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Bluetoothサーマルプリンター
2023.08.01

YouTube でも紹介しています。画像をクリックすると再生できます。


ナダ電子 AS-289R2プリンタシールド
過去の記事「ナダ電子 AS-289R2プリンタシールド」では、サーマルプリンターとラズベリーパイをUART接続して、ソースコードを印刷しました。
今回はBluetooth接続により、ソースコードを印刷できるようにして、利便性を高めてみました。

●概要図


ナダ電子 9600bos AS-289R と 38400bps AS-289R2 に対応させています。

●DP-EH600

日本語非対応の19200bos DP-EH600 も使用できますが、漢字が含まれる場合はその部分を「?」で印刷しています。


分解してディスプレイケースに固定しています。

●Seeed Studio XIAO ESP32C3
パソコンとサーマルプリンターの中継には 安価で入手した XIAO ESP32C3 を使いました。 ですが、XIAO ESP32C3 のシリアルポートはちょっと独特なので、あまりお勧めしません。 この ESP32C3 自体、Bluetooth機能を持っていますが、Bluetooth 5.0 のBLEライブラリを用いたコーディングが面倒だったので、 後述する HC-02 Bluetooth モジュールを使っています。

ProcessorESP32-C3 SoC
RISC-V single-core 32-bit chip processor with a four-stage pipeline that operates at up to 160 MHz
WirelessComplete 2.4GHz Wi-Fi subsystem Bluetooth 5.0/ Bluetooth mesh
On-chip Memory400KB SRAM & 4MB Flash
Interface1x UART, 1x I2C, 1x I2S, 1x SPI,11x GPIO(PWM), 4x ADC
1x Reset button, 1x Boot button
Dimensions 21 x 17.5mm
PowerCircuit operating voltage: 3.3V@200mA
Charging current: 50mA/100mA
Input voltage (VIN): 5V
Deep Sleep Power ConsumptionDeep Sleep Model: >44 μA
Wi-Fi Enabled Power ConsumptionActive Model: <75 mA
Modem-sleep Model: <25 mA
Light-sleep Model: <4 mA
BLE Enabled Power ConsumptionModem-sleep Model: <27 mA
Light-sleep Model: <10 mA

●Pinout


Power Pins
5V - This is 5v out from the USB port. You can also use this as a voltage input but you must have some sort of diode (schottky, signal, power) between your external power source and this pin with anode to battery, cathode to 5V pin.
3V3 - This is the regulated output from the onboard regulator. You can draw 700mA GND - Power/data/signal ground

●HC-02 Bluetooth Serial Port Module
HC-06 はBluetoot非接続時に設定が可能ですが、HC-02はKEY端子をHIGHにすることで設定が可能になります。
通信速度の異なるサーマルプリンターに応じてBluetooth通信速度を動的に変更しようと考え、 通信モジュール名、アドレスを動的に変えてみたのですが、ペアリングの挙動が安定しません。 現状では、プリンターとマイコン間でのUART通信速度のみ動的に変更しています。

Bluetooth 2.0 serial port module.
MODELHC-02 Slave
Work band2.4G
Communication interfaceUART3.3V TTL
Working voltage3.0~3.6V
Baud rate1200~115200bps
Communication level3.3V
Communication current30mA
The transmitting power6dBm (maximum)
Reference distance10m


HC-02の設定は下記の過去記事も参考にしてください。
番外編 mirco:bit 磁気・加速度センサ

ATコマンドモードによるモジュールの設定
User Manual of HC-02 V1.1 Bluetooth Serial Port ...

