基于STM32單片機藍牙針式打印機的設計和應用

作者 黃濤(江西方興科技有限公司，江西 南昌 330025)

　　摘要：針對高速公路擁堵時(shí)應急收費的便攜式收費系統，研發(fā)了一臺基于STM32單片機的便攜式藍牙針式打印機，該打印機采用電池供電，通過(guò)藍牙與便攜式收費機實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信。本文描述了該打印機硬件電路組成和軟件設計。

　　關(guān)鍵詞：STM32;打印機;硬件電路;軟件設計

　　0 引言

　　收費站有限的車(chē)道和收費設施往往是交通流量高峰時(shí)段發(fā)生擁堵的主要原因，可以通過(guò)增加收費車(chē)道和收費崗亭來(lái)解決。但這要增加大量的投資，在交通流量平峰時(shí)又將造成車(chē)道和崗亭閑置;而且在已建成通車(chē)的路段由于征地和拆遷的困難，增加車(chē)道的成本和代價(jià)巨大，且難以估計。高速公路手持收費系統由手持收費機和便攜式藍牙打印機組成，在交通發(fā)生擁堵的時(shí)候實(shí)現一個(gè)人就是一個(gè)收費崗亭，大大緩解收費崗亭的壓力，減少車(chē)輛排隊等候的時(shí)間。該打印機為電池供電，通過(guò)藍牙與便攜式收費機無(wú)線(xiàn)通信，采用專(zhuān)用針打機頭，專(zhuān)門(mén)用于高速公路89 mm穿孔針打票。

　　1 系統設計

　　藍牙打印機硬件采用嵌入式架構，單片機控制各個(gè)模塊協(xié)同工作，單片機采用ST公司的STM32系列的STM32F101單片機。打印機配備了藍牙、USB兩種數據接口，可實(shí)現無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)兩種打印方式，USB接口還可以作為打印機字庫下載和打印機參數設置接口。打印機面板共有4個(gè)指示燈和2個(gè)按鍵，指示燈分別用于指示開(kāi)機、充電、藍牙連接狀態(tài)和故障，按鍵為開(kāi)/關(guān)機鍵和進(jìn)紙鍵。電源管理電路主要包括DC-DC電源轉換電路、開(kāi)/關(guān)機電路和電池充電控制電路。打印機內置蜂鳴器，當按下開(kāi)/關(guān)機鍵，開(kāi)機和關(guān)機時(shí)蜂鳴器會(huì )長(cháng)鳴一聲，另外，當電池電壓過(guò)低或打印機出現故障時(shí)蜂鳴器也會(huì )發(fā)出警示音。單片機通過(guò)AD采集電池電壓估算電池電量，當電量不足時(shí)開(kāi)機指示燈由綠燈轉為紅燈，提醒用戶(hù)及時(shí)充電。打印頭采用STAR針式打印頭，驅動(dòng)電路包括針頭驅動(dòng)、針頭移動(dòng)驅動(dòng)和進(jìn)紙步進(jìn)電機驅動(dòng)電路。圖1是該打印機的電路原理框圖。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 開(kāi)/關(guān)機電路

　　打印機采用輕觸式軟開(kāi)/關(guān)機方式，開(kāi)/關(guān)機電路如圖2。

　　按鍵S1為開(kāi)/關(guān)機鍵，Vbat接電池，通過(guò)場(chǎng)管V201控制電源模塊的輸入電源Vout，PWR_Ctl接單片機GPIO的輸出，PWR_State接單片機GPIO的輸入。電路工作原理是，關(guān)機狀態(tài)下，當按下開(kāi)/關(guān)機鍵S1，二極管D204導通，電阻R207產(chǎn)生壓降，V201的VGS電壓為(Vbat-0.7 V)，V201導通，Vout通電，單片機啟動(dòng)，控制PWR_Ctl輸出高電平，Q203導通，S1松開(kāi)后維持R207的壓降，V201保持導通狀態(tài)，開(kāi)機成功;開(kāi)機狀態(tài)下，當按下S1，單片機檢測到PWR_State由高變低，控制PWR_Ctl輸出低電平，Q203截止，S1松開(kāi)后，R207沒(méi)有壓降，V201斷開(kāi)，關(guān)機。為了防止開(kāi)/關(guān)機誤操作，可以讓單片機檢測S1(S1按下PWR_State為低電平，S1松開(kāi)PWR_State為高電平)是否持續按下若干時(shí)間(比如1～3 s)才開(kāi)/關(guān)機。

