如何将QR204热敏打印机与ESP32-S3-BOX-3连接，并通过单次按键打印文本

热敏打印机无处不在。

无论您是在打印购物小票、餐厅账单、停车券、运单还是排队凭证，很可能您都曾使用过热敏打印机。与传统的喷墨或激光打印机不同，热敏打印机通过选择性加热特殊的热敏纸张来生成文字，因此无需使用墨盒或碳粉。

由于速度、可靠性和低运行成本，热敏打印机已成为嵌入式系统和物联网应用中最受欢迎的输出设备之一。

如果你曾想在Arduino或ESP32项目中添加打印机，那么你会很高兴地发现，这比想象中要容易得多。

在本教程中，我们将使用ESP32-S3-BOX-3连接QR204热敏打印机。为了简化操作，我们不会构建复杂的计费系统或收据打印机，而是从最简单的示例开始。

每当按下屏幕上的打印按钮时，ESP32 会通过 UART 串行连接向热敏打印机发送文本。打印机会立即打印：

尽管这个示例特意简单，但它介绍了嵌入式打印机工作中最重要的概念之一——串行通信。

一旦你了解了文本如何传输到打印机，你就能创建更大的项目，包括：

•销售点(POS)系统

•计费机器

•餐厅点餐系统

•RFID考勤收据

•库存标签

•访客通行证

•智能票务系统

•医疗报告

•物联网数据记录仪

•便携式收据打印机

将该项目视为迈向专业热敏打印应用的第一步。

为什么使用ESP32-S3-BOX-3?

ESP32-S3-BOX-3远不止是一块普通的ESP32开发板。

它集成了高性能的双核ESP32-S3处理器，配备高品质触摸屏、USB Type-C接口、无线网络功能以及出色的图形支持，是人机交互(HMI)项目的理想平台。

无需依赖外部按钮和显示屏，触摸屏让我们能够用极少的硬件构建交互式界面。

在本项目中，触摸屏充当我们的打印按钮。单次触碰即可触发打印过程，使演示更加简洁、直观且易于初学者操作。

为什么选择热敏打印机?

