针式打印机属于“点阵式打印机”中的“击打式”机种，由于其直接在打印纸上输出字符的打印头主要是由打印针及其驱动线圈构成的，故得名“针式”。虽然针式打印机的发展速度不如喷墨打印机那样快，它与喷墨打印机相比，存在着工作噪音大打印速度慢、打印质量差等缺点，但是，它所独自具有的“拷贝打印”(一次可打印多张纸)、快速换行以及对打印纸质量要求不高等特点，是其他“非击打式”打印机不能具备的。它在银行、税务、商务以及交通稽征和保险业等部门中的票据、凭证的特殊打印功能是其他打印机所不能取代的。所以，它不仅不会被淘汰，而且单位的维修量还在不断扩大中。
         针式打印机按其打印头所具有的打印针数量多少来分类，可分为1、5、7、9、16、18、24、36和48针打印机，但目前使用最广泛的是24针打印机，这24根针有规律地排列，组成24X24点阵，可一次性打印出较高质量的汉字，而且打印速度较快。高档的48针打印机，具有48X48点阵的精密型汉字打印功能，不但打印速度快，而且打印的质量很高。
         本文针对使用最广泛，维修量最大的24针打印机来讲解。针式打印机的总体结构由机械结构部分和电路部分组成，机械结构部分主要由打印头、字车驱动机构、走纸驱动机构、色带传动机构、打印机状态传感器以及机壳、机架等组成。电路结构部分主要由“主控板”电路(含CPU及其控制系统、存储器、接口电路、各种状态检测电路、驱动电路等)以及操作面板电路和电源电路等组成。
          其中，打印头和主控电路是整个针式打印机的核心。在CPU的控制下，驱动电路负责驱动打印针的击打动作和字车、走纸两个电机的协调运转，提供各个机械传动部分的动力，完成整个打印过程。各种状态检测电路接收对应各个传感器的信息，传达给CPU，以实现打印机的自动控制和报警。接口电路沟通电脑主机和打印机之间的信息往返和数据传输。电源电路为整个打印机的工作提供能源。机壳和机架用于保护和支撑针式打印机的机械及电路。
一、针式打印机的打印头
        打印头是针式打印机最关键的重要部件之一，是打印结果的最终执行器件。它具有体积小巧、结构紧密、制造精度高等特点。

         针式打印机常采用两种形式的打印头(以24针抑头为例): 

1.储能式(永磁式)打印头

          储能式打印头主要由打印针、导板衔铁、磁环、盖板、线圈以及硅橡胶等组成。其结构如图1所示。图2画出了储能式(永磁式)一根针的工作原理(其他23根针的工作原理是相同的)。

          当线圈(1)中没有电流通过时，永磁铁(5)吸引住衔铁(3)，使其贴在铁芯(2)上。弹片(4)被弯曲，机械能就储存在弹片(4)中(储能式由此得名，又因其内部结构中有永磁铁，故又称“永磁”式)。当线圈(1)中有电流通过时，铁芯(2)被磁化，产生一个和永磁铁(5)相反的电磁场，这时，电磁场抵消了永磁铁的磁场，使弹片(4)储存的机械能被释放而恢复原来状态，带动衔铁(3)及打印针(6)向右击打出去，撞击色带，使其在打印纸上印出一个点来。线圈通电结束后，弹片(4)和衔铁(3)连同打印针(6)又被永磁铁的磁场吸引而返回初始位置，弹片(4)又储能，准备好下一次的出针击打。

         AR2463、AR3240等型号的针式打印机的打印头采用储能式(永磁式)工作方式。

2.拍合式打印头

        拍合式打印头主要由导向槽及导向板、打印针、衔铁(杠杆)、弹簀以及带线圈的铁芯等组成，其结构如图3所示。

        图4画出了拍合式打印头一根针的工作原理示意(其他23根针的工作原理是相同的)。当打印线圈中有电流通过时，线圈所包绕的铁芯被磁化而产生磁场力，吸合衔铁(即杠杆)，使其向右运动压缩回位弹簧后，带动打印针向右击出，击打在色带上，在打印纸上印出一个点。

