Der Drucker lernt sehen

(Farb-)grafikfähige Heimcomputer erlauben qualitativ gute Grafikausdrucke auf Nadeldruckern. Der echte Grafikfreak möchte aber auch Grafiken, Fotos und andere Vorlagen in den Computer eingeben können und ggf. weiterbearbeiten. So etwas erledigen, vor allem im PC-Bereich, Scanner. Diese sind einschließlich der Software eine recht teure Sache. Aber hat man nun schon ein Zusatzgerät, das punktfeine Grafik ausgeben kann, nämlich den Drucker, liegt es nahe, ihn auch zur Abtastung von Bildvorlagen mit der gleichen Präzision zu nutzen.

Die Bildvorlagen sind zum Scannen in den Drucker einzuspannen; sie werden durch einen am Druckkopf angebrachten Fototransistor zeilenweise abgetastet. Im Mustergerät, einem K 6313, haben wir die gesamte Schaltung in einer leeren Farbbandkassette untergebracht. Als Rechner sind alle vollgrafikfähigen Konfigurationen mit einer parallelen Schnittstelle (Userport, Joystickanschlüsse bzw. PIO) neben der Anschlußmöglichkeit für einen Drucker geeignet. Besonders gute Ergebnisse werden mit Computern erreicht, die bei einer hohen Auflösung mehrere Farben darstellen können, z. B. Atari ST, Amiga, C 64 oder Atari XL/XE. Aber auch mit einem KC 85/3 lassen sich gute Ergebnisse erreichen, wenn man auf Farbdarstellung verzichtet und nur Grauwerte ausgegeben werden sollen.
 

Hardware

Das Erfassen der Bildinformation erfolgt durch einen Miniaturfototransistor SP 211 (BPX 62). Eine IR-Leuchtdiode (VQ 120, CQX 571, TIL 23, 24, 25) leuchtet den abzutastenden Bildausschnitt aus. Da beide Bauelemente im infraroten Bereich arbeiten (Wellenlänge etwa 900 nm), vermeidet man Störungen durch Umlicht sicher.
Ein A 277 (UAA 170) digitalisiert das vom Fototransistor gelieferte Analogsignal. Die an die Ausgänge geschalteten Leuchtdioden VD3 bis VD6 dienen zur Anzeige der Pegel und stellen durch ihre Anordnung den A 277 auf Punktbetrieb ein.
Mit den Einstellreglern R5 und R4 (DickschichtregIer) ist die minimale und die maximale Referenzspannung einzustellen. R2 dient der Anpassung der Empfindlichkeit des A 277, die von der Grundhelligkeit der Vorlage abhängig ist.
Mit der vorliegenden Konfiguration wird eine 4-Bit-Wandlung realisiert, da auf dem eingesetzten KC 85/3 nur vier Graustufen in akzeptabler Auflösung darstellbar sind. Eine Erweiterung bis auf 12 Bit ist problemlos möglich. Mittels der Transistoren VT2 bis VT5 und der Gatter D1.1 bis D1.4 erfolgt die Aufbereitung des Signals zu einem computergerechten TTL-Pegel. Der Taster ST1 dient der Synchronisation von Scanner und Drucker. Die Versorgungsspannung ist separat mit mindestens 6V bereitzustellen, da der A277 unter 6V nicht arbeitet. Um volle TTL-Kompatibilität zu erreichen, erfolgt mittels VD7 ein Absenken der Betriebsspannung für D1.

Bild1: Stromlaufplan der Scannerelektronik
 

Praktischer Aufbau

Die Schaltung ist auf einer Zweiebenen- Leiterplatte aufgebaut. Der Sensor befindet sich auf einer separaten kleinen Leiterplatte. 

Bilder 2 bis 7: Leiterplatte und Sensorplatte im Detail

Die beiden Opto-Bauelemente des Sensors sind entsprechend Bild 8 zu montieren. 

