一种多喷头数字喷绘机喷头控制系统的研制

摘要

本文是以一台自行设计的基于计算机平台的大幅面多喷头全彩色喷绘机压电喷头控制系统为基础,围绕喷绘机的整体设计需要和压电喷头的特性进行喷头控制板的设计展开讨论,包括控制板的整体架构体系、电子电路设计、功能模块的划分、驱动程序设计、与上位机通信、成本的考虑以及升级手段等,是当前大型数字印刷设备研究领域的一个研究方向。通过分析用户需求和市场同类产品存在的问题,本文给出了一种针对于多喷头全彩色数字喷绘机压电喷头控制系统的解决方案。
　　 文章介绍了一种压电喷头的内部结构,分析了其寄存器设置和运行条件,重点介绍了压电喷头工作时为了实现高清晰度高速度印刷的效果所需的驱动电压和驱动波形的控制方法。在喷头控制板设计和实现方面,主要阐述了采用Atmel公司的AVR系列单片机ATMega8与Altera公司MAX7000s系列CPLD7064协同驱动压电喷头工作的原理和流程,实现了对喷头的驱动电压控制和驱动信号配置。在驱动程序设计方面,文章介绍了MCU内部所需实现的功能,包括模数信号转换、脉宽调制、EEPROM存储、两线串行接口ⅡC以及相关参数的校准,并在单片机内部加载了外挂LED显示驱动板的驱动程序。喷头驱动信号程序是由Verilog HDL语言进行描述并加载入CPLD中,用来实现喷头的配置数据信号和像素数据信号。
　　 此外,文章进一步提出了最小二乘直线拟合对于墨水温压曲线参数的优化算法和基于ⅡC总线接口功能复用的应用手段,压缩了温度电压曲线参数所需的存储空间,减少了机器实际运行中一些不必要但调试过程中不可缺少的接口,实现了主控系统对多个压电喷头的高效管理和精确控制,使整个压电喷头控制系统具有体积小、功耗低、可靠性好等特点。

目录

文摘

英文文摘

引言

1 压电喷头简介及控制板总体设计

1.1 压电喷头简介

1.1.1 压电喷头外观及逻辑结构

1.1.2 喷头内置寄存器说明

1.1.3 喷头的驱动电压及驱动波形

1.2 喷头控制板的总体设计

2 喷头控制板电路设计

2.1 喷头控制板设计要求分析

2.1.1 电特性与信号特性分析

2.1.2 喷头驱动电压部分的设计

2.1.3 喷头驱动信号部分的设计

2.1.4 关于温度检测

2.2 喷头控制板的电路设计

2.2.1 MCU及其外围电路

2.2.2 CPLD引脚资源分配

2.2.3 电压调整电路设计

3 喷头控制软件程序设计

3.1 喷头控制软件需求分析

3.2 喷头控制软件原理

3.3 喷头控制软件设计与实现

3.3.1 模数信号转换

3.3.2 脉宽调制

3.3.3 EEPROM存储

3.3.4 两线串行接口IIC

3.3.5 误差校准

3.3.6 主控程序

4 驱动信号程序设计

4.1 喷头的驱动信号设计

4.2 配置数据及其格式设置

4.3 像素数据格式分析与设计

5 最小二乘直线拟合在温压曲线处理上对设计的优化

5.1 优化必要性分析

5.2 经典最小二乘直线拟合

5.3 优化算法介绍

5.4 优化结果

6 IIC总线在喷头控制板与上位机通信和LED显示的双重应用

6.1 IIC支持的传输模式

6.2 LED显示板设计

6.3 喷头控制板从机接收模式接收上位机数据处理

结论

参考文献

附录 A CPLD文件设计

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