Fachartikel GeBE-FLASH® mit Bluetooth®

 

Mobiles Drucken Bluetooth- oder Infrarotschnittstellen für kabellose Drucker Autor: Dipl.-Ing. Klaus Baldig

 

Portable Drucker bieten vor Ort Mobilität und Freiheit. Ihr Nutzen steigert sich noch, wenn auch die Daten drahtlos übertragen werden. Dem Anwender stehen dann üblicherweise Infrarot- oder Bluetooth-Schnittstellen zur Verfügung. Der folgende Beitrag stellt ihre jeweiligen Vorzüge und die Anforderungen an eine zuverlässige Stromversorgung vor.
Die kabelgebundene Schnittstelle wird in portablen Druckern mehr und mehr verdrängt. Für die drahtlose Datenübertragung werden hauptsächlich Infrarot oder Bluetooth genutzt. Wichtig ist vor allem, dass das Powermanagement des Druckers mit der Übertragungstechnologie abgestimmt ist. Das Unternehmen GeBe Elektronik und Feinwerktechnik GmbH aus Germering bei München bietet mit dem Gebe-Flash einen portablen Minidrucker an, der neben RS232- und USB-Anschlüssen auch eine Infrarot- oder Bluetooth-Schnittstelle integriert hat.
Schon Traditionell: Drucken per Infrarot
Ältere mobile Infrarotdrucker verwenden ein frühes Hewlett Packard Infrarotprotokoll (HP Ir). Es überträgt unidirektional und ist somit nicht fehlergesichert. Das Protokoll erlaubt lediglich Übertragungsraten von ca. 1000 Bit/Sekunde, die den heute geforderten Druckleistungen nicht mehr gerecht werden. IrDA (Infrared Data Association) ist das derzeit gebräuchlichste Infrarotübertragungsverfahren. Über eine IrDA-Schnittstelle lassen sich Daten zwischen Computern, Mobiltelefonen und entsprechenden Druckern austauschen. Die Übertragung der Ir-Signale steuert der so genannte IrDA-Stack, ein geschichtetes, hierarchisch aufgebautes Kommunikationsprotokoll. Die unterste Protokollebene, der „Physical Layer“, beschreibt die lichttechnische Übertragung. Das für Drucker übliche IrSIR-Verfahren wird für Übertragungsraten bis 115 200 Bit/Sekunde angewendet. Die spezifizierten Mindestübertragungsentfernungen einer IrSIR-Verbindung sind ein Meter für Standard- und 20 cm für Low Power-Geräte. Mit Hilfe einer zusätzlichen Booster-Infrarot-LED sind weit höhere Übertragungsentfernungen möglich, sofern auch die Gegenstelle über eine solche Booster-LED verfügt. Die „Upper Layer“ des IrDA-Stacks, die Serviceprotokolle, stellen die gerätespezifische Verbindung zur Schnittstelle her. Die Einrichtung eines IrDA-Stacks bedeutet einen enormen Aufwand, den viele Hersteller bisher scheuen. Für eine einfache Ir-Übertragung bietet der Drucker Gebe-Flash eine Ir-Schnittstelle mit einfachem fehlergesichertem Punkt-zu-Punkt-Protokoll. Die Hardware ist kompatibel zum IrSIR-Verfahren.
In einem Piconet kommunizieren die Geräte über einen Master. Ist ein Master zugleich Slave in einem weiteren Piconet, so entsteht ein Scatternet.
Übertragungstechnik der Zukunft heißt Bluetooth
Die anmelde- und gebührenfreien ISM- (Industrial, Scientific and Medical)Bänder haben zu einem Boom bei den Datenübertragungen per Funk geführt. Sie umfassen die drei Frequenzbereiche 0,9 MHz, 2,4 GHz und 5,8 GHz. Das sehr verbreitete 433 MHz- oder 868-Band wird meist zum Übertragen kleiner Datenmengen verwendet, beispielsweise für Funkthermometer. Im 2,4 GHz-Bereich werden unter anderen Bluetooth oder WLAN (Wireless Local Area Network) betrieben, im 5 GHz-Band arbeiten WLAN oder Hiperlan (High Performance Radio LAN). Im Druckerbereich haben sich Bluetooth und WLAN als Standard-Funkübertragungen herauskristallisiert, wobei WLAN hauptsächlich nur bei Bürodruckern eingesetzt wird. Bluetooth (im folgenden Text BT) arbeitet im ISM-Band bei 2,4 GHz, das in den USA und Europa frei genutzt werden kann, Einschränkungen gibt es in Frankreich, Japan und Spanien. Der Datendurchsatz beläuft sich auf maximal 721 000 Bit/Sekunde. BT bietet eine äußerst hohe Störsicherheit durch „Frequency Hopping“. Hierbei wird 1 600 mal pro Sekunde zwischen 79 Kanälen gewechselt. Dies ermöglicht selbst in stark gestörten Umgebungen noch ausreichend hohe Netto-Datenraten. BT-Sender werden in drei Leistungsklassen unterteilt: h Klasse 1 mit einer Sendeleistung von 100 mW für Übertragungsreichweiten von maximal 100 Metern, h Klasse 2 mit 2,5 mW für Anwendungen in