Thiết kế và thi công máy in nhiệt cầm tay

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
----------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
Đề Tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
MÁY IN NHIỆT CẦM TAY
GVHD: ThS. Phan Vân Hoàn
SVTH: Cao Nhữ Ân
Lưu Quốc Tuấn

Tp. Hồ Chí Minh – 01/2018

16341002
16341026


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
--------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Đề Tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
MÁY IN NHIỆT CẦM TAY

GVHD: ThS. Phan Vân Hoàn
SVTH: Cao Nhữ Ân
Lưu Quốc Tuấn

16341002
16341026

Tp. Hồ Chí Minh – 01/2018

i


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên:

Cao Nhữ Ân

MSSV:

16341002

Lưu Quốc Tuấn

MSSV:

16341026

Chuyên ngành:

CNKT Điện Tử Truyền Thông

Mã ngành:

41

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

3

Khóa:

2016

Lớp:

163410A

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Nhóm tiến hành việc khảo sát các loại vi điều khiển, lựa chọn màn hình cảm
ứng, đầu in nhiệt và giấy in.
 Tiến hành tìm hiểu và thu thập các số liệu từ các trang mạng và sách về lập
trình vi điều khiển ARM. Tham khảo các máy in nhiệt để xây dựng lên mô
hình điều khiển.
 Tìm hiểu các bộ cắt giấy để lựa chọn và tham khảo cách thức hoạt động phù
hợp cho mô hình.
2. Nội dung thực hiện:
 NỘI DUNG 1: Nghiên cứu tài liệu về đầu in nhiệt Fujitsu-FTP-628MCL10.
 NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải
pháp thiết kế và thi công mô hình phần mạch điều khiển.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển dao cắt giấy in.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho
Vi điều khiển, thiết kế giao diện màn hình chính soạn thảo văn bản.
 NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương trình
để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số
thực tế.
 NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện.
ii

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

25/09/2017

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

15/01/2018

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

ThS. Phan Vân Hoàn

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1:
Lớp:
Họ tên sinh viên 2:
Lớp:
Tên đề tài:

CAO NHỮ ÂN
163410A
LƯU QUỐC TUẤN
163410A

MSSV: 16341002
MSSV: 16341026

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY

Tuần/ngày

Xác nhận
GVHD

Nội dung

25/09/2017

Tìm hiểu thu thập thông số các loại vi điều khiển, màn

01/10/2017

hình hiển thị, đầu in nhiệt, giấy in và nguồn cung cấp.

01/10/2017

Dựa trên các thông số thu thập được, tiến hành lựa chọn

15/10/2017

giải pháp thiết kế mạch giao tiếp điều khiển đầu in nhiệt.

15/10/2017
29/10/2017

Thi công mạch điều khiển đầu in nhiệt.

29/10/2017

Thiết kế lưu đồ giải thuật và kiểm tra độ ổn định của

10/11/2017

mạch đã thi công.

10/11/2017
28/11/2017

Viết chương trình điều khiển cho vi điều khiển.

28/11/2017

Thiết kế giao diện hiển thị và soạn thảo trực tiếp trên màn

15/12/2017

hình cảm ứng.

15/12/2017
02/01/2018
02/01/2018
15/01/2018

Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương
trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của
mô hình.
Viết báo cáo thực hiện.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và
đề tài trước đó. Các số liệu trong đề tài này được nhóm thu thập từ các tài liệu hướng
dẫn và tham khảo một số đề tài liên quan từ đó nhóm đã nghiên cứu và phát triển để
thực hiện đề tài này. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

Sinh viên thực hiện 1

CAO NHỮ ÂN

Sinh viên thực hiện 2

LƯU QUỐC TUẤN

v


LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập ở trường cùng với những kiến thức được các Thầy Cô
giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã
được các Thầy Cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các Thầy, Cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói
chung, đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung
cấp cho Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể
thực hiện được đồ án này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy Phan Vân Hoàn đã trực
tiếp hướng dẫn tận tình cho nhóm trong suốt quá trình làm đồ án, cảm ơn Thầy đã
giành thời gian quý báu để hướng dẫn cho nhóm, hỗ trợ các thiết bị cũng như đưa ra
hướng đi giải quyết đúng cho nhóm mỗi khi gặp khó khăn.
Bên cạnh đó nhóm xin cảm ơn tập thể lớp 163410A đã cùng đồng hành với nhóm
trong suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án. Các bạn đã cùng nhau giúp đỡ, chia sẻ
kinh nghiệm và tạo thêm động lực để nhóm có thể hoàn thành được đồ án này.
Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè. Những người đã
giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để có thể hoàn thành tốt đồ án
này. Xin chân thành cảm ơn mọi người
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới
hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những
ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy Cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được

hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện 1

CAO NHỮ ÂN

Sinh viên thực hiện 2

LƯU QUỐC TUẤN

vi


MỤC LỤC
Trang bìa .......................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................... ii
Lịch trình ........................................................................................................................ iv
Cam đoan......................................................................................................................... v
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... vi
Mục lục .......................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ ................................................................................................................. x
Liệt kê bảng vẽ .............................................................................................................. xii
Tóm tắt .........................................................................................................................xiii

Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ............................................................................................................ 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 2
1.4 GIỚI HẠN ............................................................................................................. 3

1.5 BỐ CỤC ................................................................................................................ 3

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................... 5
2.1 QUY TRÌNH IN NHIỆT ....................................................................................... 5
2.1.1 Giới thiệu về in nhiệt ....................................................................................... 5
2.1.2 Mô tả kỹ thuật in nhiệt trực tiếp ...................................................................... 5
2.1.3 Tìm hiểu thông số của một số loại giấy in nhiệt trên thị trường ..................... 6
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 6
2.2.1 Cảm biến giấy .................................................................................................. 7
2.2.2 Động cơ bước .................................................................................................. 8
2.2.3 Giới thiệu về vi điều khiển ARM .................................................................... 9
a. Tổng quan về ARM ........................................................................................... 9
b. Tổng quát về ARM Cortex - M7 STM32F746NGHx .................................... 12
2.2.4 Giới thiệu về đầu in nhiệt Fujitsu FTP – 628MCL103 ................................. 15
a. Tổng quan về đầu in nhiệt ............................................................................... 15
b. Tổng quan về đầu in nhiệt Fujitsu................................................................... 16
c. Thông số kỹ thuật đầu in nhiệt ........................................................................ 16
d. Sơ đồ chân kết nối vi điều khiển ..................................................................... 18
vii


2.2.5 Giới thiệu về module thời gian thực DS1307 ............................................... 19
a. Tổng quan về thời gian thực............................................................................ 19
b. Tổ chức bộ nhớ IC DS1307: ........................................................................... 20
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ................................................................................. 22
2.3.1 Giới thiệu thư viện đồ họa StellarisWare Grlib ............................................ 22
a. Tổng quan về StellarisWare Grlib................................................................... 22
b. Cấu trúc dạng cây Widget của Grlib ............................................................... 22
c. Các bước vẽ cây Widget của Grlib ................................................................. 24
d. Các bước thực thi cây Widget của Grlib ......................................................... 25

2.3.2 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp SPI .................................................................. 26
a. Định nghĩa ....................................................................................................... 26
b. Cách giao tiếp giữa đầu in với vi điều khiển .................................................. 29
c. Cách đầu in xuất dữ liệu ra các cụm in ........................................................... 30
2.3.3 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp I2C ................................................................. 30
a. Định nghĩa ....................................................................................................... 30
b. Cách giao tiếp giữa Module DS1307 với vi điều khiển .................................. 32

Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ........................................................ 34
3.1 GIỚI THIỆU...................................................................................................... 34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................ 34
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 34
3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ............................................................................ 35
a. Thiết kế khối xử lý trung tâm .......................................................................... 35
b. Thiết kế khối cảm biến .................................................................................... 35
c. Thiết kế khối điều khiển .................................................................................. 37
d. Thiết kế khối cơ cấu chấp hành ...................................................................... 40
e. Thiết kế khối nguồn ........................................................................................ 41

Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................... 44
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 44
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 44
4.2.1 Thi công bo mạch .......................................................................................... 44
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ........................................................................................ 47
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ............................................................ 48
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................. 48
viii


4.3.2 Thi công mô hình .......................................................................................... 49

4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 50
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ........................................................................................... 50
4.4.2 Phần mềm lập trình cho Vi điều khiển ARM ................................................ 51
4.4.3 Phần mềm tạo Project cho ARM STM32CubeMX ....................................... 52
4.5 LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG .................................................................................. 55
4.5.1 Lưu đồ chương trình máy in .......................................................................... 55
4.5.2 Lưu đồ chương trình đồng hồ. ....................................................................... 58
4.5.3 Lưu đồ chương trình khóa màn hình. ............................................................ 59
4.6 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 60
4.6.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .................................................................... 60
4.6.2 Quy trình thao tác .......................................................................................... 61

Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .......................................... 65
5.1 KẾT QUẢ MÔ HÌNH PHẦN CỨNG ................................................................ 65
5.2 KẾT QUẢ GIAO DIỆN SOẠN THẢO VĂN BẢN........................................... 66
5.3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ .......................................................... 70

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................... 71
6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................... 71
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 73
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 74

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Hình ảnh minh họa quá trình hoạt động của cảm biến. ................................. 7

Hình 2.2: Giản đồ xung kích cho động cơ bước. ............................................................ 9
Hình 2.3: Phân khúc chip Cortex của ARM trong thị trường nhúng. ........................... 10
Hình 2.4: Kiến trúc của vi xử lý ARM Cortex-M7. ....................................................... 12
Hình 2.5: KIT Discovery STM32F7. ............................................................................. 14
Hình 2.6: Đầu in nhiệt Fujitsu-FPT-628MCL103. ....................................................... 15
Hình 2.7: Cấu trúc đầu in nhiệt. ................................................................................... 16
Hình 2.8: Sơ đồ chân và hình ảnh của DS13B07. ......................................................... 19
Hình 2.9: Sơ đồ kết nối DS13B07. ................................................................................ 20
Hình 2.10: Tổ chức bộ nhớ và thanh ghi của DS1307. ................................................. 20
Hình 2.11: Cấu trúc cây widget. ................................................................................... 23
Hình 2.12: Ví dụ về cấu trúc cây widget. ...................................................................... 24
Hình 2.13: Các bước vẽ cấu trúc cây widget. ............................................................... 25
Hình 2.14: Các bước thực thi cấu trúc cây widget. ...................................................... 26
Hình 2.15: Giao tiếp SPI giữa Master và Slave. .......................................................... 27
Hình 2.16: Truyền dữ liệu SPI. ..................................................................................... 28
Hình 2.17: Truyền dữ liệu giữa đầu in và vi điều khiển. .............................................. 29
Hình 2.18: Xuất dữ liệu ra đầu in. ................................................................................ 30
Hình 2.19: Truyền dữ liệu I2C. ..................................................................................... 31
Hình 2.20: Quá trình thiết bị chủ ghi dữ liệu vào thiết bị tớ. ....................................... 32
Hình 2.21: Quá trình thiết bị chủ đọc dữ liệu từ thiết bị tớ. ......................................... 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống. ............................................................................... 34
Hình 3.2: Biểu đồ cường độ sáng và điện áp. ............................................................... 36
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối cảm biến với Op-Amp. ............................................................ 36
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.................................................................. 39
Hình 3.5: Mạch giảm áp dùng LM2576ADJ................................................................. 41
Hình 3.6: Cấu tạo IC555. .............................................................................................. 41
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch sạc Pin. ..................................................................... 42
Hình 4.1: Mạch in lớp trên. ........................................................................................... 44
Hình 4.2: Mạch in lớp dưới........................................................................................... 45
Hình 4.3: PCB 3D lớp trên. .......................................................................................... 45

Hình 4.4: PCB 3D lớp dưới. ......................................................................................... 46
Hình 4.5: Hình ảnh khối nguồn và điều khiển. ............................................................. 48
Hình 4.6: Mô hình máy in nhiệt cầm tay nhìn từ phía trên. .......................................... 48
Hình 4.7: Tầng dưới của mô hình. ................................................................................ 49
Hình 4.8: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh. ...................................................................... 49
Hình 4.9: Lưu đồ điều khiển chương trình chính. ......................................................... 50
Hình 4.10: Giao diện trình biên dịch Keil uVision5. .................................................... 51
Hình 4.11: Giao diện STM32CubeMX. ......................................................................... 53
x


Hình 4.12 Giao diện tạo một project STM32CubeMX.................................................. 54
Hình 4.13: Lưu đồ điều khiển chương trình con máy in. .............................................. 55
Hình 4.14: Lưu đồ chương trình con nhập dữ liệu. ...................................................... 56
Hình 4.15: Lưu đồ chương trình con điều khiển in....................................................... 57
Hình 4.16: Lưu đồ chương trình con điều khiển đồng hồ. ............................................ 58
Hình 4.17: Lưu đồ chương trình khóa màn hình. ......................................................... 59
Hình 4.18 Giao diện màn hình chính. ........................................................................... 61
Hình 4.19 :Giao diện SETTING. ................................................................................... 62
Hình 4.20: Giao diện PRINTER. ................................................................................... 62
Hình 4.21: Nhập văn bản thông thường........................................................................ 63
Hình 4.22:Nhập bảng bằng các chọn từng ô từ màn hình. ........................................... 63
Hình 4.23: Hệ thống bắt đầu in dữ liệu. ....................................................................... 64
Hình 4.24: Bộ phận cắt giấy cắt rời giấy in khỏi cuộn giấy. ........................................ 64
Hình 5.1: Hình ảnh thực tế mô hình. ............................................................................ 65
Hình 5.2: Khối thiết bị điều khiển. ................................................................................ 66
Hình 5.3: Giao diện chính. ............................................................................................ 66
Hình 5.4: Giao diện SETTING. ..................................................................................... 67
Hình 5.5: Giao diện PRINTER. ..................................................................................... 67
Hình 5.6: Quá trình thao tác chọn logo. ....................................................................... 68