Bilder 8 und 9: Montage der Sensoren und Anschlußbelegung der beiden optoelektronischen Bauelemente 

Der Umgang mit den beiden winzigen Bauelementen sollte sehr sorgfältig erfolgen: Die Anschlüsse sind lediglich als winzige Anschlußfahnen bzw. Gehäuseanschlüsse ausgeführt, da die Bauelemente ursprünglich für das direkte Einlöten in Leiterplatten konzipiert sind. Die an die
Bauelemente angelöteten Drähte sind nach Bild 8 so zu biegen, daß die Brennpunkte beider Bauelemente bei montierter Sensorleiterplatte einen Punkt auf der Papierebene darstellen. Der fertig gebaute Sensor ist am Druckkopf in Höhe der Nadeln zu befestigen. Dabei sollte der Abstand von VT1 zum Papier etwa 0,5 bis 1mm betragen. Wird die Farbbandkassette mit dem Druckkopf bewegt und ist sie groß genug, sind die Sensorplatine und die Auswerteelektronik, wie beim Muster geschehen, darin montierbar. Dann läßt sich der Wechsel von Scan- zu Druckbetrieb sehr einfach bewerkstelligen.

Bild 10: So ist die Sensorplatte in einer leeren Farbbandkassette unterzubringen

Bild 11: Gesamtansicht der Montage des Scanners am K 6313

Der Taster zur Synchronisation ist so am Druckergehäuse zu befestigen, daß er vom sich bewegenden Schlitten etwa 5 bis l0mm von der linken Ruheposition entfernt betätigt wird. Beim Muster haben wir ihn mittels Aluminiumwinkeln am vorderen Gehäuseteil angebracht (Bild 12).

Bild 12: Detailansicht der Anbringung des Mikrotasters zur Synchronisation
 

Abgleich

Zunächst ist der Strom durch VD1 einzustellen (etwa 70 mA). Für den Abgleich der minimalen und maximalen Referenzspannung werden R2 ungefähr auf Mittelstellung gebracht und ein konstrastreiches Bild zum Scannen eingespannt. Dann stellt man den Sensor auf eine schwarze Stelle des Bildes und R4 (min) so ein, daß keine LED leuchtet (entspricht schwarz). Nachdem man das Bild nun mit seiner hellsten Stelle vor den Sensor gebracht hat, ist R5 (max) so einzustellen, daß VD6 (entspricht weiß) leuchtet. Mit R2 läßt sich die Grundempfindlichkeit je nach Grundhelligkeit der Vorlage verändern.
 

Software

Die Software realisiert die Steuerung des Druckers und die Abfrage der Eingänge. Die vorgestellte Variante basiert auf der Musterkonfiguration KC 85/3, K 6313, PIO-Modul und V.24-Schnittstelle. Bei anderen Computern ist sie entsprechend anzupassen.
Die Abfrageroutine sollte je nach Computer in einer schnellen Sprache (Pascal, C, Assembler) geschrieben sein. Ihr prinzipieller Programmablauf ist aus Bild 14 zu ersehen.

Bild 14: Programmablaufplan der Abfrageroutine

Für den KC haben wir die Software getrennt in BASIC und Maschine geschrieben. Die Darstellung der Grafik erfolgt beim KC durch vier Pseudo-Graustufen (Bild 13). 

Bild 13: Graustufendarstellung des KC

Das Maschinenprogramm realisiert die V.24-Initialisierung (für K 6313 bzw. Kompatible), die Hardcopy-Funktion (vierfache Größe), das Abspeichern des Bildes auf Kassette, die Abfrage des Scanners und die zeilenweise Darstellung der Grafik auf dem Bildschirm. Die einzelnen Maschinenprogrammteile werden durch das BASIC-Programm aufgerufen und dabei die erforderlichen Parameter übergeben. Die Parameterund Einsprungadressen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1: Parameter- und Einsprungadressen

Vor dem Scannen sind dem BASIC-Programm drei Werte zu übergeben:
Die Abfragerate bestimmt die Geschwindigkeit des Abtastens. Je geringer dieser Wert ist, desto kürzer sind die Pausen zwischen den einzelnen Abtastvorgängen (entspricht der horizontalen Auflösung).
Die Scannbreite gibt an, wie weit sich der Druckkopf bis zur vollständigen Abtastung des Objekts bewegt.
Der Papiervorschub bestimmt den Zeilenabstand (vertikale Auflösung).
Beispiel: Bei einem Bild mit den Abmessungen 90mm x 60mm ergeben die Werte 6,45,1, ein maßstabsgerechtes Scannen.
Vor dem Starten muß man den PIO-Modul mit SWITCH XX 1 einschalten (XX - Modulschacht).
Im vorliegenden Programm ist für den V.24-Modulschacht der Wert 1C eingetragen (je nach Gerätekonfiguration veränderbar).

Listing 1: Hex-Listings des Maschinenprogramms
Listing 2: BASIC-Listing des Bedienprogramms