热敏打印机相比传统打印机具有多项优势。

•快速打印速度

•静音运行

•无需墨水或碳粉

•低维护

•小巧紧凑

•低功耗

•简易UART通信

•广泛应用于商业领域

由于大多数嵌入式热敏打印机通过简单的串行指令进行通信，因此与ESP32等微控制器的接口非常容易。

项目概述

该项目的整体工作流程非常简单明了。

ESP32 持续监控触摸屏。

按下打印按钮后，会先发送标准的ESC/POS初始化命令，然后是需要打印的文本。

打印机接收到串行数据后立即开始打印。

由于热敏打印机内部使用标准ASCII字符进行解析，打印文本与向串行监视器写入数据几乎完全相同。

这使得热敏打印机成为嵌入式项目中集成最简单的外设之一。

功能

该项目包括：

•交互式触摸屏界面

•一键打印

•UART通信

•ESC/POS 打印机初始化

•适合初学者的Arduino代码

•兼容QR204热敏打印机

•易于扩展，适用于大型应用

•快速打印

•硬件复杂度低

•嵌入式打印项目的理想起点

了解QR204热敏打印机

在连接任何电线之前，最好先了解打印机的工作原理。

与USB台式打印机不同，QR204通过UART(通用异步收发器)进行通信。

UART 是嵌入式系统中使用最简单的通信协议之一。

ESP32 不会发送复杂的数据包或网络消息，而是直接通过其 TX 引脚传输一串字节。

打印机通过其RX引脚接收这些字节，并将其解释为可打印字符或打印机命令。

例如，发送：

通过UART，打印机会将这些字符精确地打印到热敏纸上。

这种简单性正是热敏打印机在Arduino和ESP32项目中被广泛使用的原因之一。

UART通信的工作原理

UART通信仅需要两条信号线：

•TX(发送)——将数据从ESP32发送到打印机。

•RX(接收)——从打印机接收数据(本项目中为可选)。

ESP32 逐字节传输每个字符。

例如，当我们执行时：

ESP32 将每个字符转换为其 ASCII 表示形式，并通过 TX 引脚发送。

QR204打印机接收这一串字节流，并在纸上打印出相应的字符。

这一过程几乎瞬间完成，使UART成为热敏打印中最快速、最简便的通信方式之一。

第一步：了解硬件

现在我们已经介绍了项目概述，接下来开始组装硬件。

这个项目最棒的一点是，它只需要两个主要设备：

•ESP32-S3-BOX-3

•QR204 热敏打印机

与许多需要保护罩或复杂驱动板的打印机项目不同，QR204 通过 UART 直接通信，因此非常易于上手。

在建立任何连接之前，让我们先简要了解每个组件的作用。

ESP32-S3-BOX-3

ESP32-S3-BOX-3 是该项目的“大脑”。

负责以下事项：

•运行Arduino程序。

•检测显示屏上的触摸事件。

•向打印机发送UART数据。

•显示打印机状态。

•管理用户界面。

由于主板已配备高品质触摸屏，因此无需额外的按钮或LCD模块。

这使我们能够仅使用内置显示屏来创建一个简洁的人机界面(HMI)。

图片占位符：ESP32-S3-BOX-3 开发板

QR204 热敏打印机

QR204 是一款紧凑型热敏打印机，可打印纯文本、收据、二维码、条形码和图形。

它通过加热特殊涂层的热敏纸来打印，而不是使用墨盒。

一些优势包括：

•无需墨水

•高速打印

•低维护

•静音运行

•小巧紧凑

•UART 接口

•支持ESC/POS命令

由于打印机通过UART进行通信，因此将其与ESP32连接非常简单。

理解UART通信

该项目中最重要的概念之一是UART通信。

UART 是通用异步收发器的缩写。

这是一种串行通信协议，允许两个电子设备逐字节交换数据。

与SPI或I²C不同，UART只需要两条通信线路：

•TX(发送)

•接收

将UART视为单向通信。

ESP32 通过其 TX 引脚发送数据来“讲话”。

打印机通过其RX引脚接收数据来“监听”。

每当ESP32发送一个字符时，打印机就会立即打印出来。

例如：

每个字符都单独传输：

打印机接收这些字符，并按原样打印出来。

这种简单性使得UART成为初学者最易上手的通信方式之一。

理解接线

QR204打印机只需少量连接即可。

QR204 打印机

ESP32-S3-BOX-3

RX

GPIO43(TX)

TX

GPIO44(RX)(可选)