        当线圈中没有电流通过时，铁芯的电磁力消失，在回位弹簧恢复力的作用下，衔铁带动打印针回到初始位置，准备好下一次的出针打印。
二、打印头打印字符的原理

          当打印机接收到电脑主机发来的打印某一字符的指令时，即通过“存储器管理电路"(北桥)从存储器(字库)中取出对应的“字符点阵数据”并转换成对应的信号电压，这个信号电压经过“打印头驱动电路”放大后，去驱动打印头内的“针驱动线圈”，使其通电后将铁芯磁化，立即对衔铁产生吸引，衔铁迅速带动打印针向印字胶辊击打而去。由于在打印头与印字胶辊之间隔着色带和打印纸，因此，在打印针击向印字胶辊的过程中，击打在色带上，从而在打印纸上就印下了一个“色点”。24根针的有序排列，在“字符点阵信号”控制下以“点阵组字”的规律分别多次快速地击打，就在打印纸上印下了许多细小的、有规律排列的色点(即“像素”)，从而组合成相应的文字或字符。针式打印机的色带机构主要由色带传动机构、颜色选择机构(彩色针式打印机)以及色带和色带盒等组成，其机械部分的结构如图5所示。

1.色带传动机构

          色带传动机构由色带传动齿轮、色带驱动齿轮、驱动轮、齿条皮带等组成。色带传动轴上装有多个齿轮，它和驱动轴之间各有一个弹簧离合器。两个离合器方向相反，使得字车正反运动时，色带驱动轴均向着一个方向旋转。色带驱动机构所需要的动力有两种提供的方式，在单色的针式打印机中，一般是利用字车电机带动同步齿形带或钢丝绳驱动色带轴转动;在彩色针式打印机中，一般是采用两个单独的电机分别驱动色带的正向反向走带。图6和图7分别是AR3240与CR3240两种针式打印机的色带传动机构示意图。

2.色带盒

          针式打印机的色带盒分为单色和彩色的两种。无论是单色色带盒还是彩色色带盒，都是借助于字车电动机的转动，拖动色带盒中的色带进行单向循环，与打印纸接触，在打印针的撞击作用下，色带就将颜色传递到打印纸上。单色色带盒和彩色色带盒的不同之处在于，单色色带盒只做左右穆动，不做上下移动;而彩色色带盒除了要做左右移动之外，还要做上下移动，根据彩色打印的需求，不断地变换打印头所接触到的不同颜色的色带部位，从而打印出不同颜色的字符来。彩色色带盒通常为“4色带”方式，即在同一条色带上平行分布着黑、红、蓝、黄4种颜色，根据“混色原理”，通过单色打印或两色多次打印，打印出不同的颜色来。

        图8为色带盒与打印辊之间的相对位置示意图。打印头撞击色带，将色带上的油墨粘附在打印纸上以留下印记，这相当于我们平时用复写纸写字，色带的作用就相当于复写纸。如果长时间只使用一处“复写”，极易造成局部色带颜色变淡，使最终的打印颜色不均匀。为了避免这种情况并延长色带的使用寿命，通常将色带设计成周长很长的环形带状，卷绕后安装在色带盒中，在打印时色带传动机构会驱动传动电机以使色带在打印头移动的同时，自身亦缓慢地做单向步进循环转动，不断地改变被打印针击打的部位，从而确保打印颜色均匀。当色带使用久后，其上的油墨会耗尽而使打印出的字迹变淡，这时就要打开色带盒，更换色带了。
三、针式打印机的字车传动机构组成及原理

