针式打印机工作原理和结构

针式打印机工作原理和结构一、打印机基本结构打印机主要的工作是接收数据，然后再根据主机控制命令的要求将要打印的信息通过打印头打印在纸上。用户可通过打印机的控制面板来操作和使用打印机。打印机从整体结构上分为机械和电路两部份。.机械结构装置打印机机械装置主要由打印头、传动系统、机架和外壳四部份组成。1）打印头打印头装在字车上用于印字，是打印机的关键部件之一。打印机就是依靠电子电路驱动打印头钢针冲击色带，利用色带上的油墨粘附在纸上而打印出点信息的。打印头基本结构包括电磁组件、打印组件、散热组件、支架和垫片等。其基本机构如图11-2所示。图11-2为打印头线圈未通电时的情形。打印针针体与衔铁是焊成一体的，由于复位弹簧的作用，衔铁处于释放状态，从而使打印针离开色带处于静止状态。当打印头收到打印机主电路发来的打印驱动信号而产生的脉冲电流时，打印头线圈通电，产生磁场，使铁心磁化，吸引衔铁，从而使打印针打击色带，色带在打印针作用下将在纸上印出一个墨点。当脉冲电流消失后，打印头线圈失去电流，铁心失去磁性，衔铁又在复位弹簧的作用下将打印针缩回，处于待发状态。还有一种打印头采用储能式。储能式打印头的击针原理如图11-3所示。这种打印头的工作原理是用永久磁铁作用于衔铁簧片，使其处于储能状态，即打印针储存了击打能量。线圈通电时，由铁芯和线圈所组成的电磁铁建立起一个与永磁铁相反的磁场，使永磁铁的吸力减小，当吸力小到等于或者小于衔铁簧片的弹性恢复力时，衔铁簧片上的机械能量释放，推动衔铁使打印针飞出，撞击到色带、打印纸和打印辐上而印字。线圈断电后，衔铁及其簧片又被永久磁铁吸回原来位置，打印针收回。不同类型的打印机，其打印头的结构形式各不相同，打印针有单层罗列和双层罗列两种。如LQ-1600K打印机的打印头为双层针罗列结构，CR-3240打印机的打印头为单层针罗列结构。24针打印机的打印针采用双列罗列，即单双号针各排一列，而且双号针的中心在相邻两根单号针连线的中点上，且打印的点覆盖一部份单号针的点，这样可使打出的笔划连续。如图11-4所示。2）传动系统传动系统由字车传动机构、走纸机构和色带驱动机构等组成。（1）字车传动机构以字车机电为动力，通过传动机构带动字车沿导轨做摆布往复直线运动。字车传动机构由直流伺服机电、装有打印头和色带盒的字车、导轨、导向轮及齿型皮带等组成（图11-5）o直流伺服机电同轴装有一块光栅盘，盘上均匀分布有120个光栅条。当伺服机电通过齿型皮带带动字车往返运动时，光栅盘也转动，并由安装在光栅盘上的光电耦合器读取信号而检测小车的位置。前导轨为偏心导轨，连接一个调节杆，调节此调节杆，可调节打印头与打印胶辐之间的距离。如是新色带或者多层纸打印，打印头应调远些。如图11-6所示。（2）走纸机构是使打印纸自动换行的机构。它以走纸步进机电为动力，通过走纸机构使打印纸按照规定的节拍向前或者向后挪移（打印时只能向前）。走纸机构由走纸机电、传动齿轮、链轮走纸器和磨擦胶辐等组成（图11-7、图11-8）o24针打印机的步进机电旋转一步（3.5。），使纸挪移1/120英寸。走纸机构与字车机构的配合情况是：字车机构运动时，走纸机构不动，打完一行后，再走纸。（3）压纸连杆电磁机构如图11-9所示。压纸连杆的离开或者挨近打印辐是通过压纸连杆电磁铁的吸合与释放来控制的，当电磁铁吸合时，压纸连杆张开，若打印机无纸，则打印纸首自动卷入，接着电磁铁释放，压纸连杆闭合，将纸压紧使纸沿着正常轨道走纸，若打印机有纸，压纸连杆张开后即将纸自动排出，然后电磁铁释放，压纸连杆闭合。（4）色带驱动机构是驱动环型色带作单向步进循环挪移的机构（图11-10）,有机械驱动和机电驱动两种。