CN105094378A - 一种操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于XTP2046电阻屏的操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法。具体包括：当触摸屏上有压力挤压时变为低电平，根据引脚的电平状况分辨出电阻屏上是否正在写字：如果有触摸事件发生，则cpu通过SPI口，发送读取X坐标的命令0X90，然后读出两个字节的数据。手写字迹模仿方法可以手写出字迹相仿的字体，日本的写字机能够写出优美方正的字迹，但是不能够模仿操作者的字迹，在一些情况下与打印机无异。但是如果具备仿字迹系统，就能够识别出操作者的字迹，在结构上应用三维六轴机械结构来控制三个轴向的运动，在对于笔尖精度的控制上进行了提升。

Description

一种操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法

技术领域

本发明涉及基于XTP2046电阻屏的操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法。

背景技术

字迹模仿是一个比较新颖的领域，我们每个人都有自己的笔迹，生活中我们的字迹不可复制。而在一些独特的场合，例如证书的批量签名，项目的整体规划文件，本人亲自写字具有不同意义。对此，本发明设计制作了一个手写字迹模仿方法，主要针对市面上已经拥有的一些机器进行改进与功能的加深。例如雕刻机，自动写字机，在实现它们各自功能的基础上增加了字迹模仿的功能。本系统亦可以用在新型商品的logo设计，批量制作出作者的手绘图样。

本发明制作应用XTP2064电阻屏以及汉字联机识别系统来识别操作者所写出的汉字，并对系统汉字库中的汉字代码进行编辑。由于不同人的字迹有抑扬顿挫的笔锋，因此在结构上采用与3D打印机相仿的三维六轴结构，在纸面上建立三维的空间坐标系。当在触摸屏上书写字迹时，系统进行文字的识别及编码，之后把相关指令输送给步进电机驱动电路，通过控制步进电机的运动来实现自动写字并高度模仿操作者的笔迹。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够识别操作者所写汉字并能够在纸面上书写出来的操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法.

本发明的目的是这样实现的：

一种操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法，包括如下步骤：

(1)当触摸屏上有压力挤压时变为低电平，根据引脚的电平状况分辨出电阻屏上是否正在写字：

(2)如果有触摸事件发生，则cpu通过SPI口，发送读取X坐标的命令0X90，然后读出两个字节的数据；

(3)发送读取Y坐标的命令0XD0之后再读取两个字节的数据；

(4)点击触摸屏的四个角，得到四组数据，分别是X，Y坐标的最大值和最小值：

x＝3.75/(U-U0)+x1

y＝3.75/(U'-U0')+y1；

(5)测量X面的面电阻Rx，Y面的面电阻Ry，触摸屏两附加板之间的测量值z1，由上一步得出的X轴的坐标值x1，y1，代入公式

R_触摸＝Rx·x1/4096(4096/Z1-1)-Ry（1-y1/4096）

计算出R_触摸，设定标准压力F0

F＝F0*R_触摸/R_标准；

(6)通过F的大小相对控制写字机写字时的z轴，设定字迹

High＝F-F0/F

High作为z轴标志位，供给以后的z轴向电机算法代码使用；

(7)判断汉字的像素长度x1，y1，设定speedx，speedy，令

x1/y1＝speedx/speedy

得出平面两个电机的运行速度比，令z1＝High，当书写力度均匀时，z1＝0，表明其在水平面上机械运动，当z1>0时，其运动方式为重笔，z1<0为轻笔或笔画的末端笔尖离开直面；

(8)系统在识别完字体之后，会将相应电阻屏上显示的笔画转化成步进电机的控制代码，此部分为cpu代码控制部分。

本发明的有益效果在于：

手写字迹模仿方法可以手写出字迹相仿的字体，日本的写字机能够写出优美方正的字迹，但是不能够模仿操作者的字迹，在一些情况下与打印机无异。但是如果具备仿字迹系统，就能够识别出操作者的字迹，在结构上应用三维六轴机械结构来控制三个轴向的运动，在对于笔尖精度的控制上进行了提升。

附图说明

图1为系统整体结构图；

图2为三维六轴模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

本发明为制作一套手写字迹模仿方法，该系统。在一些独特的场合，写出与操作者本人相同的字迹具有相当不同的意义。

本发明专利属于：本发明涉及基于XTP2046电阻屏的数据采集与处理方法以及独特的六轴机械结构。对在屏上手写汉字的坐标进行分析计算与电机运动指令的编写。结构上采用3D打印机特有的3维六轴结构，用三个步进电机实现三个轴向运动，带动中心笔尖的运动，实现不同人字迹的高度模仿。