         针式打印机的字车机械传动机构主要由字车电机、调速带、导轨(导柱)、调速滑轮、字车滑动架及打印头等组成。如图9所示。

         其中，字车电机为整个传动机构提供动力，通过调速带拖动字车滑动架沿着导轨只作水平方向的左右运动;字车滑动架的作用是装载打印头。这样，随着字车电机的正反向运行，字车滑动架就运载着打印头，使打印头在正常工作时只作水平方向的“微步移动”，完成在整张打印纸上的“横向”打印过程;而走纸机构在打印头每完成水平方向上的一行打印过程之后，，拖动打印纸在垂直方向上移动一行距离，则完成在打印纸上的“竖向”打印过程。
四、针式打印机走纸机构的组成及原理
        走纸机构也称“输纸机构”或“纸驱动机构”。打印机走纸机构主要由走纸电动机、压轮、走纸齿轮、离合器齿轮打印辊、压纸杆、链齿器、送纸调节杆等组成。走纸机构一般有以下两种形式:
        1.打印辊摩擦走纸机构

        打印辊摩擦走纸，是指打印纸在传动时被放在印字胶辊和压纸辊之间，走纸电机驱动印字胶辊沿着走纸方向转动。打印纸通过强大的摩擦力随印字胶辊的转动而实现走纸过程。打印辊摩擦走纸方式适用于单面纸的走纸。打印辊摩擦走纸机构示意图如图10所示。

        2.链轮式走纸机构

        链轮式走纸，是指具有走纸孔的专用打印纸在传动时被链轮所拉动。由走纸电机为整个机构提供动力，驱动链轮式走纸机构沿走纸方向转动，链轮拉动有走纸孔的打印纸而实现走纸过程。链轮式走纸机构示意图如图11所示。

        目前，大部分针式打印机同时具有打印辊摩擦走纸机构和链轮式走纸机构，以适应不同的打印纸以及各种不同方式的打印功能。具有两种走纸机构的打印机走纸结构示意图如图12所示。

五、针式打印机传感器系统的组成及原理
         对于不同型号的针式打印机，状态传感器的设置也不同。传感器系统主要用于检测打印机的工作状态，将状态信息及时传送给打印机内的CPU，以实现打印机的自动控制及出现状态异常时的自动报警。这些传感器无外乎是热敏式、机械触点式和光电式三种方式。结构上有温度传感器、起始位置传感器、机盖状态传感器、纸尽传感器、胶辊间隙传感器及牵引摩擦传感器等。
       1.温度传感器

        针式打印机中用于检测打印头的工作温度的传感器称作“打印头温度传感器”，装置在打印头中。它通过“软排线电缆”及接插件与“主控电路板”相连，将打印头温度值转换成对应的电压直接传送给CPU，由CPU识别、判断后作出相应的控制。

         图13是LQ-1600K针式打印机的“打印头温度传感器”(装在打印头中的热敏电阻)及cPU的温度检测电路。图13中，热敏电阻经插件CN15与“打印头温度检测电路”连接，使其与R80组成一个串联分压电路，对基准电压VAREF进行分压，得到的分压值经R81送至CPU的ANO端。负温度系数的热敏电阻在温度升高时其电阻值下降;温度下降时其电阻值升高。这样，在工作过程中，当打印头的温度发生变化时，热敏电阻的阻值发生相应的反向变化，引起串联分压电路的分压值改变，使CPU得到打印头温度变化的信息。当打印头的温度升高到设定温度极限值(100°C)时，CPU的ANO端电压降至0.8V左右，即发出保护指令，使打印机自动停止打印并发出报警信号。此时，字车运载着打印头只作左右往返运动(打印针处在“悬浮”状态不出针)，以便尽快使打印头的温度散发，直到降至安全温度为止。
         2.起始位置传感器

         该传感器用于检测打印头的初始位置，当打印机在通电之初的复位状态或收到电脑主机的“初始化”指令INIT时，检测字车是否停在左边开始打印的原始位置上，故又称“字车左界传感器”。一般针式打印机的初始位置传感器普遍采用-一个U形光电转换器，安装在打印机左侧的机座上。

