Термопринтер с накопителем энергии на ионисторах
THERMAL PRINTER WITH ENERGY ACCUMULATOR ON SUPERCAPACITORS

Изобретение относится к области печати на термочувствительной ленте и может быть использовано в качестве контрольно-кассовой техники (ККТ) в различных областях деятельности, в частности в торговле или на транспорте для печати чеков при совершении кассовых операций.
На рынке современных термопринтеров и ККТ используется множество различных моделей устройств, содержащих термопечатающие механизмы. Система электропитания таких устройств может быть основана на внешнем блоке питания мощностью 30..60 Вт.При этом в режиме ожидания обычно изделие потребляет менее 2 Вт, а оставшаяся мощность используется только в момент печати. Среднее торговое предприятие в сутки пробивает порядка 30 чеков и, таким образом выходит, что максимальная мощность оказывается задействованной только менее двух минут в сутки. Из соображения недопущения поражения кассира электрически током и предотвращения перегрева кассы, т.е. для создания безопасной кассы без защитного заземления (защитного зануления) блок питания делают внешним и мощным. Использование таких блоков питания приводит к удорожанию изделия за счет необходимости комплектования всего изделия блоком питания, который является крупным и дорогим, увеличивается упаковка, удорожается его доставка, а каждый дополнительный кабель и блок питания на рабочем месте кассира ухудшает внешний вид и усложняет обслуживание кассового узла.
Другим известным вариантом конструктивного выполнения термопринтера является переносной термопринтер. В этом случае используют встроенные аккумуляторы резервного источника накопления энергии, энергия которого расходуется на обеспечение работы всего устройства в целом, но при этом компактные аккумуляторы таких устройств не могут отдать большие токи для обеспечения высокой скорости печати. Указанное обстоятельство побуждает разработчиков идти на компромисс, т.е. снижать скорость печати в сравнении со скоростью печати стационарных устройств. Однако даже такие токи, которые обеспечивают достаточно медленную печать чеков, являются значительными для компактных аккумуляторов, что неизбежно приводит к ускоренной деградации последних, снижая срок их эксплуатации и ограничивая срок службы устройств в целом.
В то же время известны современные разработки, в которых в качестве накопителей энергии использованы ионисторы - конденсаторы большой емкости. Такие накопители энергии используются преимущественно в качестве резервного источника питания, например для транспортных систем, летательных аппаратов, источников аварийного и бесперебойного питания систем связи и телекоммуникаций и др. В частности известно использование ионисторов для подзарядки портативного электрического фонаря в процессе освещения объекта (см. RU 2234638 С2, F21S 9/04, 20.08.2004), а также в накопителе информации, где использованы ионисторы-конденсаторы большой емкости в качестве резервного источника питания в случае отсутствия основного источника, предусмотренного конструкцией устройства (см. RU 108167 U1, 10.09.2011), т.е. в таких устройствах использованы гибридные источники питания.
Однако источники энергии, работающие только на ионисторах, пока не нашли применения в качестве основных источников питания в устройствах термопечати.
В частности известен термопринтер для печати чеков, содержащий обычный блок питания (US 4519075 A1, B41J 2/35, 21.05.1985). Разработчиками данной модели уделено внимание автоматической проверке печатной схемы устройства и подачи питания на соответствующие нагреватели печатного механизма в то время, когда термопринтер находится в режиме покоя (не печатает). Конструкция обеспечивает повышение надежности термопринтера и экономию термочувствительной бумаги.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) заявленного изобретения выбран термопринтер, который содержит пластмассовый корпус, термопечатающий механизм с печатающей головкой, местом для бумаги и датчиками ее обнаружения, накопитель энергии в виде аккумуляторных батарей, модуль управления со схемами электроснабжения и аппаратными средствами для связи с управляющим компьютером, а также множество электрических контактов для зарядки и обслуживания (US 7643044 В2, B41J 3/36, 05.01.2000). Особенностью данного устройства является использование вместо большого бумажного рулона свернутой стопы бумаги определенного размера (показано на фиг. 10 указанного источника), что уменьшает габаритные размеры термопринтера и обеспечивает эффективную печать, делая устройство легко переносимым и компактным. Однако, наличие при этом достаточно крупного и недолговечного блока питания в виде аккумуляторных батарей снижает срок службы термопринтера и увеличивает его габаритные размеры, что является существенным недостатком современного оборудования (ККТ).
В связи с изложенным в отношении известного уровня техники, технической проблемой является создание термопринтера, работающего без блока питания и обеспечивающего термопечать чеков с высокой скоростью, а также повышение надежности и срока службы термопринтера в целом за счет отсутствия требующих замены аккумуляторов (блока питания).
Указанная техническая проблема, по мнению разработчиков, может быть решена конструктивным выполнением термопринтера, обеспечивающим его работу без блока питания.
Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, заключается в использовании ионисторов в качестве накопителя энергии для осуществления термопечати чеков, что позволит достичь высокую скорость печати на термочувствительной ленте, а также снизить габаритные размеры устройства, повысить надежность и долговечность его работы, снизить цену на рынке ККТ и улучшить внешний вид места обслуживания клиента, что является немаловажным фактором в современных условиях развития рынка товаров и услуг.
