藍牙針式打印機的設計

湖南文理學院計算機與電氣工程學院 韋鑫水 王南蘭 李佳琪 陳澳林

傳統的打印機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，藍牙針式打印機具有體積小、可隨身攜帶、操作方便等優點。可滿足人們對戶外無線打印的需要。本設計旨在高效率的解決高速公路由于有限的收費窗口導致繳費緩慢的問題，且藍牙針式打印機有藍牙和USB兩種接口，其兩種形式的打印功能都可以加快收費站票據打印的速度，減少車輛排隊的時間，對緩解交通擁擠，提高效率具有重大意義。

1 系統總方案

藍牙針式打印機的系統選取針式打印頭，以型號為STM32F103C8T6的單片機作為系統的主控制器，其組成部分主要有：藍牙透傳模塊、USB轉串口電路、LED指示燈、按鍵、外部FLASH、開關機電路、電源電路、故障檢測、針式打印頭，系統結構框圖如圖1所示：

圖1 系統結構框圖

2 系統硬件設計

系統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

本設計選擇STM32F103C8T6單片機作為主控芯片，它是一款基于ARM Cortex-M內核的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，可同時處理的二進制數是8位單片機的4倍，16位單片機的2倍，在處理數據的速度提升上有質的飛越。

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

2.2 元器件選型

針式打印頭選型：

本設計采用的是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動它打印頭文件，符合本設計的要求。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

藍牙模塊選型：

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

2.3 電路設計

在確定了藍牙針式打印機要用到的芯片、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，實現各個模塊的功能，下面介紹各個部分的電路設計。

USB轉串口電路設計：

USB轉串口電路是藍牙針式打印機里一個非常重要的電路，這個電路一端通過CH340G芯片與單片機的串口1相連，另外一端通過USB連接到上位機，用于上位機和打印機之間的數據傳輸，打印機有線的方式打印數據時，打印機里的微控制器通過這個電路接收上微機發來的打印數據，同時打印機的字庫下載和打印機的參數設置也要通過這個電路才能實現，電路如圖4所示。

圖4 USB轉串口電路

藍牙透傳模塊電路設計：

藍牙模塊電路的主要組成部分是JDY-08藍牙4.0透傳模塊，JDY-08的RXD接單片機串口2的TXD，TXD接串口2的RXD，一發一收保證正常通信，供電電源3.3V，在電源引腳串聯了一個0.1uF的電容，起到濾波去耦的作用。藍牙模塊電路如圖5所示：

圖5 藍牙模塊電路

充電電路設計：

藍牙針式打印機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，必給系統設置一個充電電路，充電電路如圖6所示：

圖6 充電電路

開關機、進紙、LED顯示電路設計如圖7所示。

開機時，按下開關K2，Q9導通，單片機工作后，OUT端輸出高電平，維持Q10導通；關機時，再按下開關K2，單片機INT輸入低電平，單片機通過軟件方式關機。

3 系統的軟件設計

3.1 軟件開發平臺

本設計使用的STM32F103C8T6微控制器是基于ARM Cortex-M內核的，所以使用MDK-ARM開發工具。

圖7 開關機電路

3.2 總體程序流程圖

藍牙針式打印機最終要實現打印文件的功能，要先在開發環境中編寫的C程序，然后下載到STM32F103C8T6單片機中，控制系統的各個部分完成各自的任務，從而實現打印功能。主要經歷了以下幾個步驟：程序初始化、接收數據、處理打印數據、控制打印頭工作。系統的總體程序流程如圖8所示：

圖8 總體程序流程圖

總結：藍牙針式打印機的應用廣泛，可用于打印報表、發票、存折等領域。通過STM32F103C8T6微處理器等構成的控制系統，雖然實現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，所以此系統的設計還有一定的提升空間，打印器的元器件的選擇還有待改善。在互聯網發展快速的今天，藍牙無線打印的方式將更好地服務人們的生活。