УСТРОЙСТВО ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ ПЕЧАТИ И СИГНАЛОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ПЕЧАТИ

Устройство высокоскоростной передачи данных и сигналов управления системы печати
Предлагаемая полезная модель относится к высокоскоростным устройствам управления системы печати и может быть использовано в широкоформатных принтерах.
Известно техническое решение, описывающее высокоскоростную последовательную передачу данных между коммуникационными аппаратными модулями - патент US 7408961. В состав данного устройства входит блок ввода-вывода, десериализатор, причем блок ввода/вывода передает последовательный поток информации, включающий в себя данные печати и сигналы управления, при этом скорость передачи потока информации не менее 40 Мбит/с.
Данное техническое решение предназначено для передачи информации достаточно больших объемов и, как следствие, оно более ресурсоемко: требует использование Internet Protocol, применение SRAM, Processor, FPGA. Кроме того, такое устройство сложно установить на движущейся каретке принтера.
Также известно устройство и способ передачи и управления многоканальной последовательностью, описанный в патенте US7499068, которое содержит блок передачи данных в соответствии с интерфейсом печатающей головки, блок генерации строба, блок генерации latch, блок генерации нагрева печатающей головки. Данные печати сохраняются во временном буфере, и затем с помощью DMA генератора выбираются и передаются в печатающую головку.
К недостаткам данного устройства относится наличие временного буфера SRAM и DMA генератора, что усложняет устройство. Передача в пакете данных информации о нагреве печатающей головки накладывает временные ограничения на скорость и размер пакетов передаваемой информации. А также в данном устройстве отсутствует возможность управления дополнительными (внешними) исполнительными механизмами и устройствами, участвующими в процессе печати.
В качестве прототипа было выбрано техническое решение, описанное в патенте US 6866367 «Система струйной печати с использованием волоконно-оптической линии передачи данных». Система установлена на движущейся каретке принтера и содержит блок ввода/вывода, на вход которого поступает пакет данных, включающий в себя данные и сигналы управления процессом печати - FIRE, LATCH, CLOCK, которые формируются управляющим контроллером, установленным удаленно, блок ввода/вывода передает пакет данных для преобразования и демультиплексирования в блок десериализатора, который содержит микросхему десериализатора, имеющую 8 линий LVDS. Скорость передачи данных по меньшей мере 20 Мбайт / с. Данные печати передаются по оптическим линиям. Для передачи данных в печатающие головки используются сдвиговые регистры.
К недостаткам такого решения можно отнести то, что интерфейс сопряжения печатающих головок и устройства передачи данных зависит от типа используемых печатающих головок, смена головок влечет за собой и замену интерфейса, что усложняет использование данных систем в различных принтерах. Также к недостаткам относится высокая стоимость волоконно-оптического тракта передачи данных и механические ограничения на изгиб такого кабеля.
Целью (технический результат) создания предлагаемого технического решения является разработка универсального аппаратного решения высокоскоростной передачи данных и управления системы печати в режиме реального времени, с возможностью подключения до 12 драйверов и при этом обеспечивающего высокое качество напечатанного изображения.
1. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, установленном на движущейся каретке принтера присутствует блок ввода/вывода, на вход которого поступает пакет данных, включающий в себя данные и сигналы управления процессом печати - FIRE, LATCH, CLOCK, которые формируются управляющим контроллером, установленным удаленно, блок ввода/вывода передает пакет данных для преобразования и демультиплексирования в блок десериализатора, который содержит микросхему десериализатора, имеющую по меньшей мере один вход LVDS, дополнительно установлены: блок аппаратно-программного управления (АПУ), блок энкодера с частотой входного сигнала не более 2 МГц, блок управления УФ-блоками, блок шины CAN, блок интерфейса печатающих головок, допускающих подключение до 12 драйверов печатающих голов при помощи медного кабеля, кроме того блок десериализатора включает в себя комплексное программируемое логическое устройство (CPLD) и выполняет деление и частотное кодирование сигнала энкодера, на основании сигналов поступающих с логического устройства демультипликсированные данные и сигналы управления процессом печати посредством блока интерфейса печатающих головок передается непосредственно в плату драйвера печатающей головки со скоростью не менее 40 Мбайт/сек, кроме того сигналы между устройствами системы принтера передаются по медному кабелю, кроме того блок десериализатора включает в себя комплексное программируемое логическое устройство и выполняет деление и частотное кодирование сигнала энкодера, на основании сигналов поступающих с логического устройства демультиплексированные данные и сигналы управления процессом печати посредством блока интерфейса печатающих головок передается непосредственно в плату драйвера печатающей головки со скоростью не менее 40 Мбайт/сек, кроме того блок десериализатора передает сигналы управления процессом печати в режиме реального времени на блок управления ультрафиолетовыми блоками, а блок аппаратно-программного управления через блок шины CAN выполняет обмен сигналами управления и состояния печати с другими устройствами системы печати.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства высокоскоростной передачи данных и сигналов управления системы печати.
На фиг. 2 представлена функциональная схема программной модели устройства.