Hình 5.7: Quá trình thao tác soạn thảo văn bản. ......................................................... 68
Hình 5.8: Kết quả sau khi in.......................................................................................... 69
Hình 5.9: Kết quả in thử nghiệm trong quá trình thiết kế. ............................................ 69

xi


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 2.1: Thông số cảm biến quang trong đầu in nhiệt ................................................. 8
Bảng 2.2: Thông số động cơ bước trong đầu in nhiệt ..................................................... 9
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật đầu in nhiệt ..................................................................... 16
Bảng 2.4: Sơ đồ chân kết nối vi điều khiển .................................................................. 18
Bảng 3.1: Các địa chỉ kết nối ........................................................................................ 37
Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện ................................................................................ 46

xii


TÓM TẮT
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về kỹ thuật in nhiệt trực tiếp, cùng với
việc nắm bắt xu thế in ấn hóa đơn trực tiếp mà không cần có sự hỗ trợ của máy vi tính
trong việc soạn thảo đang được ưa chuộng hiện nay thì nhóm thực hiện đề tài đã
nghiên cứu được làm thế nào để điều khiển được các thông số cần in sao cho phù hợp
nhất với văn bản và các loại hóa đơn bán hàng. Từ các kiến thức được học ở trường và
kinh nghiệm từ thực tiễn cộng với sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô
bạn bè thì nhóm đã thực hiện được đề tài này.
Đề tài được thực hiện thông qua các giai đoạn rõ ràng, từ việc thu thập các thông
số thực tế của các loại hóa đơn dựa vào đó để thiết kế mô hình cơ khí phù hợp để có

thể điều khiển các thông số của hệ thống một cách chính xác nhất.
Sau khi đã xây dựng mô hình cơ khí, trên cở sở các thông số kỹ thuật của các loại
văn bản nhóm đã thiết kế được mô hình để điều khiển các thông số theo yêu cầu.
Với phương pháp điều khiển đầu in nhiệt và soạn thảo văn bản trực tiếp trên màn
hình cảm ứng để tạo ra các loại hóa đơn, các văn bản cần in phù hợp với nhu cầu của
người tiêu dùng.
Mô hình đã điều khiển được các thông số một cách tương đối chính xác, cũng
như giám sát được các thông số này thông qua màn hình hiển thị.

xiii


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Công nghệ in nhiệt là không sử dụng mực in để in ấn, mà sử dụng giấy in nhiệt
để in. Trong giấy này có chất nhạy nhiệt, chỉ cần có nhiệt độ tác động lên nó sẽ chuyển
thành màu đen. Vì thế, khi đầu in nhiệt của máy in nóng lên tác động vào giấy in nhiệt
nó sẽ hiển thị những thông tin cần in.
Ưu điểm của công nghệ in nhiệt
1. Tiết kiệm chi phí:
Những máy in hóa đơn này sử dụng giấy in nhiệt. Khi có tác dụng của nhiệt từ
đầu in của máy in hóa đơn nhiệt sẽ hiển thị những thông tin cần in, mà không cần phải
sử dụng mực in. Vì trong thành phần của giấy in nhiệt có cấu tạo hóa chất, mà hóa chất
này khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển thành màu đen. Vì vậy bạn không cần thiết phải sử
dụng mực in.
Điều này giúp bạn tiết kiệm một khoản chi phí khi mua và giảm bớt trục trặc do
mực in gây ra, như những máy in thông thường ở văn phòng.
2. Tốc độ in nhanh chóng