der näheren Umgebung bis zu 20 Metern, geeignet beispielsweise für Drucker, h Klasse 3 mit 1 mW für Reichweiten bis zu 10 Metern, beispielsweise für Kopfhörer. Ein masterfähiges BT-Gerät sucht in seiner Umgebung nach weiteren BT-Geräten, den Slaves. Das können bis zu acht aktive Geräte sein. Ein Master kann bis zu 256 inaktive Geräte im Standby-Modus verwalten, eine Verbindung zwischen den Slaves ist nur über den Master möglich. Ein solches Funknetz nennt man Piconet. Ist ein Master zugleich Slave in einem weiteren Piconet, so entsteht ein Scatternet. Auch bei BT wird zur Steuerung der Übertragung ein geschichtetes Protokoll eingesetzt, das dem IrDA-Stack sehr ähnlich ist. Es stehen ein Hardware-Layer, Lower-Protocoll-Layer zur Steuerung des Datenflusses sowie Anwendungsprotokolle, die so genannten BT-Profiles zur Verfügung. Für Druckeranwendungen werden folgende Profile eingesetzt: Das Hardcopy Cable Replacement Profile (HCRP) emuliert eine parallele PC-Schnittstelle und ist daher das eigentliche Druckerprofil. Doch leider unterstützen die meisten Sender dieses Profil gar nicht, daher hat sich das Serial Port Profile (SPP) als das derzeit verbreitetste entwickelt. Es stellt aber lediglich eine einfache serielle Schnittstelle zur Verfügung. Alle Applikationsprofile setzen hier auf. Das Basic Printing Profile (BPP) dient zum Übertragen von Objekten auf einen Drucker. Stromversorgung für mobile Drucker aus dem Akku Portable Drucker werden meist kabellos mit Energie versorgt, üblicherweise mit preiswerten NiMH- (Nickel-Metallhydrid) Akkus oder hochwertigen Lilon- (Lithium-Ionen) Akkus. Druckwerk, Ansteuerlogik und die Datenübertragung selbst verbrauchen Energie. Der Anwender erwartet, dass elektronische Geräte permanent betriebsbereit sind, ohne ein- oder ausgeschaltet werden zu müssen. Obwohl die Sendeleistungen eines Funksenders sowie Druckströme eines Thermodruckers mit bis zu 3 A zum Teil sehr hoch sind, spielen sie für die Einsatzdauer des Druckers nur eine untergeordnete Rolle. Denn der größte Energiemenge wird während der inaktiven Phasen entnommen.
Der GeBE-FLASH ist inbereits in kleine Serien mit kundenspezifischer Bedienfolie und eigener Gehäusefarbe zu haben.
Standby-Strom muss gering sein
Ein Beispiel: Ein BT-Drucker soll über 10 Stunden 100 Bons à 10 cm Länge ausdrucken. Bei einem mittlerem Stromverbrauch während des Ausdrucks von 1 A und etwa zwei Sekunden Druckdauer entnimmt der Drucker dem Akku pro Tag 60 mAh. Die Sendeeinheit benötigt für zwei Sendesekunden und eine Stromaufnahme von 70 mA pro Tag 4,2 mAh. Bei einer üblichen Bereitschaftsstromaufnahme von ca. 35 mA entnimmt das Gerät in 10 Stunden über 350 mAh dem Akku. Um diesem Problem der hohen Standby-Stromaufnahme zu begegnen, können sich moderne kabellose Drucker in den Sniff-Modus versetzen. In diesem Zustand „schläft“ der Drucker, nur ein stromsparender Empfänger lauscht in der Umgebung nach eventuellen Anrufen. Der Gebe-Flash-Drucker aktiviert alle 1,25 Sekunden seinen Empfänger und „schnüffelt“ nach eventuellen Anrufen eines BT-Masters. Wird vom Master ein Inquiry (Suche nach anderen Geräten) oder Paging (Ansprechen eines bestimmten Gerätes) gestartet, so antwortet der Drucker. Aber erst der Aufbau einer direkten Verbindung weckt das Gerät auf und macht es betriebsbereit. Nach einer einstellbaren, inaktiven Zeit trennt der Drucker die Verbindung und versetzt sich wieder in den Sniff-Modus. Der GeBE-Drucker verbraucht im IrDA-Sniff-Modus 25 µA, im BT-Sniff-Modus etwa 1,2 mA bei voller Empfangsbereitschaft und entnimmt somit dem Akku in 10 Stunden lediglich 0,25 mAh bzw. 12 mAh. Ob Funk oder Infrarot, das Powermanagement des Druckers muss mit der Übertragungstechnologie harmonieren. Infrarot ist preiswert und flexibel einsetzbar, allerdings sind die Reichweite stark eingeschränkt und eine direkte Sichtverbindung immer notwendig. Die Funkverbindung hat sicher die größte Zukunft, zumal die Bluetooth-Technologie in Zukunft preiswerter werden soll. (uh)
Dipl.-Ing. Klaus Baldig ist Leiter Entwicklung und Produktmanagement bei der GeBe Elektronik und Feinwerktechnik GmbH in Germering/München.

 

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