5
ВВЕДЕНИЕ
В струйных принтерах изображение формируется микрокаплями специальных чернил. Этот способ обеспечивает высокое качество печати, удобен для цветной печати. Струйные принтеры в процессе работы практически не шумят и обладают достаточно высокой скоростью печати черно-белой информации. Печатающая головка струйных принтеров содержит множество тонких сопел. В этой головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла как микрочастицы переносятся на материал носителя.
Для хранения чернил используются два метода:
1) головка принтера объединена с резервуаром для чернил; замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки;
2) используется отдельный резервуар (чернильница), который через систему капилляров обеспечивает чернилами головки принтера.
По мере расходования чернил приходится заменять чернильницы на новые или вручную их заправлять.
Целью курсового проекта является разработка системы автоматического регулирования (САР) подачи чернил в принтер. Такая система должна обеспечить постоянное поддержание заданного уровня чернил в чернильнице. Разработка такой системы отвечает потребностям рынка. САР подачи чернил в принтер обеспечивает следующие преимущества:
- снижение стоимости печати, т. к. отпадает потребность с заменой чернильниц;
- повышение стабильности печати (возможность печати больших объемов без риска остановки из-за окончания чернил в чернильнице;
- увеличение производительности принтера;
- повышение надежности при печати (отсутствие выхода из строя печатающей головки принтера из-за попадания воздуха при смене чернильниц).
1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
1.1 Назначение ЛСАУ
ЛСАУ подачи чернил в принтер должна обеспечивать непрерывную подачу чернил в принтер по мере их расходования. Система должна отвечать всем параметрам, заданным в техническом задании, обеспечивать достаточное быстродействие и точность регулирования.
1.2 Состав ЛСАУ
Данная ЛСАУ состоит из емкости, откуда чернила по тонким гибким трубкам поступают в чернильницу (объект управления). Между емкостью с чернилами и чернильницей располагается демпферная камера. Суть ее в том, что трубки с чернилами не могут непосредственно подходить к чернильнице. Так как, во-первых, демпферная камера сглаживает пульсации давления. Во-вторых, чернила склонны к испарению. В трубках могут появляться воздушные пузыри. Эти пузыри скапливаются в верхней части демпферной камеры и не оказывают влияния на работу принтера.
Подачу чернил из емкости с чернилами в чернильницу обеспечивает электронасос (исполнительный механизм). В чернильнице расположен оптический датчик уровня чернил, сигнал с которого поступает на сравнивающее устройство. Сравнивающее устройство вместе с задающим устройством реализовано в микроконтроллере. Для усиления сигнала, идущего с микроконтроллера на электронасос система содержит электронный усилитель.
1.3 Функциональная схема
Работа САР подачи чернил в принтер основана на формировании сигнала напряжения, подаваемого на электронасос в зависимости от разности сигналов, идущих от задатчика и датчика уровня чернил.
Электрический сигнал с микроконтроллера поступает на электронный усилитель, где усиливается до значения, необходимого для работы электронасоса. Электронасос в зависимости от сигнала с электроусилителя, уменьшает или увеличивает расход чернил, поступающих в чернильницу.
В качестве датчика чернил используется оптический датчик. Датчик содержит оптический излучатель и фотоприемник. Принцип действия датчика основан на изменении отраженного сигнала, идущего с противоположной стороны чернильницы от излучателя, при изменении уровня чернил. Для работы датчика стенки чернильницы изготовлены из прозрачного материала. Токовый сигнал с датчика поступает в микроконтроллер на сравнивающее устройство, где сравнивается с заданным значением.
Функциональная схема ЛСАР подачи чернил в принтер представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Функциональная схема ЛСАР
1.4 Технические требования
-
частота опроса датчика
102
- рабочий диапазон температур, 0С 0 … +40
- колебательность 0
- максимальная ошибка регулирования 0,1
- быстродействие
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНОНОЙ БАЗЫ ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Выбор электронасоса
САР подачи чернил в принтер отличается небольшими габаритными размерами. При выборе насоса для чернил следует исходить из того, что по размерам он должен быть сопоставим с размерами самого принтера. САР должна занимать мало места на столе оператора ЭВМ. Давление, нагнетаемое насосом, должно быть чуть больше атмосферного. От данного насоса не требуется высокой производительности.
