多喷头数字喷绘机喷头控制系统研究

多喷头数字喷绘机喷头控制系统研究

陈广接

(皇剑数码科技（上海）有限公司上海201705)

摘要：在本篇文章当中我们主要是以一台自行设计的多喷头全彩喷绘机压电喷头控制系统为一个研究基础，我们主要是对喷绘机的整体设计进行了简单的探讨，通过对于用户需求的分析以及市场中产品存在的一些问题，并且我们相应了也提出了一些解决方案，希望能够提供给相关从事者一些帮助。

关键词：多喷头；数字喷绘；喷头控制；

引言：随着我们不断的迈入21世纪的时候，数字产品已经开始渐渐的影响到了社会的每一个角落，并且开始应用到各个产业中，带来了十分巨大的商业价值，对于数字喷绘来讲，它作为一个新兴的产业，在继承了传统印刷的优点后，已经开始逐渐应用到人们的生活中，从而形成了一条新兴的产业链。

一、压电喷头的简单概括

在本篇文章当中，我们主要是以国外的企业研发出来的一款喷头来做为我们的参考对象，在这款喷头中它的喷孔分为三列，每一列在进行喷火的时候，只能点燃其三分之一的喷孔，每三次点火才能完成所有喷孔的点火。

1.1压电喷头外观以及相应的逻辑机构

喷头主要是由四个部分进行组成的，分别为墨水入口，接口插件，喷孔板以及防护面板四个方面组成。对于墨水入口来讲，它的作用便是当墨水注入的时候能够有效的进入到管状通道中，接口插件的作用是管控压电喷头工作的一条通道，能够通过插头引出的数字信号端来对喷头控制单元以及喷头两者进行有效的交互，从而能够对喷头达成一个有效的管控，喷孔板是用作于对喷孔进行一个排列组合，因此我们在进行观察的时候，不容易被察觉到。防护面板这是在喷孔板外围的一个金属外壳，能够有效的防止喷孔和外界进行直接接触。

1.2喷头内部的寄存器进行简单的说明

图2寄存器简单概括

我们从图2中可以进行看出，在其内部有着两种寄存器，这两种寄存器分别为像素寄存器以及配置数据寄存器，来使得像素数据能够准确的输送到像素数据寄存器当中，并且还能够把配置数据传送到数据寄存器中。

1.3喷头控制板的总体设计

在计算机当中我们需要把已经载入的图像数据相应的设定好喷绘参数，接着使用USB线路来把对应的图像数据传输到处理单元中，接着处理单元通过FPGA以及32位的MCU来将喷绘数据进行有效的处理，接着通过分流传输接口以及喷器控制单元两者同时对数据图像进行传输，并且还需要将数据传送到喷头当中，对其进行解码以及同步等操作。

除了上面的一些数据信号之外，我们还需要使得喷头进行高压驱动才能有效的完成喷绘任务，因为在喷头中每一个容量的电压参数值都是不同的，因此不能全部的写入到程度当中，因此，对于这样的一个问题，我们需要使用USB总线来讲数据由计算机提供的控制窗口载入到图像数据处理中。

2.1喷头控制板设计要求进行简单分析

对于喷头中的控制电路中的电源可以分为逻辑电源以及驱动电源，我们在对压电喷头的驱动电压进行使用的时候，为了能够在一定程度上稳定点火，那么就需要随着温度的不断改变而改变驱动电压这是一件十分重要的事情，那么便需要进行设计相应的控制模板，这一个模板主要是负责存储喷头的容积电压以及墨水的补偿电压。

对于喷头驱动信号部分这一个部分主要负责的便是对内部的配制数据以及像素数据进行有效的加载，而配制数据是喷头上电之前需要进行喷绘任务前必须完成的一个关键问题，而像素数据则是需要由上位机按照图像的不同向喷头控制板进行输出，接着再由喷孔控制板载入到喷头进行相应的处理工作。那么，当我们在进行设计中，应当让CPLD来做为喷头驱动信号的控制逻辑单元，它可以对配置数据以及像素数据两者进行有效的加载处理操作。