接地

接地

VCC

外部5V电源

图片占位符：完整接线图

注意到一些有趣的事情。

打印机的 RX 引脚连接到 ESP32 的 TX 引脚。

这常常会让初学者感到困惑。

原因很简单。

ESP32正在发送数据。

打印机正在接收数据。

因此：

同样地，

虽然这个简单项目不需要打印机的TX引脚，但连接它可以在需要时实现未来的双向通信。

为热敏打印机供电

初学者最常见的错误之一，就是试图直接从ESP32为热敏打印机供电。

热敏打印机的电流相对较高，尤其是在加热打印头时。

因此，强烈建议使用稳定的外部5V电源为QR204供电，并确保该电源能够提供足够的电流。

ESP32-S3-BOX-3 应继续通过其 USB Type-C 接口供电。

保持打印机和ESP32电源的稳定有助于防止打印过程中出现意外重启。

提示：如果打印机运行异常或在打印时ESP32自动重启，通常首先要检查的是电源不足。

第二步：准备Arduino IDE

硬件组装完成后，下一步是准备Arduino开发环境。

如果你之前已经使用过ESP32板子，那么这些步骤中的大多数对你来说应该都很熟悉。

如果这是你第一次做ESP32项目，别担心——我们会一步步为你讲解。

安装ESP32板载软件包

打开Arduino IDE。

导航至：

文件 → 选项

找到标有以下字段的位置：

Additional Boards Manager URLs

如果为空，请粘贴以下网址：

点击确定。

接下来，打开：

工具 → 板块 → 板块管理器

搜索：

安装由 Espressif Systems 发布的最新板载软件包。

图片占位符：安装ESP32板件包

选择正确的电路板

使用USB Type-C数据线将ESP32-S3-BOX-3连接到您的电脑。

现在请前往：

工具 → 板子

选择：

或

根据您已安装的软件包中可用的板定义。

接下来，请从以下选项中选择正确的COM端口：

工具 → 端口

安装所需库

该项目仅使用了少数几个库。

开放时间：

草图 → 包含库 → 管理库

安装：

•LovyanGFX

•LGFX_自动检测

以下库已包含在ESP32板的软件包中：

•硬件串口

•电线

•SPI

因此，这些不需要额外安装。

第三步：上传程序

打开本教程提供的 Arduino 代码。

在上传代码之前，请先验证UART引脚定义：

这些对应于用于与QR204打印机通信的UART引脚。

如果您的硬件使用不同的引脚，只需更新这些值即可。

现在点击“验证”按钮。

如果没有出现编译错误，请点击上传。

上传过程通常不到一分钟。

完成后，ESP32 将自动重启，并显示主界面，其中包含打印按钮。

在接下来的部分中，我们将详细介绍程序本身，解释代码如何与打印机通信，并完成我们的首次热敏打印。

步骤4：理解Arduino程序

现在硬件已连接且程序成功上传，让我们来详细了解一下软件的工作原理。

如果你是Arduino编程的新手，不必担心。你不需要理解每一行代码才能完成这个项目。不过，掌握程序结构的基本知识，将来修改项目会容易得多。

该草图可分为五个主要部分。

•库初始化

•显示初始化

•打印机初始化

•触控检测

•打印功能

让我们逐一理解每个部分。

包含所需库

程序开始时包含多个库。

这些库提供了现成的函数，使我们能够与显示屏和热敏打印机进行通信。

例如：

•HardwareSerial 可使 ESP32 通过 UART 与 QR204 打印机进行通信。

•LovyanGFX 提供内置显示屏的图形支持。

•LGFX_AUTODETECT 会自动为 ESP32-S3-BOX-3 配置显示屏。

如果没有这些库，我们就需要自己编写数百行底层代码。

初始化热敏打印机

与USB打印机不同，QR204通过串行数据进行通信。

在 setup() 函数内部，通过以下方式初始化打印机：

让我们来了解每个参数的含义。

•9600 – 波特率(通信速度)

•SERIAL_8N1 – 数据格式(8位数据，无奇偶校验，1位停止位)

•RXD2 – ESP32 接收引脚

•TXD2 – ESP32 传输引脚

许多热敏打印机通常使用9600波特率，但部分型号可能使用19200或115200波特率。如果打印机无响应，请查阅打印机的说明书以确认正确的波特率。

初始化显示

程序的下一部分将准备ESP32-S3-BOX-3显示屏。

启动时，显示屏显示一个简单的用户界面，包含一个打印按钮。

这提供了视觉反馈，使项目比仅依赖串口监视器更加用户友好。

显示屏还可用于显示以下信息：

•打印中...