　　Charge_in接外部充電器的正極，即使關(guān)機狀態(tài)下接上充電器單片機依然能對充電狀態(tài)顯示。DC_IN接單片機GPIO的輸入，充電時(shí)為低電平，未接充電器時(shí)為高電平。

　　2.2 打印頭驅動(dòng)電路

　　采用日本STAR公司SP320S系列點(diǎn)陣打印機的打印頭，專(zhuān)門(mén)用于89 mm寬穿孔票據的針式打印。該打印頭的驅動(dòng)電路包括針頭驅動(dòng)電路、針頭移動(dòng)直流電機驅動(dòng)電路和進(jìn)紙步進(jìn)電機驅動(dòng)電路，其中針頭驅動(dòng)電路和步進(jìn)電機驅動(dòng)電路由STA471A達林頓管驅動(dòng)，電路較為簡(jiǎn)單，本文主要介紹針頭移動(dòng)直流電機驅動(dòng)電路，如圖3。

　　電路中，Carriage_Ctl為單片機IO控制腳，Motor+和Motor-分別接直流電機的正負端。當Carriage_Ctl輸出高電平時(shí)，Q104導通，Q105、Q106導通，Q107截止，Motor+輸出電流，直流電機轉動(dòng);當Carriage_Ctl輸出低電平時(shí)，Q104截止，Q105、Q106截止，直流電機停止轉動(dòng)，停轉時(shí)直流電機由于慣性轉動(dòng)發(fā)電，同時(shí)由于Q107導通，Q107充當直流電機發(fā)電的負載，由于負載比較大，直流電機慣性阻力增大，迫使電機立即停轉，這時(shí)Q107充當剎車(chē)功能。

　　3 軟件設計

　　由于藍牙打印機在戶(hù)外移動(dòng)環(huán)境下使用，存在各種外界干擾的可能，所以對藍牙數據傳輸的穩定性有一定的要求，保證每張票據打印都準確無(wú)誤。打印機和手持終端之間的數據傳輸設定了握手協(xié)議，在手持終端正式發(fā)送打印數據之前先進(jìn)行握手。握手成功確定藍牙通信正常后終端再發(fā)送打印數據，打印機接收數據后對數據進(jìn)行校驗，防止數據丟包導致打印錯誤。數據校驗正確并成功打印后，打印機再向手持終端發(fā)送打印成功應答。打印機完成一次完整的票據打印流程如圖4所示，軟件流程圖如圖5所示。

　　4 結論

　　STM32系列單片機具有豐富內部資源和齊全的系列產(chǎn)品，不用增加其他外圍擴展電路就能實(shí)現片上系統，減少了開(kāi)發(fā)工作量并縮短開(kāi)發(fā)周期，在各方面指標上都遠遠優(yōu)于51系列單片機，能滿(mǎn)足不同電子產(chǎn)品的需求，這些突出的優(yōu)勢使得STM32系列單片機在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有很大的發(fā)展潛力，得到越來(lái)越廣泛的應用。

　　參考文獻

　　[1]孫書(shū)鷹,陳志佳,寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開(kāi)發(fā)與應用[J].2010(12):59-63.

　　作者簡(jiǎn)介：

　　黃濤(1983- )，男，本科，工程師，主要研究方向：高速公路機電設備研發(fā).

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第61頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處