2.2喷头控制板的电路设计探讨

图4MCU以及外围电路分析

我们可以从图4中看出，分别使用SCL、SDA这两个引脚来做为IIC的接口，它主要是用作于上位机进行数据通信以及LED的调试操作。而对于PB2为脉宽调制PWM的输出信号来讲，它主要是对墨水温度向电压调整器输出波动进行有效的调整。当我们需要对初始参数进行调整的时候，还应当把电路板进行有效的焊接，直接校准完成之后在进行取下。ON信号它主要是对电压进行有效的调整，MUC可在PC2脚输出低电平来关闭电压调整器，此外电压调整器也可以由喷头的THM2电阻过小而关闭，因为此时喷头驱动芯片的温度过高。对于CPLD上面的一些重名信号线来讲，主要是为了方便操作而进行设计的，其中大多数的引脚都是输入引脚，只有少部分的引脚为输出引脚，并且在其内部不能够有着两个引脚有着同样的参数并且一致为输出引脚。

三、喷头控制软件程序进行设计

3.1喷头控制软件需求分析

我们根据喷机机的一些需求，来使得喷头控制板驱动软件可以对温度进行0.1摄氏度的及时响应，对于反馈电压的检测来讲，需要对当前进行输出的电压进行有效的反馈，并且需要保障精度为0.1V。另外，对于喷头控制板来讲内部还需要有着大量的墨水存储以及相应的电压调整数据，这一些数据可以很好的方便我们进行升级和维护。

3.2喷头控制元件基本原理

对于喷头控制板中的MCU来讲，它主要是负责对当前环境中需要的电压进行有效的调整，因为压电喷嘴内部有着相应的传感器来对墨水温度进行有效的测量，因此喷嘴控制板中的MCU需要提供单向模数转换器，即ADC。

ADC主要是负责接收喷嘴内部温度传感器采样的数据，当接收到数据的时刻，需要对数据进行分析以及收集处理。通常，喷涂环境的温度变化缓慢，因此ADC的温度采样不需要太频繁，通常在几秒钟内，但由于要求高质量和高清晰度的喷涂产品，每个喷孔喷出的每种颜色的墨滴尺寸应严格相同，因此要求ADC的温度采集精度要高确保喷头驱动电压输出满足精度要求，这里采用10位精密ADC，MCU通过喷嘴提供的接口从温度传感器接收数字信号并进行分析和软件过滤。

过滤后的数据预先转换为喷嘴的参数和存储在EEPROM中的喷嘴使用的墨水。获得应在该温度下输出的驱动电压值。我们将驱动电压的值统称为理论输出，因为喷嘴内部所需要的电压大致为14V到34V左右，并且其精度为0.1V，采用脉冲宽度调制（PWM）方法输出驱动电压。对于16位的站波器来讲，它可以用于调节电压，接着获取输出所需电压的数据。

结束语：我们自从步入到信息时代中，数字产品对于我们的影响效果已经普及到生活的个反面之中了，并且相应的融入到各行各业中，对于数字印刷技术来讲，它是上个世纪90年代新兴的行业，逐渐的取代了传统的印刷，在当前我国国内的数字印刷技术才刚刚起步。在本篇文章当中我们主要是对多喷头数字喷绘机喷头控制系统进行了简单的探讨。

参考文献：

[1]刘晋,苏臣.基于STM32在喷绘机喷头控制系统的设计与实现[J].微型机与应用,2015,34(01):40-42+46.

[2]张秋风.一种多喷头数字喷绘机喷头控制系统的研制[D].辽宁师范大学,2011.

[3]张秋风,刘晋.基于计算机平台的多喷头喷绘机控制系统的设计与实现[J].微型机与应用,2010,29(24):93-95.

陈广接（1974.5---），男汉族浙江宁波人本科学历东北大学专业机电一体化

单位皇剑数码科技（上海）有限公司