HP C6602A墨盒驱动

背景

现有一型号为HP C6602A的墨盒，需要研究其驱动方式，并使用合适的微控制器对其进行控制。

工作内容

一、研究墨盒的驱动

墨盒的驱动原理和方法参考了现有开源项目InkShield的理论部分。由于HP C6602A是一款商业墨盒，HP公司并不提供技术细节，因此从驱动到物理连接等都需要自行研究。InkShield的作者在文献中寻找到了一种相类似的墨盒HP 51604的驱动方法。
墨盒喷头共有12个喷嘴，分别对应电路连接的12个触点。外加两个公共触点，该墨盒一共有14个触点对外连接。党需要某个喷嘴需要喷墨时，可以给这个喷嘴对应的触点加一个20V、6μs的正脉冲。不同喷嘴之间的脉冲不能同时发，脉冲之间需要相隔0.5μs以上；而同一只喷嘴的两个脉冲之间需要间隔800μs以上。如下图所示：

InkShield的作者实测了HP C6602A的特性，发现只要脉冲的宽度在3μs至20μs之间、电压在17.5V-27V之间，墨盒都可以正常出墨。而且出墨量不随脉宽和电压波动而变化。这使得用单片机对墨盒进行驱动成为了可能。

二、设计墨盒的机械安装与电气连接结构

然而墨盒的驱动原理和方法搞清楚只是第一步，摆在面前一个非常大的问题就是墨盒的机械安装与电气连接。如下图所示，墨盒的触点镶嵌在墨盒内部的电路板上，两个触点之间的距离约为1.5mm，而触点的大小仅有1mm见方。
C6602A喷头与触点

原始的InkShield项目在使用墨盒的同时需要一款墨盒的转接盒HP Q2374A。然而这款转接盒在国内是无法买到的，因此需要自行设计一款转接板。
Q2374A
此处考虑使用3D打印设计一款安装盒子，设计一款符合连接处尺寸的电路板，即连接板，并使用较细的测试弹簧探针Pogo Pin焊接在电路板上，对准触点进行压接，再通过软排线连接到驱动板上。
Pogo Pin 尺寸

焊接完Pogo Pin的电路板实物
3D打印壳子的设计

三、墨盒驱动设计

墨盒的脉冲要求20V，而单片机输出仅有3.3V和5V，因此需要外部元件进行电平转换。此处选用InkShield项目同款的达林顿阵列ULN2803（也可以选用步进电机常用的UNL2003，二者的区别在于前者8通道，后者7通道，而C6602A有12个通道，用谁都得两片才够）。硬件连接原理图如下图所示：
在这里插入图片描述

该原理图分为三部分。其中左边是Arduino板；中间为自行设计的转接板，用于连接Arduino和达林顿阵列，并连接软排线所用的接口；右侧即为墨盒的连接板，用连接板连接电路板本体。
在这里插入图片描述

墨盒的脉冲要求宽度在3μs至20μs之间，这就要求单片机可以产生足够短的脉冲驱动墨盒。经过测量，如果使用Arduino库中的digitalWrite函数，引脚输出一高一低，延时约为4μs(不支持PWM输出的引脚)-5μs(支持PWM始出的引脚)，这完全符合墨盒的需求，甚至可以使用delayMicroseconds函数加上几微秒的延时。
在这里插入图片描述

达林顿管驱动墨盒的原理图如上图所示。当达林顿管的基极输入低电平时管子闭合，墨盒处于悬空状态，不喷出墨水；当管子基极输入高电平时，墨盒的一端接20V电源，另一端接地，满足电压关系，便触发点火喷墨。因此尽管需要引脚接地喷墨，在达林顿管侧依旧需要高电平脉冲，平时保持低电平。

注意：墨盒的触点不可长时间接地，否则会导致墨盒的点火装置永久损坏。别问我怎么知道的emmm。

四、打印效果展示

在Arduino中写一个简单的测试程序，测试一波喷墨的效果。

int printer_pin[]={19,18,17,16,15,14,7,6,5,4,3,2};
//分别对应引脚A5, A4, A3, A2, A1, A0, D7, D6, D5, D4, D3, D2
int pixel_array[]={4095,3599,3591,4019,4027,4019,3591,3599,4095,4095,//此处省略若干行输出的点阵数据4095,3983,3847,3699,3835,3803,3611,3611
};void printer_print(int pixel)
{int i=0for(i=0;i<=11;i++){if(((pixel>>i)&1)==0)digitalWrite(printer_pin[i],HIGH);delayMicroseconds(6);digitalWrite(printer_pin[i],LOW);}delay(50);
}void setup() {int i=0;Serial.begin(115200);for(i=0;i<12;i++)Serial.println((pixel_array[2]>>i)&0x001);for(i=0;i<=11;i++){pinMode(printer_pin[i],OUTPUT);digitalWrite(printer_pin[i],LOW);}
}void loop() {int i=0;for(i=0;i<328;i++){printer_print(pixel_array[i]);}delay(1000);
}