Tốc độ in nhanh chóng là ưu điểm nổi bật của máy in hóa đơn in nhiệt.
Vì lẽ đó, máy in hóa đơn nhiệt hay được sử dụng cho các cửa hàng, siêu thị.
Chúng có thể in liền với công suất lớn, do vậy phục vụ được nhu cầu thanh toán của
nhiều người, tạo sự hài lòng cho khách đến mua hàng.
Hãy đầu tư cho cửa hàng của bạn một máy in hóa đơn nhiệt vì nó có tốc độ in
lớn giúp bạn tiết kiệm được thời gian và chi phí.
3. Không gây tiếng ồn
Đối với máy in thông thường trong quá trình in ấn sẽ tạo ra tiếng ồn. Nhưng với
máy in hóa đơn nhiệt thì tiếng ồn sẽ được giảm đi đáng kể, không gây sự khó chịu cho
người khác.
4. Tiết kiệm diện tích
Đa số máy in hóa đơn nhiệt có thiết kế rất nhỏ gọn, thích hợp với môi trường
bán lẻ, hệ thống siêu thị, nhà hàng. Bên cạnh đó, tính tiện ích này còn làm tăng sự

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
chuyên nghiệp trong hoạt động kinh doanh và tạo được sự thiện cảm từ phía khách
hàng.
Với máy in hóa đơn in nhiệt, cửa hàng và siêu thị của bạn sẽ được tăng thêm sự
chuyên nghiệp và tạo được sự thiện cảm nhiều hơn từ phía khách hàng.
Tuy máy in nhiệt có nhiều ưu điểm như đã nêu ở trên nhưng nhóm nhận thấy
rằng mỗi một máy in nhiệt đều cần phải có một máy tính để nhập dữ liệu hàng hóa và
truy xuất thông tin khách hàng.
Với mong muốn giải quyết vấn đề trên. Nhóm thực hiện đề tài quyết định áp
dụng những kiến thức đã học và chọn hướng nghiên cứu: “THIẾT KẾ VÀ THI
CÔNG MÁY IN NHIỆT CẦM TAY”, khi mà nhân viên bán hàng chỉ cần nhập dữ

liệu hàng hóa và thông tin khách hàng là có thể in trực tiếp mà không cần đến sự giúp
đỡ của máy tính.
Đề tài này sẽ ứng dụng KIT thực hành Discovery STM32F746NGHx với lõi là
vi điều khiển ARM Cortex-M7 để lập trình điều khiển đầu in nhiệt Fujitsu FTP –
628MCL103 và màn hình cảm ứng trong việc soạn thảo văn bản cần thiết để in.
Những dữ liệu soạn thảo được hiển thị trực tiếp trên màn hình giúp người sử dụng dễ
dàng quan sát và kiểm soát được thông tin cần in ấn.

1.2 MỤC TIÊU
-

Tìm hiểu đầu in nhiệt Fujitsu-FTP-628MCL10.

-

Tìm hiểu các ngoại vi KIT thực hành Discovery STM32F746NGHx.

-

Xây dựng mô hình máy in cầm tay.

-

Xây dựng chương trình để điều khiển mô hình.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 NỘI DUNG 1:Nghiên cứu tài liệu về đầu in nhiệt Fujitsu-FTP628MCL10.
 NỘI DUNG 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải
pháp thiết kế và thi công mô hình phần mạch điều khiển.
 NỘI DUNG 3: Thiết kế hệ thống điều khiển dao cắt giấy in.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển
cho Vi điều khiển, thiết kế giao diện màn hình chính soạn thảo văn bản.
 NỘI DUNG 5: Thử nghiệm và điều chỉnh phần cứng cũng như chương
trình để mô hình được tối ưu. Đánh giá các thông số của mô hình so với
thực tế.
 NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện.

1.4 GIỚI HẠN
 Kích thước của mô hình máy in nhiệt cầm tay: 190x90x70 mm.
 Sử dụng đầu in nhiệt Fujitsu-FTP-628MCL103.
 Sử dụng vi điều khiển ARM STM32F746NGHx.
 Sử dụng màn hình LCD TFT 4.3 INCH để soạn thảo và hiển thị nội dung in.
 Điều khiển cơ cấu dao cắt giấy in sau khi in hoàn tất.

1.5 BỐ CỤC
 Chương 1: Tổng Quan
Chương này trình bày tổng quan về đề tài, xu hướng của công nghệ in nhiệt, các
ưu điểm của việc in nhiệt, hướng nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài.

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về quy trình in nhiệt và phương pháp in
nhiệt trực tiếp.
Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu khiển

arm, đầu in nhiệt, thư viện thiết kế đồ họa …..

 Chương 3: Tính Toán và Thiết Kế
Xây dựng mô hình phần cứng để giao tiếp giữa vi điều khiển, đầu in nhiệt và màn
hình hiển thị thông tin dữ liệu cần in ấn.
Thiết kế sơ đồ nguyên lý để điều khiển và sạc pin cho toàn mô hình hoạt động.

 Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Trong chương này chúng ta thực hiện thi công các board mạch, các phần điều
khiển và mạch động lực cũng như phần cứng mô hình hệ thống đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Sau đó lắp ráp thành một hệ thống mô hình hoàn chỉnh để từ đó xây dựng nên lưu
đồ giải thuật để viết chương trình điều khiển cho hệ thống.
Sau khi có được mô hình và chương trình điều khiển cho hệ thống thì sẽ thực hiện
các bước để mô hình được hoạt động tốt. Sau đó là các bước để hướng dẫn các thao tác
cho việc hoạt động mô hình hoàn thiện hơn.

 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Nêu rõ được trong quá trình đồ án đã thu được những kết quả, tìm hiểu và thu
thập được nhiều kiến thức cũng như tích luỹ thêm kinh nghiệm để có thể bước ra môi
trường học tập để thích nghi với môi trường làm việc của doanh nghiệp. Tiến hành
nhận xét kết quả trong quá trình thực hiện đồ án giữa những gì thực hiện thực tế so với
kết quả trong lý thuyết.

 Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Kết luận về những gì đạt được trong quá trình thực hiện đồ án. Đưa ra thêm những
hướng phát triển khả thi cho đề tài để có thể ứng dụng tốt trong thực tế.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 QUY TRÌNH IN NHIỆT
2.1.1 Giới thiệu về in nhiệt
Phân loại in nhiệt (Thermal print):
- In nhiệt trực tiếp: Ở phương pháp này giấy in và đầu in tiếp xúc trực tiếp.
Không sử dụng bằng mực giống như các máy in hóa đơn sử dụng đầu in kim. Công
nghệ in kim với tốc độ in chậm hơn rất nhiều so với việc in nhiệt trực tiếp. Chúng đã
dần trở nên lỗi thời. Trong giấy này có chất nhạy nhiệt, chỉ cần có nhiệt độ tác động
lên nó sẽ chuyển thành màu đen. Vì thế, khi đầu in nhiệt của máy in nóng lên tác động
vào giấy in nhiệt nó sẽ hiển thị những thông tin cần in. In nhiệt không cần sử dụng
mực in, do đó chi phí giảm mang lại hiệu quả kinh tế cao. Đầu in nhiệt rất bền và có
thể in liên tục trong một thời gian dài.
- In chuyển nhiệt: Một trong những phương pháp in ấn hiện đại đang được sử
dụng phổ biến rộng rãi trên thị trường. In chuyển nhiệt sử dụng nhiệt độ cao, và
loại mực in đặc biệt (còn gọi là mực in chuyển nhiệt) để in hình ảnh lên giấy in nhiệt
rồi sau đó ép nhiệt lên các vật liệu cần in. Phương pháp này đặc biệt phù hợp để in lên
các sản phẩm áo thun có họa tiết phức tạp, nhiều màu sắc. Bên cạnh đó kỹ thuật in
chuyển nhiệt cũng được ứng dụng khá phổ biến trong các ngành in ấn quảng cáo, tạo
mẫu trong các công ty may mặc, các công ty in quà tặng. In hình ảnh, logo lên ly sứ,

dĩa sứ, in áo thun, in lên pha lê, in lên thủy tinh, in lên gạch men, gỗ, …

2.1.2 Mô tả kỹ thuật in nhiệt trực tiếp
Đầu in nhiệt có tác dụng tác động vào giấy in nhiệt để in ra những thông tin cần
in. Mỗi một đầu in nhiệt có một trục lăn. Nó được làm bằng cao su có chức năng lăn
giấy và ép để cho giấy tác dụng với đầu in nhiệt của máy in nhiệt. Khi giấy in nhiệt
đến giữa trục lăn và các đầu in. Đầu in nhiệt lúc này sẽ tạo ra một lượng nhiệt nhất
định tác dụng lên bề mặt của giấy in.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Ưu điểm kỹ thuật in nhiệt trực tiếp:


In tốc độ cao.



Chính xác.



Bảo mật.



Gọn nhẹ.



Không cần mực để in.



Không tích lũy chất độc trong cơ thể do tiếp xúc trực tiếp với mực

in công nghiệp, không gây ô nhiễm môi trường.

