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(tǒng)，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，通過藍牙與便攜式收費機實現(xiàn)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(fā)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(tǒng)由手持收費機和便攜式藍牙打印機組成，在交通發(fā)生擁堵的時候實現(xiàn)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(tǒng)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(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(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)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(shù)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(tài)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(xiàn)故障時蜂鳴器也會發(fā)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(tài)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(tài)，開機成功;開機狀態(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(xù)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(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(jù)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(fā)電，同時由于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(huán)境下使用，存在各種外界干擾的可能，所以對藍牙數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性有一定的要求，保證每張票據(jù)打印都準確無誤。打印機和手持終端之間的數(shù)據(jù)傳輸設定了握手協(xié)議，在手持終端正式發(fā)送打印數(shù)據(jù)之前先進行握手。握手成功確定藍牙通信正常后終端再發(fā)送打印數(shù)據(jù)，打印機接收數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行校驗，防止數(shù)據(jù)丟包導致打印錯誤。數(shù)據(jù)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(jù)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(xiàn)片上系統(tǒng)，減少了開發(fā)工作量并縮短開發(fā)周期，在各方面指標上都遠遠優(yōu)于51系列單片機，能滿足不同電子產品的需求，這些突出的優(yōu)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(fā)展?jié)摿Γ玫皆絹碓綇V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(fā)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(fā).

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