ラズベリーパイとシリアル接続し、KEY端子を3.3Vに接続してATコマンドモードに切り替えます。
HC-02(RXD,TXD,GND,VCC,KEY)→RaspberryPi(TX,RX,GND,3V,3V)
PlatformIOのデバイスモニタで接続します。Bluetoothモジュールの初期通信速度は9600bpsとなっています。
$ pio device monitor -p /dev/ttyAMA0 -b 9600

Bluetooth名を変更します。
AT+NAMEhc_02_9600
OKsetname

PIN番号は初期値「1234」になっています。任意の番号に変更します。
AT+PIN〇〇〇〇
OKsetPIN

再度設定内容を確認します。
AT+RX
OK+NAME=hc_02_9600
OK+PIN=〇〇〇〇
OK+ADDR=XXXXXXXXXXXX
OK+BAUD=9600

Bluetoothモジュールの通信速度は、サーマルプリンタの中でもっとも低速なAS-289Rに合わせるので、9600bpsから変更しません。
HC-02のKEY端子を開放して設定モードから抜けます。

HCシリーズのATコマンド仕様は機種により異なるのでデータシートで確認してください。

●Bluetoothペアリング

PIN番号入力の際には、
AT+PIN〇〇〇〇
で指定した番号を入力します。


Bluetoothとその他のデバイス画面を下にスクロールして、デバイスとプリンターをクリックします。


該当するデバイス名を右クリックしてプロパティを開きます。


hc_02_9600のプロパティのハードウェア・タグを開くと COM12ポートを使用していることがわかります。

 AS-289R/R2 
 DP-EH600 
 -  ESP32C3  -  HC-02 
     RX0(D7)  -  TXD
     TX0(D6)  -  RXD
RX  -  RX1(D9)     
     TX1(D10)     
GND  -  GND  -  GND
     3V  -  VCC
     D0  -  KEY
     D1(pullup)
  for AS-289R
    
     D2(pullup)
  for DP-EH600
    
     D3(pullup)
  for AS-289R2
    
Vin(5V)   5V-(Battery 3.7V)    
GND   GND-(Battery GND)    
AS-289R:9600bps, DP-EH600:19200bps, AS-289R2:38400bps。D1, D2, D3ピンのいずれかを1KΩを介してGNDに落とすことで、サーマルプリンターを選択しています。


右側がプリンターとパソコンを仲介しているモジュールです。


ジャンクのカメラにはいっていたリチウムバッテリーを電源として取り付けています。


サーマルプリンターは入力電圧5~9Vのものもありますが、AS-289の場合は入力電圧は5V±5%ですので注意が必要です。

ソースコードのビルドには、PlatformIOを使用しています。
Arduino開発環境構築 PlatformIO

$ pio boards xiao
Platform: atmelsam
=========================================================
ID         MCU        Frequency Flash RAM  Name
---------- ---------- --------- ----- ---- --------------
seeed_xiao SAMD21G18A 48MHz     256KB 32KB Seeeduino XIAO

Platform: espressif32
==========================================================================
ID                 MCU     Frequency Flash RAM   Name
------------------ ------- --------- ----- ----- -------------------------
seeed_xiao_esp32c3 ESP32C3 160MHz    4MB   320KB Seeed Studio XIAO ESP32C3
seeed_xiao_esp32s3 ESP32S3 240MHz    8MB   320KB Seeed Studio XIAO ESP32S3
$ mkdir -p ~/XiaoEsp32c3/As289r2
$ cd ~/XiaoEsp32c3/As289r2
$ pio init -b seeed_xiao_esp32c3

$ vi src/ble_prn.ino
#include <Wire.h>
#include <HardwareSerial.h>

HardwareSerial SerialBLE(0);
HardwareSerial SerialPRN(1);

#define INTERVAL   (50)
#define PIN_09600  D1
#define PIN_19200  D2
#define PIN_38400  D3

int baudrate;
int max_column = 48;

void set_prn(HardwareSerial *serial)
{
	// 初期化(印字バッファ内データ抹消))
	serial->write(0x1b);
	serial->write(0x40);

	if (baudrate == 19200) {

		max_column = 42;

		// Character font B (9*17)
		serial->write(0x1b);
		serial->write(0x21);
		serial->write(0x01);

		// Set line spacing
		serial->write(0x1b);
		serial->write(0x33);
		serial->write(0x14);
	}

	if ((baudrate == 9600)||(baudrate == 38400)) {

		max_column = 48;

		// ANK文字フォント指定(8x16ドット)
		serial->write(0x1b);
		serial->write(0x68);
		serial->write(0x30);