本发明的目的是制作一套手写字迹模仿方法，该系统能够识别操作者所写汉字并能够在纸面上书写出来。在一些独特的场合，写出与操作者本人相同的字迹具有相当不同的意义。

1.本发明所要解决的技术问题是，对手写电阻屏上数据进行采集处理。并进行步进电机指令编码。

2.设计三维立体空间机械结构，增加抑扬顿挫的笔锋，使写字机书写字体更加具有真实感。手写字迹模仿方法可以手写出字迹相仿的字体，日本的写字机能够写出优美方正的字迹，但是不能够模仿操作者的字迹，在一些情况下与打印机无异。但是如果具备仿字迹系统，就能够识别出操作者的字迹，在结构上应用三维六轴机械结构来控制三个轴向的运动，在对于笔尖精度的控制上进行了提升。

本系统工作过程为：操作者在手写屏上写出自己的字迹，系统通过采集笔尖的落点坐标及对应压力参数对字迹进行分析与识别，在识别出字迹后，通过程序中预先写好的指令对电阻屏数据参数进行计算，转换成步进电机运动代码。对硬件结构中的步进电机进行程序控制，在纸面上写出与电阻屏字迹相仿字迹。

1.系统工作详细叙述

首先在电阻屏上写出字体，其中，手写屏的作用是提供写字空间，由于笔锋的不尽相同，所以我们重在采集笔尖落点的微小变化，所以选用电阻屏而不选用电容屏；XPT2046是一款四线制触摸屏控制器，内含12位分辨率125khz转换速率逐步逼近型A/D转换器，支持从1.5v到5.25v的低电压I/O接口。XTP2046能通过执行两次A/D转换查出被按压的屏幕位置，除此之外还可以测量屏幕上的压力；CPU采用飞思卡尔半导体公司K10芯片，其中PORTB20-23为芯片SPI接口。则与XPT20462,3,4,5引脚相连。PORTB0设置为I/O口数据采集端，用于中断设置。把XPT2046的第11个引脚接到cpu的引脚设置为中断引脚，当没有压力按压在触摸屏上时，引脚显示为高电平，当触摸屏上有压力挤压时变为低电平，根据引脚的电平状况可以分辨出电阻屏上是否正在写字。如果有触摸事件发生，则此时cpu通过SPI口，首先发送读取X坐标的命令0X90，然后读出两个字节的数据。之后发送读取Y坐标的命令0XD0之后再读取两个字节的数据，此种方法用于读取触摸坐标值。由于XPT2046是12位精度ADC，即在读取的字节中只有高12位为有效数据位。点击触摸屏的四个角，得到四组数据，分别是X，Y坐标的最大值和最小值。用上述方法能够计算出书写位置的坐标:

x＝3.75/(U-U0)+x1

y＝3.75/(U'-U0')+y1

XPT2046也能对压力进行处理与计算，由于不同人写字风格不同，所以对于同一个字，不同人在笔画上下笔的力度不同。此时应用XPT2046进行触摸屏的压力计算既能够分析出操作者下笔的力度。首先测量X面的面电阻Rx，Y面的面电阻Ry，触摸屏两附加板之间的测量值z1，由上一步得出的X轴的坐标值x1，y1，代入公式

R_触摸＝Rx·x1/4096(4096/Z1-1)-Ry(1-y1/4096)

即可计算出R_触摸，此时设定标准压力F0

F＝F0*R_触摸/R_标准

当书写在触摸屏上压力增大时，F也相应增加。所以通过F的大小相对控制写字机写字时的z轴，设定字迹

High＝F-F0/F

High作为z轴标志位，供给以后的z轴向电机算法代码使用。

在系统识别x-y轴的汉字位置信息之后，则对应计算完成平面运动的两个步进电机的运动指令，例如“一”手写汉字不会是一条直线，而稍带有倾斜度，这时判断汉字的像素长度x1，y1。设定speedx，speedy。

令

x1/y1＝speedx/speedy

得出平面两个电机的运行速度比，此时令z1＝High，当书写力度均匀时，z1＝0，表明其在水平面上机械运动，当z1>0时，其运动方式为重笔，z1<0为轻笔或笔画的末端笔尖离开直面。