В устройстве на фиг. 1 сигналы с блока ввода/вывода 1 и блока энкодера 2 поступают на блок десериализатора 3. После их преобразования блоком 3 далее сигналы поступают на блок управления ультрафиолетовыми блоками 4 и на блок интерфейса печатающих головок 5, а также на блок АПУ 6. Через блок шины CAN 7 блок АПУ 6 выполняет обмен сигналами управления и состояния печати с другими устройствами системы печати. При этом к блоку АПУ 6 через блок цифровых входов 8 подключаются внешние датчики и через блок цифровых выходов 9 передается сигнал на внешние слаботочные исполнительные устройства.
Блок ввода/вывода 1 включает в себя компоненты гальванической изоляции и разъемы для подключения линий передачи, по которым осуществляется передача данных печати и сигналов управления/состояния процесса печати.
Блок энкодера 2 предназначен для подключения датчика энкодера к устройству. Блок 2 включает в себя компоненты гальванической изоляции и преобразования уровня сигнала, разъемы для подключения энкодеров с типом сигнала «ТТЛ» или «дифференциальный».
Блок десериализатора 3 предназначен для преобразования данных из последовательного формата в параллельный, генерации сигналов управления печатью (FIRE, LATCH, CLOCK), деления сигнала энкодера, частотного кодирования сигнала энкодера и последующей передачи по линии связи обратно в систему печати. Блок 3 включает в себя специализированную микросхему десериализатора и CPLD (Complex Programmable Logic Device), набор интегральных схем стандартной логики.
Блок управления ультрафиолетовыми блоками 4 предназначен для управления УФ блоками (включение\выключение) в режиме реального времени.
Блок интерфейса печатающих голов 5 предназначен для передачи данных и сигналов управления процессом печати непосредственно в плату драйвера печатающей головы, чтение/запись параметров конфигурации платы драйвера печатающей головы и печатающей головы. Блок состоит из буферов выходных сигналов.
Блок аппаратно-программного управления (АПУ) 6 предназначен для хранения/изменения параметров устройства, реализации протокола обмена данными по шине «CAN», управление блоком 9, чтение/запись параметров печатающей головки, счета импульсов с энкодера, визуального отображения сигнала "FIRE", управление блоком 3, а имен - установка коэффициента деления входного сигнала энкодера, выбор набора частот для кодирования сигнала энкодера.
Блок шины CAN 7 выполняет функцию двунаправленного драйвера шины «CAN» и включает в себя компоненты гальванической изоляции и драйвера шины «CAN».
Блок цифровых входов 8 предназначен для подключения внешних датчиков к плате каретки.
Блок цифровых выходов 9 предназначен для коммутации внешних слаботочных исполнительных устройств.
Схема программной модели устройства на фиг. 2 содержит центральный драйвер 10, который выполняет обработку событий, поступающих от драйверов: драйвера шины CAN 11, драйвера энергонезависимой памяти 12, драйвера выходных портов 13, драйвера входных портов 14, драйвера US ART 15 и драйвера энкодера 16.
Устройство высокоскоростной передачи данных и сигналов управления системы печати работает следующим образом.
Сигналы управления процессом печати в последовательном формате по LVDS линиям связи поступают на вход блока 1. Пройдя через гальваническую изоляцию, сигналы из блока 1 передаются в блок 3. В блоке 3 сигналы из последовательного формата преобразуются в параллельный, демультиплексируются, при этом данные распределяются на каждый драйвер печатающей головки, генерируются сигналы управления процессом печати - FIRE, LATCH, CLOCK, затем подаются в блок 5, где производится их буферизация и передача на разъемы, к которым подключаются платы драйверов печатающих головок. Высокая скорость передачи данных и сигналов управления системы печати реализуется с помощью десериализатора, CPLD и набора интегральных схем стандартной логики.
В блоке 3 демультиплексируются сигналы управления ультрафиолетовыми блоками и в режиме реального времени и подаются на блок 4. Своевременное управление УФ блоками повышает скорость фотополимеризации чернил, что в свою очередь повышает скорость печати и качество печатаемого изображения.
Сигнал с внешнего датчика энкодера поступает на один из разъемов блока 2, в зависимости от типа выходного сигнала датчика энкодера (TTL или дифференциальный). Пройдя через гальваническую изоляцию сигнал энкодера подается в блок 3, где делится на коэффициент деления, который устанавливается блоком 6 по SPI интерфейсу, который связывает блоки 3 и 6 между собой. После деления сигнал подается в блок 7 для подсчета количества импульсов энкодера и передачи этого значения в систему печати через блок 7. Одновременно с этим процессом, сигнал энкодера после деления подвергается частотному кодированию одним из наборов частот: 96-48-24-12 МГц или 48-24-12-6 МГц, который задается блоком 6 по SPI интерфейсу, затем передается в блок 1 для усиления и последующей передачи в систему печати в режиме реального времени. Данный функционал реализуется с помощью CPLD. Сигнал энкодера, поступающий в систему печати, служит для коррекции и генерации сигналов управления процессом печати, что повышает качество печатаемого изображения.