		// 漢字フォント指定(16x16ドット)
		serial->write(0x12);
		serial->write(0x53);
		serial->write(0x31);

		// 文字コード指定(UTF-8)
		serial->write(0x1b);
		serial->write(0x24);
		serial->write(0x30);
	}

	// 行間スペース量指定(0ドット)
	serial->write(0x1b);
	serial->write(0x41);
	serial->write(0x01);

	// 文字間スペース量指定(0ドット)
	serial->write(0x1b);
	serial->write(0x20);
	serial->write((uint8_t)0x00);
}

void put_prn(HardwareSerial *serialin, HardwareSerial *serialout)
{
	int ch;
	int row = 0;
	int col = 4;
	int numByte;
	int i;

	while(1) {
		while (serialin->available()) {
			if (row == 0) {
				serialin->write(0x0a);
				serialout->write(0x0d);
				serialout->printf("%03d ",++row);
				serialin->printf("%03d ",row);
			}
			ch = serialin->read();
			switch(ch) {
				case 0x09: // TAB
					serialin->write(' ');
					serialout->write(' ');
					++col;
					break;
				case 0x0d:
					--col;
					break;
				case 0x0a:
					// 行末に改行コードがきた場合は、自動改行されるので無視する
					if ( col % max_column ) {
						serialin->write(ch);
						serialout->write(0x0d);
					}
					serialout->printf("%03d ",++row);
					serialin->printf("%03d ",row);
					col = 4;
					break;
				case EOF: // EOF
				case 0x1a:
					serialin->write(0x0a);
					serialin->write(0x0a);
					serialout->write(0x0d);
					serialout->write(0x0d);
					serialout->write(0x0d);
					return;
					break;
				default:
					if ((ch & 0x80) == 0x00) { // 1byte文字
						serialin->write(ch);
						serialout->write(ch);
						++col;
					} else {
						// 48桁目に2バイト文字がきた場合は、改行する
						if ( !((++col) % max_column)) {
							serialout->write(0x0d);
							col = 2;
						} else {
							++col;
						}
						// UTF-8文字コードのバイト数判定
						if ((ch & 0xE0) == 0xC0)        { numByte=2; // 2byte文字
						} else if ((ch & 0xF0) == 0xE0) { numByte=3; // 3byte文字
						} else if ((ch & 0xF8) == 0xF0) { numByte=4; // 4byte文字
						} else if ((ch & 0xFC) == 0xF8) { numByte=5; // 5byte文字
						} else if ((ch & 0xFE) == 0xFC) { numByte=6; // 6byte文字
						} else { numByte=0;
						}
						if ((baudrate == 9600)||(baudrate == 38400)) {
							serialout->write(ch);
						} else {
							serialin->write('?');
							serialout->write('?');
						}
						for(i=1;i<numByte;) {
							if (serialin->available()) {
								ch = serialin->read();
								if ((baudrate == 9600)||(baudrate == 38400)) {
									serialin->write(ch);
									serialout->write(ch);
								}
								i++;
							} else {
								delay(10);
							}
						}
					}
					break;
			}
			if (!(col % max_column)) {
				// AS-289R2は自動改行される
				serialin->write(0x0a);
				if ((baudrate == 9600)||(baudrate == 38400)) serialout->write(0x0a);
			}
		}
	}
}

void setup() 
{
	Wire.begin();

	pinMode(PIN_09600, INPUT_PULLUP);
	pinMode(PIN_19200, INPUT_PULLUP);
	pinMode(PIN_38400, INPUT_PULLUP);

	if (digitalRead(PIN_09600) == LOW) {
		baudrate = 9600;
	} else if (digitalRead(PIN_19200) == LOW) {
		baudrate = 19200;
	} else if (digitalRead(PIN_38400) == LOW) {
		baudrate = 38400;
	} else {
		baudrate = 9600;
	}