系统在识别完字体之后，会将相应电阻屏上显示的笔画转化成步进电机的控制代码，此部分为cpu代码控制部分：其代码为：

机械结构由互相垂直的三个支架以及能够控制的步进电机及相应履带构成，三维的运动构架能很好实现笔锋的抑扬顿挫以及笔画之间的停顿。其原理是控制三个步进电机的协调运动，其中对x轴和y轴的控制由手写电阻屏上采集到的手写汉字的笔画位置信息确定，而对于z轴的控制则由书写时触摸电阻的阻值确定。以至于再次执行汉字书写命令时书写出与识别汉字高度相仿的字体。三维六轴模型如图2所示

其中我们选定cpu的PORTA0，PORTA1，PORTA2，PORTA3，PORTA4，PORTA5为FTM0的CH5，CH6，CH7，CH0，CH1，CH2设置为步进电机的PWM输出；执行机构采用步进电机，步进电机驱动器采用大创LV8731驱动模块，主要是在驱动步进电机的过程中能实现PWM控制，对于三个电机控制起来相对简单。

通过以上代码对三个步进电机的控制，系统则能够进行模仿手写汉字的书写。

本发明主要是通过操作者在XPT2046手写电阻屏上进行书写汉字，系统cpu会识别对应的书写坐标点与笔尖的压力，记录每个笔画的坐标位置与相应压力。对坐标数据进行处理，转化成步进电机控制代码。每个汉字都有其对应的步进电机控制代码，x-y轴的步进电机实现字型的书写，z轴的步进电机实现笔锋的处理。在一个三维的空间里书写汉字精度能够做到更高。这就是整体的手写字迹模仿系统，可以用在自动写字机中，增加仿字迹的功能。

本发明主要是完成手写字迹的高度模仿，通过硬件电路方面，机械结构方面以及模仿字体的软件编码，可以应用于自动写字机，雕刻机等。现有的写字机，雕刻机虽然能够写出一手方正的好字，但是却不能够仿照人们的笔记进行书写，在一定的场合中能够写出与操作者笔迹相仿的字迹是非常必要的。

在发明过程中应用了XPT2046电阻屏以及步进电机的驱动算法，硬件电路上采用单片机控制步进电机的方式来作为驱动整体的运动。机械结构上应用了与3D打印机类似的六轴机械结构，是对控制以及机械知识的融合，意在使打印机在实现仿字迹的基础上做到精度更高。

本发明的关键技术是在于实现字迹模仿的系统。利用电阻屏采集操作者笔尖的运动轨迹，对采集到的数据进行处理得到相应汉字的步进电机控制代码。在整体设计方面，利用新型的六轴机械结构，用三个步进电机控制笔尖在在三维的空间里运动，实现通过调动步进电机完成写字指令。

Claims (1)

1.一种操控笔尖三维运动的手写字迹模仿方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当触摸屏上有压力挤压时变为低电平，根据引脚的电平状况分辨出电阻屏上是否正在写字：

(2)如果有触摸事件发生，则cpu通过SPI口，发送读取X坐标的命令0X90，然后读出两个字节的数据；

(3)发送读取Y坐标的命令0XD0之后再读取两个字节的数据；

(4)点击触摸屏的四个角，得到四组数据，分别是X，Y坐标的最大值和最小值：

x＝3.75/(U-U0)+x1

y＝3.75/(U'-U0')+y1；

(5)测量X面的面电阻Rx，Y面的面电阻Ry，触摸屏两附加板之间的测量值z1，由上一步得出的X轴的坐标值x1，y1，代入公式

R_触摸＝Rx·x1/4096(4096/Z1-1)-Ry(1-y1/4096)

计算出R_触摸，设定标准压力F0

F＝F0*R_触摸/R_标准；

(6)通过F的大小相对控制写字机写字时的z轴，设定字迹

High＝F-F0/F

High作为z轴标志位，供给以后的z轴向电机算法代码使用；

(7)判断汉字的像素长度x1，y1，设定speedx，speedy，令

x1/y1＝speedx/speedy

得出平面两个电机的运行速度比，令z1＝High，当书写力度均匀时，z1＝0，表明其在水平面上机械运动，当z1>0时，其运动方式为重笔，z1<0为轻笔或笔画的末端笔尖离开直面；

(8)系统在识别完字体之后，会将相应电阻屏上显示的笔画转化成步进电机的控制代码，此部分为cpu代码控制部分。