Блок 6 через блок 7 осуществляет связь с другими устройствами системы принтера для обмена параметрами, командами и событиями. Принимая команды от других устройств, входящих в систему печати, блок 6 обрабатывает их и генерирует сигналы управления для блока 9, который управляет внешними исполнительными устройствами, которые необходимы для процесса печати (клапаны, электро-механические реле).
Сигналы от внешних индуктивных, оптических, аналоговых датчиков, например, датчик материала, датчик нулевой позиции, которые подключены к блоку 8, поступают в блок 6, где обрабатываются по заданным программным алгоритмам и через блок 7 передаются другим устройствам системы печати, либо используется для работы блоков устройства.
Обработка сигналов с блока 8, генерация сигналов для блока 9 и обмен сигналами с другими устройствами системы печати с помощью блоков 6 и 7 позволяет реализовать различные алгоритмы печати, что увеличивает скорость нанесения изображения на поверхность материала и повышает качество печатаемого изображения.
Блок 6 транслирует посредством блока 5 пакеты данных адресованные платам драйверов печатающих головок, в пакеты данных шины USART и обратно. По шине USART осуществляется обмен информацией между платами драйверов печатающих голов и другими устройствами системы печати, а именно информацией о параметрах конфигурации платы драйвера печатающей головки и печатающей головки. Сигналы шины UART подаются в блок 5, где производится их буферизация в двух направлениях. Выбор оптимальных параметров конфигурации печатающих голов повышает качество печатаемого изображения и повышает производительность системы печати в целом.
Сигналы данных печати и управления печати поступают в блок 5 из блока 3. Сигналы усиливаются (буферизируются) и поступают на разъемы, к которым подключаются платы драйверов печатающих головок. Блок 5 включает в себя 12 разъемов. Назначение сигналов на контактах разъемов фиксированное, что обеспечивает универсальность интерфейса сопряжения с платой драйвера печатающих головок и позволяет подключать драйверы печатающих головок, управляющих различными печатающими головками и обладающими аналогичным интерфейсом сопряжения.
Функции блока 6 реализуются с помощью аппаратно-программного устройства - микроконтроллера.
Описание программной модели устройства.
В начале работы из Flash-памяти считываются параметры и настройки устройства передачи данных, конфигурируются параметры драйверов.
При поступлении события от драйвера 14, центральный драйвер 10 посылает событие драйверу 11, в результате в шину CAN отправляется пакет данных с состоянием входных портов устройства.
Драйвер 16 выполняет подсчет количества импульсов квадратурного энкодера. По запросу центрального драйвера 10 возвращает значение количества импульсов устройствам системы печати.
Драйвер 15 выполняет обмен данными между устройством и драйвером печатающей головки. Драйвер выполняет преобразование протоколов шины CAN в USART и обратно. Возможна обработка до 12 плат драйверов печатающих головок.
Центральный драйвер 10 анализирует события от драйвера 11 и исполняет их - генерирует события для других драйверов. Виды событий от драйвера 11:
1. Чтение/запись параметра. Центральный драйвер 10 посылает событие драйверу 12 для чтения или записи параметра. Ответ от драйвера 12 возвращается в драйвер 11.
2. Команда. Центральный драйвер 10 передает событие драйверу 13 и возвращает драйверу 11 результат исполнения команды.
3. Чтение входных портов. Центральный драйвер 10 посылает событие драйверу 14 и результат возвращает драйверу 11.
4. Чтение/запись параметров драйверов печатающих голов. Центральный драйвер 10 посылает событие драйверу 15 и результат возвращает драйверу 11.
5. Чтение значения энкодера. Центральный драйвер 10 посылает событие драйверу 16 и результат возвращает драйверу 11.
Предлагаемое техническое решение устройства высокоскоростной передачи данных и сигналов управления системы печати по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:
1. Устройство имеет малые габариты и вес, что ведет к уменьшению длины линий связи от устройства до плат драйверов печатающих головок при его размещении на движущейся каретке.
2. Малые габариты устройства дают возможность размещения сразу нескольких устройств на движущейся каретке, что позволяет увеличить количество печатающих головок, и, следовательно, скорость печати.
3. Применение гибкого медного кабеля для соединения устройства с другими устройствами системы принтера позволяет его использовать в компактных, малогабаритных системах печати.
4. Универсальный интерфейс сопряжения печатающих головок и устройства позволяет подключать различные платы драйверов печатающих головок без аппаратных и программных изменений устройства в целом.
5. Высокоскоростная передача данных и сигналов управления процессом печати позволяет проектировать системы печати со скоростью нанесения изображения не менее 1 м/сек.
6. Обработка и передача сигналов в блоке энкодера и блоке управления УФ-блоками в режиме реального времени увеличивает скорость и качество наносимого изображения.
7. Возможность управления внешними датчиками и исполнительными устройствами расширяет функциональные возможности устройства и позволяет легко его интегрировать в уже существующие системы печати.