基于ESP32的微型热敏打印机-V1.0

项目简介

该项目是复刻BiliBili小智学长【单片机嵌入式Arduino实战】手把手做打印机项目。以ESP32微控制器为主控单元，是一个可移动便携的物联网打印终端，支持蓝牙遥控、文本和图片打印、低功耗运行等功能。

项目参数

1. 以ESP32微控制器为主控单元，利用其强大的处理能力、丰富的接口（Wi-Fi/BLE/GPIO/UART）和低功耗模式特性。
2. 集成JX-2R-01热敏打印头模，实现高速文本/图形打印
3. XC6210B332MR模块：稳压3.3V为芯片及外设供电
4. AP2005模块：升压至7.2V为打印头供电
5. 使用PMOS控制开关，进行电池电量检测

原理解析（硬件说明）

本项目由以下部分组成，ESP32最小系统、TYPE-C & 调试口电路、TYPE-C & 调试口电路、充电管理电路、电池电量检测电路、升压电路、VCC转3.3V稳压电路、电机驱动电路、打印头缺纸检测电路等部分组成。

1. ESP32最小系统
这里选用的型号是ESP32-WROOM-32E-N4。首先查看ESP32的技术参考手册，了解ESP32的相关参数特性，管脚布局和定义，封装和最小系统图。





绘制ESP32最小系统，为确保 ESP32 芯片上电时的供电正常，EN 管脚处需要增加RC延迟电路。RC通常建议为 R=10kΩ，C=1µF。

2. TYPE-C电路
为了使板子能正常的运行工作、需要另外购买USB转TTL模块、杜邦线，也要把IO0和EN引脚焊接出来。这样不太方便，为了方便烧录、供电和调试，设计USB线供电、烧录、调试电路和添加自动下载电路。
首先下载接口是UART口 VCC(3.3V) TX RX GND。所以需要添加USB TYPEC接口、电压转换电路、USB转串口模块。

TYPEC端子使用的是20009-UCAF001-X，CC1 CC2接电阻后接地，这是Typec口用于做接入检测和正反接识别的，如果这两个口不接悬空，接上充电器时充电器不会输出电压。VBUS为电源端，接电脑USB或充电器时，默认为5V。UD+ UD-为数据线。

3. VCC转3.3V电路
由于TYPEC端输入电压是5V，而芯片需要3.3V供电，5V转3.3V，输出电流在500ma以上.这里稳压芯片选用的是XC6210B332MR。


根据数据手册可知。只需要在输入输出添加旁路电容，两个1μF的陶瓷电容。

4. 把USB的D- D+信号转为TX RX信号、
因为ESP32端的下载调试引脚为串口，而TypeC端输入信号为USB信号，所以需要进行信号转换，使用CH340系列芯片：CH340C，该芯片带有RTS DTR接口。


5. 自动下载电路

6. 充电管理电路
项目中使用ME4054B-N作为充电管理方案，充电电流最大500mA，而且封装较小。



7. 升压电路





8. 电量检测电路
因为是电池供电的产品，我们需要知道电池剩余电量是多少，所以需要添加一个电量检测电路。
电量检测的技术原理是使用电阻分压原理，把电池电压分压后，通过芯片ADC进行读取，和电位器读取原理类似，最终再通过ADC值转换出电压值，电池电压在缺电3.3V，满电4.2V，这样我们就可以按比例估算出剩余的电量。
另外，为了节省功耗，可以在电池端添加一个MOS管，控制检测的开关，这样，在不需要读取电量时，就可以关闭MOS管，降低功耗，
这里使用PMOS控制开关:当ADC_EN为低电平，此时PMOS导通，可以读取POWER_ADC的值。

9. 按键电路
项目中添加了一个按键，用来测试打印机的打印、电机的运行功能，短按时运行打印机测试代码，长按时控制电机运动。

10. 打印模组
在项目中，打印模组选择的是精芯的一体化机芯，型号为精芯JX-2R-01微型热敏打印机芯。机芯中已经包含打印头、电机、热敏电阻、传感器，引出的就是FPC的软排线，结构紧凑且稳定。




11. 热敏电阻模块
打印模组在工作时，原理是通过加热的方式让热敏纸变色的，如果长时间一直加热，会导致打印头有损坏风险，所以需要通过热敏电阻做温度监测。
打印头中内置了热敏电阻来监测温度，由于不需要高精度的温度测量，那我们要做的其实就是通过串联一个电阻（普通电阻即可，需要精度高的可以选1%精度的），然后通过分压的公式算出热敏电阻的阻值，最后通过下方计算公式或者RT表转换出实际温度即可。



所以电路特别简单，TM一端接地，另一端接THER口（10k电阻到电源），然后读取THER端的ADC值。

12. 缺纸侦测
打印模块在工作时，需要放入打印纸，如果没有打印纸，会导致打印异常，所以需要用到缺纸检测模块。打印机芯内置了一个反射性光电通断侦测传感器，用于缺纸检测。如下图所示，左边是光电传感器、中间是比较电路、右边是输出。

当缺纸时，光电侦测发出的光无法被反射，输出高电平。当纸张正常，光电侦测发出的光被反射，由接收管接收，输出低电平，光电开关的电路驱动，当缺纸时，不要启动打印机加热。

PHE接比较器、VSEN接逻辑电源、PHK接180欧后接GND。

软件代码

放在附件中了

组装流程

工程中有三个PCB板，系统板放置在最底层，可以用四个铜柱支撑，打印机托板放置在系统板上面，用铜柱支撑，M2螺丝固定打印头，打印纸托纸板放置在打印机拖纸板上方，用M3铜柱固定，然后可以打印纸托板穿过打印纸，托举起来。

固件烧录

首次烧录时，请勿接打印头！！！！！！首次使用时电池请充满电使用。

1. 接上电池，电池别接反，红线是+，黑线是-
2. 接上Typec烧录线
3. 打开开关
4. 这时候会在电脑的设备管理器中找到对应COM口。如果找不到，需要下载CH340的驱动，见附件。如果提示未能识别设备，需要安装下CH340驱动，安装完成后重启电脑。
   下载烧录工具见附件flash_download_tool_3.9.3.zip
   打开软件选择ESP32
   
   选择对应固件和地址esp32_bootloader_v4.bin和firmware_printer_v1.0.3.bin。
   
   选择好固件、参数后，点击START开始烧录，等待烧录完成便可开始测试，烧录完成后，重新上下电设备即可。

实物图

除PCB外需要的器件

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