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應急收費的便攜式收費系統，研發了一臺基于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，通過藍牙與便攜式收費機實現無線通信。本文描述了該打印機硬件電路組成和軟件設計。

　　關鍵詞：STM32;打印機;硬件電路;軟件設計

　　0 引言

　　收費站有限的車道和收費設施往往是交通流量高峰時段發生擁堵的主要原因，可以通過增加收費車道和收費崗亭來解決。但這要增加大量的投資，在交通流量平峰時又將造成車道和崗亭閑置;而且在已建成通車的路段由于征地和拆遷的困難，增加車道的成本和代價巨大，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，在交通發生擁堵的時候實現一個人就是一個收費崗亭，大大緩解收費崗亭的壓力，減少車輛排隊等候的時間。該打印機為電池供電，通過藍牙與便攜式收費機無線通信，采用專用針打機頭，專門用于高速公路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，單片機控制各個模塊協同工作，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，可實現無線和有線兩種打印方式，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個指示燈和2個按鍵，指示燈分別用于指示開機、充電、藍牙連接狀態和故障，按鍵為開/關機鍵和進紙鍵。電源管理電路主要包括DC-DC電源轉換電路、開/關機電路和電池充電控制電路。打印機內置蜂鳴器，當按下開/關機鍵，開機和關機時蜂鳴器會長鳴一聲，另外，當電池電壓過低或打印機出現故障時蜂鳴器也會發出警示音。單片機通過AD采集電池電壓估算電池電量，當電量不足時開機指示燈由綠燈轉為紅燈，提醒用戶及時充電。打印頭采用STAR針式打印頭，驅動電路包括針頭驅動、針頭移動驅動和進紙步進電機驅動電路。圖1是該打印機的電路原理框圖。

　　2 硬件電路設計

　　2.1 開/關機電路

　　打印機采用輕觸式軟開/關機方式，開/關機電路如圖2。

　　按鍵S1為開/關機鍵，Vbat接電池，通過場管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，關機狀態下，當按下開/關機鍵S1，二極管D204導通，電阻R207產生壓降，V201的VGS電壓為(Vbat-0.7 V)，V201導通，Vout通電，單片機啟動，控制PWR_Ctl輸出高電平，Q203導通，S1松開后維持R207的壓降，V201保持導通狀態，開機成功;開機狀態下，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松開后，R207沒有壓降，V201斷開，關機。為了防止開/關機誤操作，可以讓單片機檢測S1(S1按下PWR_State為低電平，S1松開PWR_State為高電平)是否持續按下若干時間(比如1～3 s)才開/關機。

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

　　2.2 打印頭驅動電路

　　采用日本STAR公司SP320S系列點陣打印機的打印頭，專門用于89 mm寬穿孔票據的針式打印。該打印頭的驅動電路包括針頭驅動電路、針頭移動直流電機驅動電路和進紙步進電機驅動電路，其中針頭驅動電路和步進電機驅動電路由STA471A達林頓管驅動，電路較為簡單，本文主要介紹針頭移動直流電機驅動電路，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，Q104導通，Q105、Q106導通，Q107截止，Motor+輸出電流，直流電機轉動;當Carriage_Ctl輸出低電平時，Q104截止，Q105、Q106截止，直流電機停止轉動，停轉時直流電機由于慣性轉動發電，同時由于Q107導通，Q107充當直流電機發電的負載，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Q107充當剎車功能。

　　3 軟件設計

　　由于藍牙打印機在戶外移動環境下使用，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誤。打印機和手持終端之間的數據傳輸設定了握手協議，在手持終端正式發送打印數據之前先進行握手。握手成功確定藍牙通信正常后終端再發送打印數據，打印機接收數據后對數據進行校驗，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品，不用增加其他外圍擴展電路就能實現片上系統，減少了開發工作量并縮短開發周期，在各方面指標上都遠遠優于51系列單片機，能滿足不同電子產品的需求，這些突出的優勢使得STM32系列單片機在生產生活的各個領域都有很大的發展潛力，得到越來越廣泛的應用。

　　參考文獻

　　[1]孫書鷹,陳志佳,寇超.新一代嵌入式微處理器STM32F103開發與應用[J].2010(12):59-63.

　　作者簡介：

　　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.

本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第2期第61頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處