Предусмотренный технический результат обеспечивается совокупностью существенных признаков изобретения, раскрывающей термопринтер, содержащий расположенные в пластмассовом корпусе термопечатающий механизм, накопитель энергии, модуль управления, связанный с управляющим компьютером, и электрические разъемы, при этом термопринтер выполнен с возможностью обеспечения его работы без блока питания, модуль управления содержит электронную плату и связан с управляющим компьютером через стандартный разъем USB, а накопитель энергии выполнен в виде трех ионисторов, установленных на электронной плате модуля управления с возможностью непрерывной запитки от разъема USB при установке в параллельном режиме и переключения в последовательное соединение, при котором обеспечивается термопечать чеков.
Заявленное техническое решение поясняется следующими чертежами: на фиг. 1 представлен общий вид термопринтера; на фиг. 2 показана внутренняя структура термопринтера; на фиг. 3 представлена блок схема работы термопечатного механизма; на фиг. 4 показана схема использования ионисторов в термопринтере.
Термопринтер (фиг. 1) содержит пластмассовый корпус (1), термопечатающий механизм (3), электрические разъемы (USB) (2), с помощью которых осуществляется связь с управляющим компьютером и непрерывная запитка накопителя энергии. Модуль управления (фиг. 2, поз. 4) содержит электронную плату (5), на которой установлены ионисторы (6), представляющие собой накопитель энергии. Термопечатающий механизм (3) содержит термопечатную головку, прижимной ролик, лоток для бумаги и отрывные верхний и нижний ножи. На электронной плате (см. фиг. 2, поз. 5) модуля управления (4) расположен накопитель энергии в виде трех ионисторов (6) (конденсаторов большой емкости), которые обеспечивают непосредственную печать чеков на термоленте. Термопринтер запитывается и управляется компьютером (см. блок - схему фиг. 3) через стандартный разъем USB (блок 1 на фиг. 3). Три ионистора, установленные в параллельном соединении (блок 4 на фиг. 3) запитываются через импульсный преобразователь питания (блок 2 на фиг. 3). Схема коммутации (блок 6 на фиг. 3) может перевести ионисторы в параллельный режим для получения утроенного напряжения, что необходимо для питания термопечатающего механизма (блок 8 на фиг. 3). Микроконтроллер (блок 5 на фиг. 3) запитывается через импульсный преобразователь напряжения (блок 3 на фиг. 3) и управляет термопечатающим механизмом напрямую и через мостовую микросхему для управления шаговым двигателем (блок 7 на фиг. 3). Модуль управления (4) с электронной платой (5) (фиг. 2) содержит компоненты для управления термопечатающим механизмом. При этом от энергии ионисторов, переключенных в последовательный режим, осуществляется термопечать чеков термопринтера.
Ионисторы заряжаются параллельно (фиг. 4). Для этого n-канальные транзисторы VT10, VT11 должны быть открыты, а р-канальные VT16, VT17 - закрыты. При использования в рабочем режиме для осуществления термопечати чеков ионисторы коммутируются в последовательное соединение с помощью mosfet- транзисторов, при этом VT10, VT11 должны быть закрыты, a VT16, VT17 - открыты.
В качестве примера могут быть использованы ионисторы ESHSR-0025CO-001R7 емкостью 25Ф, которые запитываются через импульсный преобразователь питания, например MIC2267, в параллельном соединении с ограничением по току. Микроконтроллер, например LPC1768FBD100 запитывается от разъема USB через импульсный преобразователь напряжения, например ST1S12GR. Микроконтроллер управляет термопечатающим механизмом, например SS205-V4-LV, напрямую и через мостовую микросхему для управления шаговым двигателем, например DRV8835DSSR. Преимущество использования ионисторов - в большом рабочем токе, что, исходя из документации на указанный термопечатающий механизм, позволяет обеспечить скоростные характеристики печати 100 мм/сек. Согласно стандарту USB2.0 взятых от порта 2,5 Вт достаточно для запитки ионисторов и подачи питания на остальную часть схемы термопринтера.
Итоговые потребительские характеристики заключаются в том, что от USB мы получаем стандартные 2,5 Вт, а можем расходовать до 64 Вт в момент печати. Приведенные показатели позволяют утверждать, что в результате использования такой схемы работы появляется возможность термопечати за счет использования только ионисторов, которые способны обеспечить скорость печати до 100 мм/сек (это невозможную для печати чеков в устройствах, использующих компактные аккумуляторы).
Наряду с указанными выше преимуществами использования ионисторов для термопечати, они имеют достаточно большой срок эксплуатации-порядка десяти лет, что также создает преимущество для их использования, так как технические решения на аккумуляторах обычно имеют только 300 полных циклов заряда, что намного меньше десяти лет. Это дает возможность реже проводить техническое обслуживание оборудования, что экономит время и средства, затраченные на него.
Произведенные на основе описанной конструкции термопринтеры позволят снизить габаритные размеры устройства за счет отсутствия блока питания, а также уменьшит количество используемых проводов, что является важным аспектом при использовании в стесненных условиях их эксплуатации.
Таким образом, заявленное техническое решение обладает явными преимуществами перед известными моделями и может найти широкое применение в сфере товаров и услуг.