在打印过程中，字车摆布横向挪移时，通过色带机构使色带驱动轴单向同步旋转，带动色带盒中色带做周而复始的单向步进循环，从而不断改变色带撞击位置，以保证色带均匀使用，延长色带使用寿命。彩色针打和单色针打的主要区别是色带和色带机构不同。单色针打所用的色带是单一色带（普通为黑色），而彩色针打色带为四色带（红黄蓝黑），且采用色带机电驱动。色带的作用如同复写纸一样，当打印针撞击色带时，通过色带的复印作用，在纸上印出字符或者图形。色带的带基是以尼龙丝为原料编织而成的，它的质量高低直接影响着色带的使用寿命和油墨附着渗透的能力。好油墨颗粒很小，不会造成阻塞针孔，流动性很好，涂墨时吸附强，保湿性好，耐久打且打印时颜色过渡慢。好油墨无毒，没有异味，染带后不发粘，容易晾干。色带分为窄带和宽带，为了提高使用寿命，宽带采用了莫比乌斯带，这样一根色带可当两根使用。3）操作面板操作面板置于打印机外壳上，是为用户操作打印机而设置的。操作面板上主要有若干按钮开关和若干指示灯，各种打印机所设置的按钮开关和指示灯的数量及功能不一，但至少应有联机/脱机键、换行键、换页键、电源指示灯、纸尽指示灯和联机/脱机指示灯等，普通情况下每一个开关有两个以上的作用。有些打印机可利用操作面板上的功能键设定打印机开机后的状态。如开机时的打印功能和方式、国际字符集、行距、页长、高速或者高密度打印方式等。2.电路组成打印机电路普通由主电路板、接口板、操作面板和电源板等组成。1）主控电路打印机的主控电路本身是一个完整的微型计算机，它由微处理器CPU、读写存储器RAM、只读存储器ROM、地址译码器和输入/输出电路、打印头数据形成及驱动电路、字车及走纸机电控制电路等组成。主控制电路是打印机的控制中心，它通过接口电路接收来自主机的数据和控制信息，检查各个状态传感器的状态，检测打印机错误状态并发出报警信号，控制打印机字车机构和走纸机构以及打印头的出针操作等。2）驱动控制电路驱动控制电路包括打印头驱动控制电路、字车机电驱动控制电路和走纸机电驱动控制电路。打印头驱动控制电路主要由针数据形成电路和针激励电路组成。针数据形成电路的作用是对针数据信号进行功率放大后送给打印头，使打印针线圈获得足够的驱动电流；针驱动电路作用是控制打印针线圈的通电时间和打印速度。字车机电驱动控制电路功能是驱动字车机电做正反向转动，从而拖动字车在导轨上执行摆布横向运动。走纸机电驱动控制电路用于驱动走纸机电作正向或者反向转动，以实现自动走纸。3)检测电路检测电路用于检测打印机的若干状态。普通有以下几种：(1)字车初始位置检测。当打印机开机，或者接收到主机的初始化信号时，或者打印过程中遇到回车控制命令时，或者单向打印完一行时，或者双向打印完两行时，字车都应返回左端的初始位置。初始位置传感器就是用来检测在上述情况下字车是否每次都能返回初始位置。初始位置传感器普通由光电传感器构成。如图11-4所示。(2)纸尽检测。用来检测打印机是否已装好纸，或者打印过程中发现纸用完时报告给CPUo所用的传感器有反射型光电传感器和簧片机械开关等几种。(3)送纸调整杆位置检测。通常用簧片开关进行检测，用该开关的开关状态设置磨擦走纸或者链轮走纸。⑷打印头温度检测。近年来推出的24针打印机都备有打印头温度检测电路，温度检测大都采用热敏电阻进行的，主要是用于防止打印头因连续打印而使打印头过热，导致打印头损坏。4)接口电路接口电路是打印机与主机进行信息通讯的通道。打印机通过25芯型插座和主机相连，实现接口信号的输入和输出，型插座如图11-12所示。打印机接口信号是通过36芯插座进行信号的输入与输出的，如图11-13所示。打印机和主机接口通过电缆连接，连接电缆的长度普通不能超过3m,且必须要屏蔽。接口连接信号的对应关系见表10-1。5)电源打印机的电源大多采用开关电源。