2.1.3 Tìm hiểu thông số của một số loại giấy in nhiệt trên thị trường
Dựa vào khổ giấy in nhiệt thì người ta phân làm 3 loại chính là giấy in nhiệt khổ
K80, giấy in nhiệt khổ K57 và giấy in nhiệt khổ K75. Tiếp theo từ khổ giấy in nhiệt
này lại phân loại tiếp theo theo đường kính cuộn giấy. Do nhóm sử dụng giấy loại K57
nên chỉ tìm hiểu về loại giấy này.
Các loại giấy in nhiệt K57 theo đường kính cuộn:
- Giấy in nhiệt K57 đường kính 45mm. Giá: 5.500 đ/cuộn. 1 thùng 100 cuộn:
550.000 đ/thùng. Loại này thông dụng nhất trên thị trường được sử dụng nhiều cho
cửa hàng, siêu thị, quán ăn.
- Giấy in nhiệt K57 đường kính 38mm. Giá: 5.000 đ/cuộn. 1 thùng 140 cuộn:
700.000 đ/thùng. Chuyên dùng cho các máy quẹt thẻ.
- Giấy in nhiệt K57 đường kính 30mm. Giá: 4.000 đ/cuộn. 1 thùng: 250 cuộn.
Giá: 1.000.000 đ/thùng. Chuyên dùng cho máy pos mini.
- Giấy in nhiệt K57 đường kính 80mm. Giá: 18.000 đ/cuộn. 1 thùng 50 cuộn.
Chuyên dùng làm giấy in nhật ký ATM K57 dùng cho máy Diebold - Loại xuyên
tường.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

Trong đề tài này sẽ thực hiện thi công mô hình máy in nhiệt cầm tay. Trước tiên
nhóm sẽ xây dựng sơ đồ nguyên lý kết nối giữa đầu in nhiệt với KIT Discovery, mạch
nguyên lý gồm có: khối sạc pin, khối điều khiển động cơ cuộn giấy vào đầu in nhiệt,
khối cảm biến giấy, khối cắt giấy, khối ổn áp nguồn, khối đèn báo.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Về phần điều khiển sẽ sử dụng KIT Discovery lập trình để thực hiện việc điều
khiển mô hình, cùng với các thiết bị như IC cầu H L293D điều khiển động cơ bước,
cảm biến giấy, động cơ servo cắt giấy, truyền dữ liệu cho đầu in nhiệt, màn hình hiển
thị thông tin cần in ấn.
Thiết bị đầu vào: Nút nhấn, màn cảm ứng.
Thiết bị đầu ra: Đầu in nhiệt, dao cắt giấy, màn hình hiển thị.
Thiết bị điều khiển trung tâm: KIT Discovery STM32F746NGHx lõi
ARM Cortex-M7.
Chuẩn truyền dữ liệu: SPI,I2C.

2.2.1 Cảm biến giấy
Cảm biến giấy là thiết bị thường được sử dụng trong các máy in, không chỉ có tác
dụng phát hiện giấy mà còn có thể sử dụng như công cụ định vị giấy dựa vào các dấu
in có sẵn trên giấy.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang dựa vào truyền ánh sáng từ bộ phát tới
vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại
bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra.
Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng
điện) và sau đó được khuếch đại.

Cảm biến xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng.

Hình 2.1: Hình ảnh minh họa quá trình hoạt động của cảm biến.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.1: Thông số cảm biến quang trong đầu in nhiệt

Ký hiệu

Giá trị

Đơn vị

Dòng

𝐼𝐹

50

mA

Áp ngược

𝑉𝑅

5

V

Công suất

P

70

mW

𝑉𝐶𝐸𝑂

20

V

𝑉𝐸𝐶𝑂

5

V

Dòng cực thu

𝐼𝐶

20

mA

Công suất cực thu

𝑃𝐶

70

mW

Mục

Ngõ vào

Điện áp giữa cực
thu và cực phát
Điện áp giữa cực
Ngõ ra

phát và cực thu

2.2.2 Động cơ bước
Động cơ bước được chia làm hai loại: nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có
loại động cơ hỗn hợp nhưng nó không khác gì với loại nam châm vĩnh cửu).
Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ
rotor của chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do.
Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp
đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các
phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước.
Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một

mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó
giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (
hold torque) của động cơ.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bảng 2.2: Thông số động cơ bước trong đầu in nhiệt
Mục

Thông số kỹ thuật

Loại

Nam châm vĩnh cửu

Cực

Lưỡng cực(bi-polar)

Góc quay

9˚/bước

Trở kháng cuộn
dây/cực
Điện áp

10Ω

DC 4,2~8,5V

Điều khiển động cơ bằng cách cấp xung kích cho từng cặp cực như mô tả ở hình
bên dưới:

Hình 2.2: Giản đồ xung kích cho động cơ bước.