Исходя из всего вышеперечисленного проведя литературный поиск и сравнительный анализ имеющихся насосов выбираем насос насос М14 S A. C. Данный насос отличается невысокой производительностью и может работать без применения смазок.
Производительность 0,1 л/мин
Напряжение 12/24 В
Габариты 60×32×44
Вес 0,2 кг
Произведем расчет передаточной функции электронасоса:
WН(р)
=
,
где К – коэффициент передачи.
К
=
,
где L
– производительность чернильницы
объемом 15 мл;
РЧ – давление чернил.
L = 59,4 м (200 страниц),
РЧ = 102000 Па; следовательно
К
=
= 5,8∙10-4.
Т = время передачи.
Т = 40∙10-6 с.
WН(p)
=
.
2.2 Выбор датчика уровня чернил
При выборе датчика уровня чернил следует учесть, что он должен быть миниатюрных размеров, иметь небольшой диапазон измерения (до 50 мм - высота чернильницы принтера), обладать достаточной точностью, иметь токовый выходной сигнал.
Исходя из того, что чернильница принтера изготовлена из прозрачного материала (Epson) выбираем оптический датчик. Принцип действия датчика основан на поглощении излучения датчика измеряемой средой.
Габариты 8×10×16 мм
Диапазон измерения 2… 60 мм
Длина волны излучателя датчика 660 нм
Выходной сигнал токовый
Произведем расчет передаточной функции датчика:
WД = K,
где
К =
,
l1
– длина волны излучения перед приемником;
l – длина волны излучения датчика.
l1 = 500 нм,
l = 660 нм.
К
=
.
WД = 0,76.
2.3 Расчет передаточной функции демпферной емкости:
Схематично демпферная емкость представлена на рисунке 2.
q, S p1
h
q,
p2
где q –
p1 – давление на входе в демпферную емкость;
S –
q –
p2 - давление на выходе демпферной емкости;
h – уровень чернил в демпферной емкости
Рисунок 2
Передаточная функция имеет вид:
W(p)
=
,
где
T
=
.
К =
.
р1 = 10200 Па;
q =
j =
р2 = 101400 Па;
h = 0,03 м.
Т =
К =
W(p) =
2.4 Расчет передаточной функции чернильницы
Схематично чернильница изображена на рисунке 3.
h
q,
p2
где q –
p1 – давление на входе в чернильницу;
S –
q –
p2 - давление на выходе из чернильницы;
h – уровень чернил в чернильнице
Рисунок 3
Передаточная функция имеет вид:
W(p)
=
,
где
T
=
.
К =
.
р1 = 101333 Па;
q =
j =
р2 = 101200 Па;
h = 0,05 м.
Т =
К =
W(p) =
2.5 Расчет передаточной функции емкости с чернилами
Схематично емкость с чернилами изображена на рисунке 4
h
q,
p2
где q –
p1 – давление на входе в емкость с чернилами;
S –
q –
p2 - давление на выходе из емкости с чернилами;
h – уровень чернил в емкост
Рисунок 4
Передаточная функция имеет вид:
W(p)
=
,
где
T
=
.
К =
.
р1 = 101300 Па;
q =
j =
р2 = 102300 Па;
h = 0,1 м.
Т =
К =
W(p) =
2.6 Выбор микропроцессора
Исходя из требуемых технических характеристик и экономической эффективности выбираем процессор Siemens 80C31.
Технические характеристики микропроцессора.
- макс. тактовая частота, МГц 33;
- ROM/ EPROM, Кбайт 4;
- RAM, байт 128;
- количество счетчиков 2;
- число линий ввода/вывода 32;
- последовательные каналы UART;
- напряжение питания, В 2.7...5.5;
- рабочий интервал температур, оС - 55...+125;
Передаточная функция цифрового устройства микропроцессор является стандартной W(p)=1.
2.7 Расчет передаточной функции системы
Лист УИТС.421243.115
ПЗ