采用主控器件帶有串行外圍接口（SPI），因此將SPI用于數(shù)據(jù)加載，使用SPI加載數(shù)據(jù)，不但電路比硬件方式數(shù)據(jù)移位簡化，并且較I/O口模仿串行數(shù)據(jù)傳播時序移位速度更快，從而整體提高了打印機性能。如圖5所示，將主控器件設(shè)為主機，熱敏打印機內(nèi)部移位寄存設(shè)為從機，主控器件MC9S12D64將打印數(shù)據(jù)存入SPI數(shù)據(jù)寄存器。當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)開始傳播，數(shù)據(jù)通過串行時鐘線同步信號循環(huán)移位8位，移入熱敏打印頭內(nèi)部移位寄存器中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)加載。四、熱敏打印頭工藝熱敏打印頭可以分為厚膜工藝以及薄膜工藝兩類。一種薄膜和厚膜熱敏打印頭技術(shù)熱轉(zhuǎn)印打印頭技術(shù)相比長處示于下表。1.加熱元件形狀過程加熱薄膜厚度非常薄，在規(guī)則矩形形狀表面上形成，以保證最大傳熱面積，熱效率高，低生熱性，迅速冷卻。與厚膜加熱技術(shù)相比，膜厚度，加熱并沒有明顯隙間，加熱效率是比較低，加熱點形狀厚度不規(guī)則，熱響應(yīng)速度不如薄膜更高，因而這需要高熱響應(yīng)非常復(fù)雜熱歷史控制程序。總之，打印頭是難以合用日期代碼印刷和超細，超高速二維碼等用途。2.發(fā)熱體阻值比較薄膜：電阻加熱元件相似產(chǎn)品批次之間差別在+/-15%,但是所有點與點之間非常密切公差可以做到大概+/-1%"厚膜：世界上當(dāng)前最佳可以+/-3%容差范疇內(nèi)進行，在+/-3%批次之間差別也基本算是穩(wěn)定。如果不同加熱點之間存在阻值差別，會導(dǎo)致熱點之間能量差，從而影響打印水平與質(zhì)量。因而，厚膜印刷頭很難進行彩色照片和黑白灰度打印就是由于持續(xù)色調(diào)圖像變化。比較上述所說加熱片打印頭，電阻分布均勻，從而可以實現(xiàn)高速印刷。并且，除了使用升華熱轉(zhuǎn)印膜技術(shù)熱敏紙，可以打印出來照片效果是銀灰色效果相媲美。鑒于此，該膜廣泛應(yīng)用于超高速條碼打印機，照片打印機，證卡打印機等品種多，數(shù)量少，高附加值領(lǐng)域。五、智能熱敏打印頭與老式熱敏打印頭發(fā)熱體阻值在一定溫度范疇內(nèi)恒定不同，智能熱敏打印頭采用了具備負溫度系數(shù)薄膜金屬材料發(fā)熱體，隨著發(fā)熱體溫度變化，發(fā)熱體阻值具備近似線性變化趨勢，即在一定溫度范疇內(nèi)，具備恒定溫度系數(shù)（TCR），如圖1所示。當(dāng)打印動作開始時，依照印字信息控制邏輯開關(guān)，印加電流通過熱敏發(fā)熱體單元，發(fā)熱體發(fā)熱；隨著發(fā)熱體溫度升高，發(fā)熱體電阻根據(jù)負溫度系數(shù)TCR，電阻值發(fā)生變化，從而引起印加電流變化，檢測回路通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)，不斷累加變化量并換算成印加能量，當(dāng)達到設(shè)定能量目的值時，關(guān)閉邏輯開關(guān)，停止加熱，如圖2所示。因而，智能熱敏打印頭通過上述能量控制反饋系統(tǒng)，可以在打印同步，實時地檢測發(fā)熱體溫度，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)能量控制，得到高品質(zhì)印字質(zhì)量。六、熱敏打印技術(shù)發(fā)展趨勢打印機架通了橫在人類思想表達、傳播意圖與印刷頁面間橋梁，但僅有文字還不能表達復(fù)雜頁面；撞擊式打印機是打字機功能延伸，幾乎沒有圖像輸出功能，飛撞擊時打印技術(shù)浮現(xiàn)克服了撞擊打印技術(shù)諸多長處，但輸出速度太慢，質(zhì)量不能令人滿意。與此同步，人類在克服老式印刷局限性方面做了大量努力，到今天，熱敏打印技術(shù)相對于老式打印機，熱敏打印機速度快、噪音低，打印清晰，使用以便。因此，在市場上涉及面廣，應(yīng)用廣泛，可以打入各個行業(yè)。隨著人們對印刷需求變化，自從二十世紀(jì)六十年代和七十年代各種非擊打式打印技術(shù)激光開始，諸如噴墨，熱敏打印相繼問世，并且獲得了迅速發(fā)展。在20世紀(jì)80年代，傳真感熱記錄辦法使熱敏技術(shù)迅速普及和發(fā)展。如今打印機己經(jīng)普及到咱們尋常生活之中，并且咱們不斷研究熱敏技