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针式打印机的结构及原理介绍
发布时间——2008年11月13日    来源——龙腾电脑维修网    编辑:——飘絮
一、针式打印机的组成

  针式打印机的种类繁多,型式各异,一般分为打印机械装置和控制与驱动电路两大部分。 针式打印机在正常工作时有三种运动,即打印头的横向运动、打印纸的纵向运动和打印针的击针运动。这些运动都是由软件控制驱动系统,通过一些精密机械进行的。

  1.机械装置

  打印机械装置主要包括字车与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构,走纸机构和打印机状态传感器,这些机构都为精密机械装置,以保证各种机构能实现下面的各种运动。

  (1)字车与传动机构 字车是打印头的载体,打印头通过字车传动系统实现横向左、右移动,再由打印针撞击色带而印字。字车的动力源一般都用步进电动机,通过传动装置将步进电动机的转动变为字车的横向移动。一般用钢丝绳或同步齿形带进行传动。

  (2)打印针控制机构 打印针是正确打印的关键。打印针控制机构实现打印针的出针和收针动作。通常利用电磁原理控制打印针的动作。

  (3)色带驱动机构 打印针撞击色带,色带上的印油在打印纸上印出字符或图形。在打印过程中,打印头左、右移动时,色带驱动机构驱动色带也同时循环往复转动,不断改变色带被打印针撞击的部位,保证色带均匀磨损,从而既延长了色带的使用寿命,又保证了打印出的字符或图形颜色均匀。

  色带驱动机构一般利用字车电动机带动同步齿形带(如LQ-1600K)或钢(尼龙)丝绳驱动色带铀转动,也可采用两个单独的电动机(如某些彩色打印机)分别带动色带正、反向走带。

  (4)走纸机构 该机构实现打印纸的纵向移动。当打印完一行后,由它走纸换行。走纸方式一般有摩擦走纸、齿轮馈送和压纸滚筒馈送等。其动力方式为通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动。

  (5)打印机状态传感器 对于不同的打印机来说,传感器的设置情况不同。通常有原始位置传感器(检测字车是否停在左边原始位置上)、纸尽传感器(检测所装的打印纸是否用完,用完则报警)、计时传感器(检测字车的瞬时位置)和机盖状态传感器(检测正在打印中的异常开打印机盖操作)等等。
2.控制与驱动电路

  (1)控制电路 当前流行的打印机的控制电路均已采用了微机结构,所以打印机也就是一个完整的微型机。从处理器类别划分,有采用单片机扩展内存及接口电路构成的,也有采用CPU(做处理器)设计的。从组成结构上划分,有采用单一CPU结构的,也有采用主从CPU过程控制结构的。对打印机的各种控制是通过软件进行的。在ROM中存储有点阵字库和控制程序,用户自定义的字符存储在行缓存RAM中。

  (2)驱动电路 驱动电路的功能是在控制电路的控制下,由高压驱动走纸电动机、字车电动机和打印针出针动作。

  (3)接口电路 打印机与主机的连接有串行接口、并行接口及USB接口等。

  (4)直流稳压电路 为打印机提供各种直流电源。


针式打印机结构图
 二、针式打印机的工作原理

  (一)概述

  由图可知,打印机本身就是一个微型计算机系统,全机的工作都由CPU控制。它的控制程序存放在ROM中,使CPU开机就可以工作。CPU可以接收面板的各种控制指令,也可以接收来自主机的指令,并对各种指令进行解释执行。这些连接都是通过计算机的接口完成的。一般针打有两种工作方式,文本方式(Text Mede)和位映像方式(Bit Image Print Mode)。

  1.文本方式

  针式打印机的打印数据是通过与计算机的接口从主机得到的。打印机得到的打印数据是要打印的字符的A5CII码,这些A5CII码存放在打印机内的打印缓冲区中。主机每次传送的数据装满打印缓冲区后,打印机给主机发送一个"BU5Y(忙)"信号,主机接到该信号后,暂停发送数据,然后打印机开始打印。

  打印开始后,打印机内的CPU从打印缓冲区中取出打印字符的ASCII码,经过计算得到该字符对应的字符点阵存储区的首地址。按地址逐个地取出每列的点阵码,驱动打印针,撞击色带,在打印纸上形成打印字符。打印机的字符发生器ROM中,通常存有96种ASCII码及一些特殊字符的字型编码(有的打印机内也有汉字的点阵码,如LQ-1600K)。当缓冲区内的数据打印完成后,又一次开放打印机,接收主机送来的新打印数据,开始新的打印过程。

  如果需要打印的是图形或汉字(对于没有汉字字库的打印机),则由主机送出图形的像素信号或汉字字型码即可。很明显,这种打印方式和显示器显示字符的方式是类似的。

  2.位映像方式

  此方式下,计算机送出的打印数据就是控制打印针的出针、收针的数据,所以程序设计人员可以直接编写程序来控制每根打印针,从而打印出图形、表格和汉字。
(二)打印头工作原理

  针式打印机的主要部件是打印头,通常所讲的9针、16针和24针打印机说的就是打印头上的打印针的数目。打印头按击针方式可分为螺管式、拍合式、储能式、音因式和压电式。这里以24针打印机LQ-1600K和AIz3240的打印头为例说明其工作原理。下图是LQ-1600K打印头的工作原理图,它是拍合式打印头。在每根打印针的前面(从打印针的后面向前看)有一个环行扼铁,环行扼铁的四周排列着12个线圈和12根打印针(LQ1600K打印头分为两层,每层12根打印针,上层12根为长针,下层12根为短针),每层12根打印针在环行圆周上均匀排列,并沿导向板上的导向槽在打印头顶部穿出,形成两列平行排列的打印针。


LQ1600K打印头示意图
从图可以看出,平时打印针受复位弹簧的弹力作用处于离开驱动线圈状态,当驱动线圈通过电流时,激励打印针尾部的衔铁向驱动线圈运动,同时带动打印针沿着多层导向板向色带撞击,使色带和打印纸压向卷简。这时,色带上的油墨被打印针的撞击渗透到打印纸上,留下一个小圆点。当驱动线圈中的电流消失后,打印针被复位弹簧复位回到原始状态,完成一次打印动作。这种拍合式打印头,打印针加速快,出针频率高,由于打印针分为两层,更有利于更换打印针,且长针断了可以作短针使用。



AR3240打印头的工作原理图

  上图是AR3240打印头的工作原理图,它是储能式打印头。在每根打印针的后面(从打印针的后面向前看)有一个环行扼铁,环行扼铁的四周排列着24个消磁线圈、24个衔铁弹蟹片和24根打印针。24根打印针在环行圆周上均匀排列,并沿导向板上的导向槽在打印头顶部穿出,形成两列平行排列的打印针。

  从图中可以看出,储能式打印头的工作原理是用永久磁铁作用于弹簧,使打印针缩在打印头内处于储能状态,即打印针储存了击打能量,当消磁线团通电后,产生与永久磁铁磁场方向相反的磁场,即减少了永久磁铁的磁通量,抵消了永久磁铁对打印针后部衔铁和弹簧片的吸引,使弹簧片驱动打印针向前飞行,完成扔印动作。此种打印头的优点是功耗低和打印速度快。
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