?准备就绪

•打印完成

这种即时反馈有助于用户了解设备正在执行的操作。

检测触摸事件

ESP32-S3-BOX-3 内置了一个电容式触摸屏。

我们无需连接外部按钮，只需等待用户触摸屏幕上的打印按钮即可。

Arduino 程序在 loop() 函数中持续检查触摸事件。

当检测到按钮区域内的触碰时，将调用打印功能。

工作流程很简单：

这种方法便于日后通过添加更多按钮来扩展界面，以实现不同的打印选项。

向打印机发送数据

QR204热敏打印机可识别标准文本以及ESC/POS命令。

在打印任何文本之前，打印机会使用 ESC/POS 重置命令进行初始化。

这确保了每次打印都从干净的状态开始。

初始化命令如下所示：

此命令将重置打印机设置，并使其准备好接收新数据。

初始化后，打印文本就像向串行端口写入数据一样简单。

例如：

ESP32 通过 UART 逐个发送 ASCII 字符，打印机会立即将其打印到热敏纸上。

使用额外的 println() 语句来打印多行内容。

最后，再留几行空白，使纸张略微撑开，便于撕下打印好的收据。

步骤5：运行项目

所有设备连接并上传固件后，就可以开始测试项目了。

开启 ESP32-S3-BOX-3 和 QR204 热敏打印机。

几秒钟内，显示屏将显示主界面。

图片占位符：主屏幕

点击屏幕上显示的“打印”按钮。

立即，ESP32 向热敏打印机发送初始化命令，随后是文本数据。

显示屏会显示正在打印。

片刻之后，打印机输出了以下内容：

最后，打印机输入几行空白行后返回空闲状态，准备接收下一个打印请求。

显示屏也会返回主菜单，您只需再次轻触即可重新打印。

步骤6：故障排除

即使是简单的项目，有时也会遇到问题。以下是一些常见问题及其解决方案。

打印机没有打印任何内容

请检查以下内容：

•打印机是否已开启电源?

•热敏纸是否安装正确?

•纸张的方向是否正确?

•TX引脚是否连接到打印机的RX引脚?

•波特率正确吗?

大多数打印问题是由线路错误或波特率设置不当引起的。

随机字符已打印

如果打印机输出的是无法读取的符号而不是文本，则波特率设置错误。

尝试更改：

到

或

根据您的打印机型号而定。

ESP32 打印时重启

热敏打印机在加热打印头时消耗的电流显著更高。

如果在打印过程中ESP32复位，电源可能无法提供足够的电流。

请使用稳定的5V外部电源为打印机供电。

按下按钮后什么也没发生

验证：

•触摸屏运行正常。

•触摸坐标与按钮区域一致。

•固件上传成功。

•显示屏初始化时无错误。

印刷太轻了

热敏纸的质量差异较大。

尝试：

•使用新鲜的热敏纸。

•确保打印机电池或电源稳定。

•必要时清洁热敏打印头。

恭喜!

你现在已使用ESP32-S3-BOX-3成功构建了第一个通过触摸屏控制的热敏打印项目。尽管程序仅打印“Hello World”，但你已经掌握了开发更高级嵌入式打印应用所需的基本概念。

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结论

在本教程中，我们学习了如何通过简单的UART通信将QR204热敏打印机与ESP32-S3-BOX-3连接起来。

从了解热敏打印机的工作原理开始，我们涵盖了硬件连接、Arduino IDE的设置、代码执行，最后通过一次按键操作成功打印出了第一条信息。

尽管示例仅打印简单的“Hello World”消息，但你所学习的技术为许多实际的嵌入式应用奠定了基础。热敏打印机在商业系统中被广泛应用，掌握与它们通信的方法，将为你开发更复杂的项目打开大门，例如计费系统、票据打印机、门禁控制设备、库存管理工具、便携式物联网终端以及智能报告系统。

该项目的目标之一是展示，开始热敏打印并不需要复杂。只需一个ESP32-S3-BOX-3、一台QR204热敏打印机和几行Arduino代码，你就能构建出一个兼具教育意义且高度可扩展的交互式打印系统。

我鼓励你进一步尝试，例如修改打印文本、添加标志、打印二维码、集成传感器，或将打印机连接到基于云的物联网应用。每一次改进都能帮助你更好地理解嵌入式系统，并让你在真实硬件上获得实践经验。

本文编译自hackster.io