打印机的直流输出电压主要有两组，一组是+5V,主要供给逻辑电路和操作面板指示灯；另一组为供给字车、走纸机电以及打印头驱动的直流驱动电压源，不同的机型直流驱动电压有所不同，普通为16〜40V,如LQ-1600K为+35V。三、打印机打印字符的基本过程当打印数字、字符或者其他ASCH码时，打印机在与主机进行联机后，由主机向打印机发出打印控制命令，打印机收到打印控制命令后经地址转换，从打印机内置字符库中寻觅与该字符相对应的字符字形编码首列地址和末列地址,再按顺序一列列地送给打印机，进入打印过程。进入打印过程后，打印机按下列步骤实施打印过程。(1)启动打印头字车机电；(2)检查打印头是否已进入打印区；(3)开始执行打印的初始化；(4)按字符字形编码打印一列；(5)产生列间距;⑹产生字间距；(7)一行打印完毕后，启动输纸机电；(8)换行、回车，为下一行打印作好准备。针式打印机针式打印机的特点是：结构简单、技术成熟、性能价格比好、消耗费用低。针式打印机虽然噪声较高、分辨率较低、打印针易损坏，但近年来由于技术的发展，较大地提高了针式打印机的打印速度、降低了打印噪声、改善了打印品质，并使针式打印机向着专用化、专业化方向发展，使其在银行存折打印、财务发票打印、记录科学数据连续打印、条形码打印、快速跳行打印和多份拷贝制作等应用领域具有其他类型打印机不可取代的功能。目前，市场上主要有9针和24针两种针式打印机。9针的不配汉字库，其基本功能是打印字母和数字符号，若要用它打印16x16点阵组成的简易汉字，只能在图形方式下打印，打印时必须分两次进行，即第一次打印一行汉字的上半部份8个点，第二次打印该行汉字的下半部份8个点，上下两部份拼成一行完整的汉字。显然，打印汉字的速度很低；若要用它打印24x24点阵组成的汉字，则一行完整的汉字至少需要3次打印才干完成，打印速度更慢。按照有关标准，对“汉字针式打印机''的定义是：打印头横向打印一次就能打出一种或者几种符合国际汉字字形点阵要求的打印机。目前，市场上流行的24针打印机就能一次打出24x24点阵组成的汉字。西文针式打印机本身不带汉字库，汉字库设置在计算机系统硬盘上。当进行汉字信息处理时，在汉字操作系统（CCDOS）支持下，根据汉字输入代码调用硬盘汉字库中的点阵码，主机将读出的点阵码以点像形式送给打印机。对于一个24x24点阵组成的汉字来说，主机要送对应的72个字节点阵码给打印机。显然，不仅主机忙于汉字转换，而且主机与打印机之间连续不断地传输点阵码，大大降低系统工作效率。对于自配汉字库的打印机来说，当计算机进行汉字信息处理时，主机只要将需要打印的汉字国标码（两个字节）直接送往打印机，而汉字国标码变成对应的点阵码则由打印机内部完成，两者相比，主机处理一个汉字，由过去输出72个字节点阵码缩短为输出两个字节国标码，使系统工作效率大为提高。打印机内部硬件和软件还能完成汉字纵向打印、横向放大、纵向放大、斜体字打印、空心字打印、反白打印、加黑字打印等功能。从而使汉字打印机功能和打印速度得到充分发挥。针式打印机的基本工作原理针式打印机是利用机械和电路驱动原理，使打印针撞击色带和打印介质，进而打印出点阵，再由点阵组成字符或者图形来完成打印任务的。打印机在联机状态下，通过接口接收PC机发送的打印控制命令、字符打印或者图形打印命令，再通过打印机的CPU处理后，从字库中寻觅与该字符或者图形相对应的图象编码首列地址（正向打印时）或者末列地址（反向打印时），如此一列一列地找出编码并送往打印头驱动电路，激励打印头出针式打印机印。针式打印机的基本打印步骤是：启动字车一检查打印头是否进入打印区域一执行打印初始化一按照字符或者图形编码驱动打印头打印一列一产生列间距一产生字间距一一行打印完毕，启动输纸机电驱动打印辐和打印纸输纸一行一换行（若是单向打印则回车），为下一行打印做准备。针式打印机就是这样由监控程序控制打印机电完成打印作业的。