	SerialBLE.begin(9600, SERIAL_8N1, RX, TX);
	SerialPRN.begin(baudrate, SERIAL_8N1,  9, 10);

	set_prn(&SerialPRN);
}

void loop()
{
	if (SerialBLE.available()) put_prn(&SerialBLE, &SerialPRN);
}

【コード解説】

void setup()
初期設定ではサーマルプリンターを識別し、動的に通信速度を設定しています。 ただし、Bluetoothモジュール、パソコン間通信は9600bpsで固定です。

void set_prn()
AS-289シリーズとDP-EH600では使える最小フォントが異なります。 AS-289では1行に最大48文字、DP-EH600では42文字です。
set_prn()では機種別のフォントサイズ指定、行間指定を行っています。

void put_prn()
漢字コード識別、行末制御、行番号出力、制御コード評価などを行っています。

$ pio run -t upload


TeraTermを起動して、COMポートを開きます。


Tera Term 端末設定の改行コードを送受信ともに[LF]にします。


画面上から文字列を入力すると、行番号の付いた文字列がプリント出力されると同時にTeraTermの画面上に印刷イメージが表示されます。

●テキストファイルを印刷する場合

漢字コード:UTF-8、改行コード:LF のファイルを用います。
TeraTermで「ファイル送信」を開いて、ファイルを選択、バイナリにチェックを入れて送信します。


サーマルプリンター DP-EH600 でプリントアウトした様子です。漢字コードが含まれる場合はその部分を「?」で出力しています。

●行番号をリセットする場合
テキストファイル送信では、ファイル終端のEOFを検知して、行番号をリセットしています。 ここでは、TeraTerm画面上から入力した際の行番号リセットの方法を説明します。

send $1A

上記マクロを、eof.ttl という名前でTeratermディレクトリに保存します。


TeraTerm の[コントロール]→[マクロ]で eof.ttl を開くと EOFが送信され。行番号がリセットされます。

■参考文献
Arduino環境でXIAO ESP32C3を使う
XIAO ESP32C3 wiki
PlatformIOでXIAO ESP32C3を動かす
 Raspberry Pi(ラズベリー パイ)は、ARMプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータ。イギリスのラズベリーパイ財団によって開発されている。
2019.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
2020.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
2020.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
2020.02.04 サーマルプリンタを使う
2020.04.10 電卓を制御して数字を表示する
2020.08.03 Seeeduino XIAO
2020.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
2020.09.18 電流計測モジュール INA219
2021.02.16 癒しの電子回路
2021.03.06 疑似コンソール
2021.08.08 電子ペーパー
2021.09.04 AVRマイコン・ATTiny85
2021.09.25 pH測定
2021.11.13 NTP時刻取得と活用
2021.11.27 GPS情報取得
2021.12.11 GR-KURUMI
2021.12.25 ATMEGA328P 3.3V/8MHz
2022.01.11 AS-289R2 プリンタシールド
2022.01.25 TM1637 & ATtiny85
2022.02.22 Raspberry Pi Zero 小道具
2022.03.01 ATTinyCore
2022.03.18 Adafruit QT Py + XIAO Expansion board
2022.07.31 サーマルプリンター番外編:通信筒
2022.09.03 l' art en circuit (回路でアート)
2023.01.01 FTP Server & SPI Flash SD
2023.02.01 LPC810(ARM Cortex-M0+)
2023.02.15 IchigoJam互換機
2023.03.01 Telnet
2023.04.26 USBメモリをUART接続で利用する
2023.05.14 焦電型赤外線モーションセンサー
2023.07.01 文字化けしないキーボード
2023.08.01 Bluetoothサーマルプリンター
2023.08.12 LattePanda 2G/32GB
2023.09.04 SI-3012KS
2023.12.01 疑似コンソール(C言語編)
2023.12.16 昭和レトロ・温度湿度時刻計
2023.12.25 二酸化炭素濃度監視
2024.01.23 なんちゃってmicro:bit
2024.02.07 オリジナル micro:bit
2024.02.23 ESP32 OTA
2024.03.08 TELNETサーマルプリンター
2024.05.08 ESP32 PROGRAM SELECTOR
2024.05.23 統合開発環境とQwiic


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