便携打印机低温性能的实现 航天机电集团706所宋韶英张尽红史燕中张志华 摘要在抗恶劣环境信息设备中，便携式打印机的低温性能是比较难解决的问题之一。本文从研究具体打印机的低温失效机理出发，提出一个简便有效的解决低温性能的技术途径，实现了加固便携式打印机在-20℃进行打印的要求，从而提高了加固便携式打印机的可靠性，降低了成本。 关键词打印机便携式打印机抗恶劣环境宽温（低温）打印机 引言 随着信息设备在办公室和家庭中的广泛使用，在野外和车载等恶劣环境下使用的加固信息设备也迅速增加。航天机电集团706所开发的加固型便携打印机进行了二方面的加固，即低电磁辐射加固和耐环境性加固。电磁辐射性能要求满足低电磁辐射B档机指标。在耐环境性要求中，对低温性能的要求比较严，即在电池供电的情况下，在-20℃环境中，打印机能正常工作。这对便携式打印机是比较困难的。当前，市场上比较流行的便携式打印机是喷墨式打印机，其最低工作温度为5℃。还有一种是热转印式打印机，其最低工作温度不低于0℃。 根据具体情况，选择后天加固的途径，即在经选型确定的普通民用便携打印机（以下称原机）的基础上，进行耐环境加固和低电磁辐射加固，可选用的民用打印机机型有CANON的BJC系列和CITIZEN的PN系统。CANON的BJC系列为喷墨式，喷墨式打印机的打印墨水在0℃便开始冻结。若要满足-20℃能正常工作的要求，必须对打印头进行加热。这会带来2个缺点，一是增加打印头的重量和复杂性;二是消耗电池的能量，便携机电池的容量本来就比较小。因此，我们把注意力集中到热转印打印机PN\ 60上。 首先，对PN\ 60热转印式便携打印机不能在零下低温工作的机理进行了研究，然后，提出解决方案和技术途径。 一、 低温实验 CITIZEN PN\ 60便携打印机主要由4部分组成：（1）PCB及元器件;（2）电机、传感器和机械部件;（3）打印头;（4）电池。其中任何一部分在-20℃的性能不符合要求，打印机就不能正常工作。为确定是哪一部分或哪几部分的低温性能不合格，首先对打印机机身和电池分别做了低温实验。 1. 打印机低温实验 将PN\ 60打印机（电池除外）放在-20℃的低温箱内，冰冻2 h后，用室温条件下的电池给打印机供电，进行打印。这时打印机工作正常，证明PN\ 60打印机的机身（包括PCB、电机传感器机械部件和打印头）在-20℃的低温下能正常工作。 2. 电池低温实验 打印机不接入适配器。将充满电的原机的镍\ 镉电池放在-20℃的低温箱内，用导线将电池与处于冰柜外室温的打印机相连接，连接的方式为正常方式，即电池接在电池连接线上，电池经过打印机放电电路对打印机供电。电池冷冻2 h后，开启打印机，并监测电池电压的变化。实验结果：在-20℃下，使用镍\ 镉电池和锂离子电池时，打印机不能启动，这时电池电压为6.4～6.7V;使用镍\ 氢电池能启动，并打印1页纸，电池电压从7.8V降至7.2V即停机。 3. 低温实验的结论 由上述低温试验可以得出下列结论： · 在-20℃下，用电池供电时，PN\ 60便携打印机不能正常工作，原因是电池的低温性能不能满足要求。 · 原机用的镍\ 镉电池，在低温下它不能给出足够大的电流。PN\ 60便携打印机在打印时需要3.5 A的电流;而镍\ 镉可充电电池在-20℃时，只能给出400 mA左右的电流。 为了选择满足低温性能的充电电池，我们对各种充电电池的性能进行调研和试验。 二、 3种电池的性能比较 目前，可用于便携机的充电电池主要有3种，即镍\ 镉电池、镍\ 氢电池和锂离子电池。它们的主要性能如表1所列。由表1可知，在综合性能上，镍\ 镉电池的性能较差，镍\ 氢电池居中，锂离子电池的性能最好。 原机的电池是镍\ 镉电池。镍\ 镉电池容量较小，有记忆效应，污染环境。试验证明，使用镍\ 镉电池，在低温下，打印机不能打印。 锂离子电池单体电压大，没有记忆效应，同样体积下，电池的容量大，重量轻。但是，锂离子电池的低温性能也不能满足要求，在-20℃下，打印机不能打印。而且锂离子电池为充电方式，其充电电路与原机镍\ 镉电池差别较大。 表13种电池性能比较 技术参数/单位〖〗镍\ 镉电池〖〗镍\ 氢电池〖〗锂离子电池单体电压/V〖〗1.2〖〗1.2〖〗3.6（能量/重量）/W.h/kg〖〗50〖〗65〖〗130（能量/体积）/W.h/L〖〗150〖〗200〖〗320可充电次数/次〖〗500〖〗500〖〗800记忆效应〖〗有〖〗较轻〖〗无低温性能（在-20℃下能否打印）〖〗不能 〖〗打印1页〖〗不能镍\ 氢电池的性能和镍\ 镉电池性能相近，但低温性能比镍\ 镉电池和锂离子电池略好，在-20℃下，能打印1页。镍\ 氢电池的充电方式和原机镍\ 镉电池相近。如果改用镍\ 氢电池，原机的充电电路和电源管理电路不须太大的改动。现在问题是能否和如何增加镍\ 氢电池在低温下打印的页数。 