         图14是LQ-1600K针式打印机的起始位置传感器及CPU的相关检测电路。当字车不在“左界”位置时，发光二极管发出的红外光直接射到光敏管上，光敏管导通，CPU的RAO端得到一个低电平;当字车回到“左界”位置时，字车滑动架底部的“遮光板”插入U形光电转换器的U形槽中，遮断了光线，使光敏管截止，CPU的RAO端得到一个高电平。CPU通过对这一高/低电平变化的检测，获得字车是否“归左”的信息。一旦字车不能回归起始位置，CPU就会发出停机.指令并报警。
         3.纸尽传感器

          纸尽传感器是当打邱纸用完后，由相关的检测电路将这一缺纸”信息传达给CPU，通过报警系统报警，提醒操作人员重新装纸。

         在打印机中通常采用“机械触点式”或“光电转换式”这两种方式的传感器对缺纸状态进行检测，图15是Q-1600K针式打印机的“机械触点式”纸尽传感器及其“纸尽检测电路”。当打印机无纸时，机械开关闭合，CPU的PA1端检测到一个低电平，即发出报警指令;当打印机有纸时，机械开关的触点断开，CPU的PA1端检测到-一个高电平，打印机可以正常工作。

          图16是CR-3200针式打印机的“光电式”纸尽传感器及其“缺纸检测”电路。当打印机有纸时，发光二极管发出的红外光经过打印纸反射到光敏管上，使光敏管导通，5V经过光敏管和R85使三极管VR14 的基极为高电平，经VR14倒相为低电平，使CPU的P37端检测到一个低电平，得到“有纸”的信息，打印机可以正常工作;当打印机无纸时，则CPU的P37端检测到一个高电平，立即发出报警信号。
        4.印字胶辊间隙传感器

         印字胶辊间隙传感器是用来检测打印头与印字胶辊之间的距离，使CPU获得操作者通过调节“打印头调节杆”的档位所确定的正常/拷贝打印方式，以控制“打印头脉冲发生器”输出适当占空比的脉冲，确定打印头的出针力度。

         图17是lQ-1600K针式打印机的印字胶辊间隙传感器及其检测电路，使用-一个机械触点开关作为检测器件。当打印头调节杆的位置在1~3挡时，属于正常打印方式，此时，机械开关闭合，CPU的PB7端检测到-一个低电平，输出控制信号使“打印头脉冲发生器”输出脉冲的空比下降，通过打印针驱动线圈的电流下降，出针力度减小，适合于正常打印;当打印头调节杆位置在4~8挡时，属于拷贝打印方式，此时，开关触点断开，CPU的PB7端检测到一个高电平，输出控制信号使“打印头脉冲发生器”产生的脉冲占/空比加大，通过打印针驱动线圈的电流上升，出针力度加大，适合拷贝打印方式。

         5.牵引/摩擦传感器

         牵引/摩擦传感器位于走纸构架处，负责检测打印机的走纸方式是采取摩擦走纸方式还是牵引走纸方式。图18是LQ-1600K针式打印机的牵引/摩擦传感器及其检测电.路，使用了机械触点开关作为检测器。当“纸释放杆”向前采用奔引输纸方式时，机械开关的触点闭合，CPU的PB6端检测到一个低电平;当“纸释，放杆”向后采用摩擦输纸方式时，机械开关的触点断开，CPU的PB6端检测到一个高电平，输出不同的控制信号使送纸机构的机械传动部分配合不同的输纸方式。
         6.机盖状态传感器
         有些针式打印机装置有机盖状态传感器，一般采用簧片开关作为检测器，(也有用霍尔器件作为检测器的)，当机盖盖好以后，开关的触点闭合;反之则开关的触点断开，由相关的检测电路将检测到的高/低电平传送给CPU，使cPU获得机盖的状态信息。如果机盖没有关好，打印机将不能启动。