移动式打印载具及其控制系统研究

摘要

目前的云打印设备存在诸多弊端，比如机械尺寸大、打印幅面有限。本文设计的移动式打印载具采用高精度、高集成度的陀螺仪实施定位，并采用在纸面上自由移动的打印方式，极大地提升了打印幅面，大大缩小了打印机的体积，便于携带，拥有强大的市场潜力。
　　移动式打印载具属于小范围移动云打印设备，本文首先介绍了什么是移动式打印载具，与目前打印机设备的不同以及优点，同时指出了其中的关键技术以及相关发展情况。其次，设计了移动式打印载具机构，根据机构受力及运动情况提出了基于陀螺仪的移动式打印载具力矩模型、基础转动模型以及转动优化模型，并提出了一种可扩展陀螺仪应用的位置推测模型。接着进行了移动式打印载具的硬件以及软件的设计，并搭建了实际的移动式打印载具以及服务器。最后，对陀螺仪的3轴加速度计与3轴陀螺仪进行了精度测试，验证了陀螺仪精度的可靠性;对卡尔曼滤波进行了滤波效果测试，得出卡尔曼滤波对提高数据精度确实有很大帮助的结论;对服务器进行数据收发丢包测试，得出以以太网最大允许发送字节的长度发送数据包可有效避免数据丢包的结论;最后选择了一张图片就整个移动打印载具进行了图文打印测试，验证了移动式打印载具及其控制系统的可行性。
　　移动式打印载具改变了传统的打印方式，移动灵活。然而本文提出的移动式打印载具采用3轮行走方式，可结合二轮自平衡小车技术将3轮移动打印载具进化为2轮移动打印载具，进一步提高移动的灵活性。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 便携式打印机发展

1．2．2 云打印发展

1．2．3 陀螺仪在小型电子设备中的发展及应用

1．3 本文研究内容

第2章 移动打印载具结构及数学建模

2．1 移动打印载具结构

2．2 陀螺仪简介

2．2．1 陀螺仪原理

2．2．2 陀螺仪数据姿态化

2．3 移动打印载具力矩模型

2．3．1 电机模型

2．3．2 车轮模型

2．3．3 车体模型

2．4 移动打印载具基础转动模型

2．5 移动打印载具转动模型优化

2．6 移动打印载具扩展模型

2．7 本章小结

第3章 移动打印载具硬件电路设计

3．1 陀螺仪模块

3．2 通信模块

3．3 驱动模块

3．3．1 喷墨模块

3．3．2 移动模块

3．4 芯片模块

3．4．1 STM32芯片及外围电路

3．4．2 CPLD芯片及外围电路

3．4．3 STM32与CPLD通讯电路

3．5 电源模块

3．6 辅助模块

3．7 电路实物图

3．8 本章小结

第4章 移动打印载具软件模块设计

4．1．1 服务器模块框架

4．1．2 STM32模块框架

4．1．3 CPLD模块框架

4．2 云端平台设计

4．2．1 云端网络模型

4．2．2 文档识别及转换

4．2．3 图文路径化处理

4．2．4 基于TCP的通讯方式

4．3 卡尔曼滤波

4．3．1 卡尔曼滤波原理

4．3．2 卡尔曼滤波算法实现

4．4 本章小结

第5章 移动打印载具系统测试

5．1 陀螺仪基准位置校准

5．2 移动打印系统关键数据计算

5．3 陀螺仪模块数据姿态化测试

5．3．1 加速度计静态数据测试

5．3．2 3轴陀螺仪数据姿态化测试

5．4 卡尔曼滤波测试

5．5 服务器性能测试

5．6 移动打印效果测试

5．7 本章小节

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果