按照通常的方法是，在靠近电池的地方设置加热元件，在环境温度为-20～0℃时，使电池的温度保持在0℃以上。这种方法有2个缺点：一是加热所需能量来自电池，消耗本来有限的电池能量;二是将电池加热到一定温度，需要时间，这给使用带来不便，特别是在特殊情况下，往往是不允许的。因而，尽可能不采用这种方案。 三、 低温失效机理 图1试验接线图为找出更好的解决问题的途径，对在低温下电池供电打印机不能正常工作的机理作了进一步实验研究。试验的连线如图1所示。 1. 用电池代替适配器 打印机不接入电源适配器，而用电池代替适配器，将电池接到打印机的适配器接口即不经过打印机的放电保护电路对打印机供电。将打印机放在冰箱外，电池放在-20℃的冰箱内冷冻2 h后，开启打印机，并监测电流、电压。试验结果表明，在低温下3种电池都能给出足够的电流使打印机启动，但是，镍\ 镉电池和锂离子电池可释放的能量较小，打印机分别打印2页和4页纸时，电池电压就降到63V，打印机便停机;而镍\ 氢电池可打印9页纸才停机。这说明，镍\ 氢电池供电时，只要不经过放电保护电路，在-20℃情况下，打印机可进行打印。 2. 用可调电源代替适配器 打印机不接入电池，用电压可调直流电源代替适配器给打印机供电。改变电源电压，在不同电压下开启打印机。实验结果为：在室温下，电源电压只要≥6.3V，打印机就可以打印;电源电压＜6.3V时，打印机不打印。这说明电源电压只要不＜63V，打印机便能正常工作。 3. 用可调电源代替电池 打印机不接入电池，用电压可调直流电源代替原机电池给打印机供电，即经过放电保护电路供电。改变电源电压，在不同电压下开启打印机。实验结果为：电源电压≥7.2V，打印机就可以启动并打印;电源电压＜7.2V时，打印机不能开启和打印。这说明当经过放电保护电路供电时，打印机的最低工作电压从6.3V增加到7.2V。 4. 结论 通过上述实验，可以得出下列结论： （1） 在原机电路不变的情况下，3种充电电池的低温性能都不能满足要求。3种电池中，镍\ 氢电池的低温性能略好一点。 （2） 当用电源适配器进行供电时，打印机允许的最低电源电压为6.3V;而用电池供电时，打印机允许的最低电压为7.2V。 （3） 经过分析可知，当电池供电电压＜7.2V时，打印机之所以不能工作，是由于在打印机电源管理电路中，设置的电池放电保护电压降到＜7.2V时，电池放电电路关闭，打印机便停止工作。 四、 技术途径 根据实验结论可知，选用镍\ 氢电池较为合理，它的低温性能略优于其他两种电池。但是镍\ 氢电池的低温性能仍不能满足要求。为解决此问题，有2种方案可选择。一个方案是将电池电路的放电保护电压阀值调低，从7.2V降低到6.5V;另一个方案是将电池电压提高，由6节电池增加到7节电池。 1. 调低放电电压阀值 将电池电路的放电保护电压阀值调低，可使打印机在-20℃情况下进行打印。可否将电池放电电压阀值调低，还有1个制约因素是所用电池的放电终止电压，即电池放电时允许的最低电压值。电池放电电压不允许低于终止电压，否则电池会损坏。根据电池厂家提供的性能参数，一节镍\ 氢电池的放电终止电压为1V。所以，将打印机6节电池放电保护电压阀值从7.2V调低到6.5V后，仍有0.5V的余量。放电电压阀值调低后，更能充分发挥电池的容量，设计更为合理。 2. 提高电源电压 为将电源的电压提高，可采用7节1.2V镍\ 氢电池，电池电压从7.2V增至8.4V。充电电压须相应提高到9.3V。因此，须要改变适配器的输出电压和其他相关电路。 实验证明，上述2种方案都是可行的。改造后的PN\ 60打印机，在低温-20℃下能够正常进行打印。 五、 加固便携式打印机的性能 经过电磁加固和环境加固的便携式打印机的主要性能如下。 打印方式：热转印; 打印纸：A4热敏纸，单页进纸; 打印速度：4页/min; 电磁兼容性：满足GJB151\ 97指标; 低电磁辐射性能：比GJB151A\ 97的相关指标严; 工作环境：-20～+50℃ 湿度≤85% 保存环境：温度-400℃～+650℃ 湿度≤95% 抗冲击振动：-40～+60℃按GJB367.2\ 87运输试验后，打印机无损坏，工作正常。 防霉菌和盐雾：按GJB367.2\ 87盐雾试验后，打印机不长霉，不锈蚀，工作正常。MES 单片机与嵌入式技术新书介绍 《EPSON图形液晶显示控制器系列SED135X和SED1374》 郭强王幸之王雷编著 北京航空航天大学出版社定价：2000元 本书详尽介绍了EPSON生产的SED1353、SED1354、SED1374液晶显示控制器的控制部、接口部和驱动部的工作原理与应用，包括：控制寄存器、与计算机接口的硬件设置、电源接口、内部寄存器与计算机接口、液晶显示器参数设置等。还介绍了SED1353的应用电路并对其应用程序作了示例。 本书适用于从事电子产品开发、应用的工程技术人员，也可作为大专院校有关专业的师生教学参考。