从结构和原理上看，针式打印机由“打印机械装置”和“控制驱动电路”两大部份组成，在打印过程中共有三种机械运动：打印头横向运动、打印纸纵向运动和打印针的击针运动。这些运动都由软件控制驱动系统通过一些精密机械来执行。针式打印机的机械装置包括：(1)打印头驱动机构(字车机构)该机构利用步进机电及齿轮减速装置，由同步齿形带来带动字车横向运动；(2)打印头打印头即印字机构，它是成字部件，由若干根打印针和相应数量的电磁铁组成，其中电磁铁可驱动打印针完成击打动作；⑶色带驱动机构在针式打印机中普遍采用单向循环色带机构，打印头摆布运动时，色带驱动机构驱动色带向左运动，既可改变色带受击部位，保证色带均匀磨损，延长色带使用寿命，又能保证打印字符颜色深浅一致。色带常用涂有黑色或者蓝色油墨的带状尼龙或者薄膜制成。(4)输纸机构输纸机构是驱动打印纸沿纵向挪移以实现换行的机构。针式打印机的输纸机构普通分为磨擦输纸和齿轮输纸方式，前者合用于无输纸孔的打印纸；后者合用于有输纸孔的打印纸。当打印头完成一行打印后(不管字符多少)，走纸机构将即将完成一行或者多行走纸；⑸打印状态传感机构不同的针式打印机其状态传感机构是不同的，普通有纸尽传感机构、原始位置传感机构和计时传感机构。针式打印机的机架主要由摆布墙板、电气组装框架和底座构成。外壳是整体塑压成型，采用全封闭形式，起防尘和降低噪音的作用。现代针式打印机在控制驱动电路中还广泛采用了微处理器、ROM和RAM存储器。其中ROM主要用来存储针式打印机的管理程序、字符库和汉字库，不加汉字库时容量普通在10KB以上，加之汉字库后容量更大。而RAM则主要作为打印机接收主机信息数据缓冲区，一部份在针式打印机加电初始化后存储来自ROM的字符集，另一部份在程序执行中供动态参数交换使用。不同的针式打印机其RAM是不同的，汉字针式打印机的RAM普通在几十KB,而非汉字钉打的RAM普通惟独1KB摆布。显然，现代针式打印机不仅可以自身完成控制打印任务，还可独立打印汉字。针式打印机的主要分类各类针式打印机从表面上看没有什么区别，但随着专用化和专业化的需要，浮现了不同类型的针式打印机，其中主要有“通用针式打印机，“存折针式打印机”、“行式针式打印机”和“高速针式打印机”等几种，下面着重介绍这几种打印机的特点、性能和技术。⑴通用针式打印机我国的“通用针式打印机”是早期使用十分广泛的汉字打印设备，打印头针数普遍为24针，有宽行和窄行两种，打印头在金属杆上来回滑动完成横向行式打印。打印宽度最大为33cm，打印速度普通在50个汉字/秒（标准），分辨率普通在180dpi,采用色带印字，可用磨擦和拖拉两种方式走纸，既可打印单页纸张，也可以打印穿孔折叠连续纸，色带和打印介质等耗材价格低廉。由于是电磁击打，打印头长期连续打印时发热严重，但因打印速度不快，影响不大；又由于通用针式打印机普遍是宽幅打印机，与DOS系统兼容，于是特殊合用于报表处理较多的普通办公室和财务机构。通用针式打印机使用方便，若色带和纸张质量较差或者安装不妥，极易断针。当打印字符太淡时，意味着色带的着色能力下降，容易浮现挂针和阻纸，此时必须更换色带。此外，通用针式打印机的色带不统一，互相不能代用。通用针式打印机有一个调节纸张厚度的手动调节杆，当打印纸的厚度发生变化时，一定要调节厚度调节杆，以调节打印深度并保护打印针。⑵存折针式打印机随着各行业电子化的发展，专门用于银行、邮电、保险等服务部门的柜台业务使用的存折针式打印机得到了迅速推广与应用，所谓存折针式打印机也叫票据针式打印机，与其它通用针式打印机相比，存折针式打印机有以下特点：I平推式走纸：平推式走纸通道设计减少了纸张弯曲和卡纸造成的打印偏差，使纸张进退轻松自如，也使得处理超厚打印介质成为可能；I自适应纸厚：存折针式打印机的打印对象是存折等票据，而不同存折票据的厚度是不同的，所以存折针式打印机要求能根据厚度不同的打印介质自动调整打印间隙和击打力度，实现任何厚度的清晰打印效果；I自动纠偏技术：能够自动调正打印介质，大大提高了打印准确度，使操作员的操作异常简便；I纸张定位技术：为使打印格式整齐一致，在纸车托架上安装光电传感器来自动检测纸张的摆布边界。