2.2.3 Giới thiệu về vi điều khiển ARM
a. Tổng quan về ARM
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc
vi xử lý 32 bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được sử dụng
rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc
tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của
công ty máy tính Acorn. Nhóm thiết kế hoàn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1
vào năm 1985, và vào năm sau, nhóm hoàn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với
thiết kế đơn giản chỉ gồm 30.000 transistor. ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian
địa chỉ 26 bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit. Thế hệ
sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa.

Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước. ARM2
có 30.000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35.000. Ý tưởng của nhà sản
xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy
chọn nào đó để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những
nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra được sản phẩm với nhiều tính năng
mà giá thành vẫn thấp.
ARM lõi Cortex là lõi nhúng kế thừa các ưu điểm từ các thế hệ lõi ARM11 về
trước đó. Để phù hợp với nhu cầu sử dụng, ARM Cortex được chia làm 3 dòng:
 Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ
trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2.
 Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời
gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2.
 Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối ưu
về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. (Dòng ARM STM32 có lõi
Cortex-M).

Hình 2.3: Phân khúc chip Cortex của ARM trong thị trường nhúng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tập đoàn ST Microelectronic đã cho ra mắt dòng STM32, vi điều khiển đầu tiên
dựa trên nền lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế, lõi ARM CortexM3 là sự cải tiến của lõi ARMv7-M 32bit truyền thống, từng mang lại sự thành công
vang dội cho công ty ARM. Dòng STM32 thiết lập các tiêu chuẩn mới về hiệu suất,
chi phí, cũng như khả năng đáp ứng các ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và tính
điều khiển thời gian thực khắt khe.
Chip ARM Cortex-M4 tích hợp lõi xử lý trung tâm, gọi là CM3Core, với các

thiết bị ngoại vi hệ thống tiên tiến để tạo ra các khả năng kiểm soát ngắt, bảo vệ bộ
nhớ, gỡ lỗi và theo vết hệ thống. Các thiết bị ngoại vi có thể được cấu hình một cách
thích hợp, cho phép bộ vi xử lý Cortex-M4 đáp ứng được rất nhiều ứng dụng và yêu
cầu khắc khe của hệ thống. Lõi của bộ vi xử lý được thiết kế đặc biệt để đáp ứng yêu
cầu bộ nhớ tối thiểu, năng lượng tiêu thụ thấp và thiết kế nhỏ gọn.
Chip ARM Cortex-M7 là một vi điều khiển 32-bit cao cấp nhất trong series
Cortex-M của ARM cho đến hiện nay. Theo ARM, Cortex-M7 có DSP (Digital Signal
Processing: Xử lý tín hiệu số) cao gấp đôi so với Cortex-M4 do đó có thể xử lý cùng
lúc 2 tập lệnh, giúp cho M7 có thể hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn. Đây là dòng
chip MCU 32-bit giúp tăng tốc thông dịch dữ liệu từ các cảm biến thành thông tin số.
Nó tăng gấp đôi hiệu năng tính toán và DSP trong khi giảm thiểu mức tiêu thụ điện
năng nhờ vào công nghệ sản xuất 28nm. Chip M7 hỗ trợ các thiết bị nhúng điều khiển
giọng nói hoặc giao diện rich OS và còn được sử dụng trong các smartphone hoặc trên
xe hơi để điều khiển các chức năng màn hình chạm và âm thanh phức tạp hơn.
Về cơ bản thì chip Cortex-M không được gọi là vi xử lý mà nó chỉ đóng vai trò là
một chip vi điều khiển (microcontroller) do cấu trúc thiếu đi một bộ phận khá quan
trọng là MMU (Memory Management Unit - Đơn vị quản lý bộ nhớ). Nhiệm vụ chính
của MMU là đứng giữa CPU và bộ nhớ để xử lý quá trình đọc ghi của memory và
thông dịch giữa địa chỉ ảo và địa chỉ vật lý. Đó là lý do tại sao các hệ điều hành như
Linux (Android), Windows, MAC OS, và iOS đều phải cần đến MMU.
Phân tích sâu vào chi tiết thì ta thấy Cortex-M7 được tích hợp một ống dẫn siêu
vô hướng 6 trạng thái với các FPU single/double-precision (Một khối chịu trách nhiệm
thực thi các chỉ lệnh toán học phức tạp) và tập lệnh 32-bit ARMv7, Dual 16-bit MAC,

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11