在进纸机构处设置多个光电传感器来检测纸张的页顶位置，保证纸张相对于打印底板绝对平整。再通过打印机控制软件中的打印定位指令，实现打印位置的彻底准确；I磁条读写功能：提供可选的内置式磁条读写器，可读写存折上用户姓名、卡号、金额等信息，并支持ANSI、ISO、NCR、IBM、HITACHI等多种磁条格式；I打印状态识别：具有与主机或者终端双向通讯功能，能够将打印机当前的状态、浮现的错误及时准确地反映出来，并进行相应的处理。止匕外，大多数存折针式打印机还专门设计了开盖时自动住手打印功能，可以防止人为干扰造成打印错误，同时保护人身安全；I其它功能：有些高档存折针式打印机还提供一些可选功能，如两个操作员共享打印机、自动识别条码页码、打印磁性等密码文字、提供保密和解密、银行专用符号打印以及采用Fresh-Rom存储技术实现自动下载升级软件等。评价存折针式打印机的技术指标主要是设备是否具有良好的高级纸张处理能力、介质适应范围、操作的便捷性、业务处理速度、命令仿真能力、维护的简便性和耗材耐用性，还有机器功能的可扩充性等。特别是高档存折打印机应具有纸张全自动纠偏、自动对边、自适应厚度打印等功能，既可保证打印效果的高度精确，又要使操作极其简便。⑶行式针式打印机行式针式打印机是一种高档针式打印机，可以满足银行、证券、电信、税务等行业高速批量打印业务的要求。行式针式打印机有比较强的专业打印倾向，有专门的西文字符打印机，也有专门的汉字字符打印机。与普通通用针式打印机相比，行式针式打印机的内部数据处理能力极强，由于打印头和走纸等控制复杂，普通采用主、从双CPU处理方式，既可极大地提高打印速度，又可全面地控制打印流程。行式针式打印机的打印头结构复杂，为了保证行式针式打印机在持续高速打印时不浮现因过热而断针，打印头内部的散热冷却机构十分良好。行式针式打印机的打印针多，出针频率高，于是在降低噪声方面打印头也采用了许多有效措施和先进技术。行式针式打印机的关键技术在打印头上，出针频率高达2000Hz,是通用针式打印机的2倍以上。打印针数量普遍为72针、91针、144针，最多的有288针，是24针普通针式打印机的十几倍。行式针式打印机的打印头采用模块结构（如144针的打印头为12个模块，每一个模块有12针），每一个模块只需负责水平打印一小段打印距离（普通在1英寸摆布），大大小于普通针式打印机的打印机距离（普通在十几英寸）。打印针模块的针罗列方式对行式针式打印机的打印速度和性能有重大影响，普通情况下，行式针式打印机分为直排针方式、斜排针方式和并行纵向罗列方式几种。直罗列方式指打印针模块中各针水平横向排开，针模块摆布水平挪移进行打印时只能完成一行横向点的打印距离，打印高度为1/180英寸或者1/144英寸，采用该罗列方式的行式针式打印机的西文速度可达到1000行/分钟，但汉字速度惟独200多行/分钟。因此，直罗列方式行式针式打印机非常适合于西文字符的打印输出。斜罗列方式是指打印针模块中各针斜向排开，针模块摆布水平挪移进行打印时，模块有几针就可打印几行横向点，如KD6000C行式打印机的模块有12针斜向罗列，这种打印机在打印汉字时的速度可以达到1000汉字/分钟，比较适应汉字输出。并行纵向罗列方式是指打印针模块中各针按两列并行纵向排开，每一个模块普通有24针，通过增加多个打印头来提高速度，这是一种早期的行式打印技术，现已基本淘汰。行式针式打印机是高档打印机，其打印针寿命