嵌入式手寫滿文單詞錄入系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

谷寧馨 王帆++李敏

摘要： 該系統(tǒng)是為建立手寫滿文單詞數(shù)據(jù)庫，設計并開發(fā)的一種滿文單詞的手寫錄入采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于STM32F4處理器設計實現(xiàn)，利用C語言進行開發(fā)。由觸摸屏、SD卡模塊、SRAM、控制模塊、電源供電模塊、USB模塊等構成硬件組成，利用 Altium Designer 9 設計整體電路。設計了簡單方便的操作界面，編寫了手寫滿文單詞錄入的程序，實現(xiàn)手寫滿文單詞后截圖并分類存儲進SD卡中的對應文件夾中，可依此系統(tǒng)建立手寫滿文單詞數(shù)據(jù)庫。經多次測試后，系統(tǒng)已可以良好運行實現(xiàn)所需功能。

關鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)； 滿文單詞錄入； 手寫采集； STM32F4處理器； 觸摸屏

中圖分類號：TP391

文獻標志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0121-04

0引言

文字是人類用來交流的符號系統(tǒng)，是紀錄思想和事件的書寫形式，更是一種文明存在的證據(jù)，中華傳承歷史悠久，對文字的理解和研究是了解史實文明的一種重要手段。尤其在清朝統(tǒng)治的近300年時間里，遺留下了大量有研究價值的滿文文檔，其中內容包羅萬象，天文、水利、地理、政治、軍事都有涉及。深入展開這些滿文文獻的系統(tǒng)研究對于當今人們了解滿族文化，解讀清代史實有著至關重要的作用。而在保存的滿文檔案中，有很大一部分是清代中央和地方各級機構上表事務或下發(fā)詔令時手寫的文書奏折，個人的手寫筆體都不相同，研究手寫滿文文字即已成為當今學界保存和拯救滿族珍貴文化遺產的重要策略手段。

滿文識別的基礎首先就是要建立文字的數(shù)據(jù)庫，尤其是對手寫滿文的識別，更需要采集大量的手寫樣本進行特征提取，本文研究設計的主要功能就是錄入手寫體的滿文文字，分類儲存后建立手寫滿文文字的數(shù)據(jù)庫。

1系統(tǒng)構成

該系統(tǒng)是在STM32F4處理器的基礎上設計實現(xiàn)的，主要有電源供電、觸摸屏輸入、數(shù)據(jù)處理、串行通信四個模塊，手寫文字由觸摸屏上輸入，截屏后的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)處理模塊進行采集、顯示、轉換、儲存等。

電源電路有直流供電和直流降壓兩部分，直流供電部分接外部電源，經過穩(wěn)壓芯片MP2359轉換為 5 V 電源輸出。直流降壓使用穩(wěn)壓芯片AMS1117_3.3把5 V電壓轉換為3.3 V輸出。

觸摸屏選用的是ALIENTEK 的 7 寸電容觸摸屏模塊ATK-7TFTLCD-V14，模塊通過排針接在電路板的背面。觸摸屏直接連接在 MCU的 FSMC 總線上面。

[JP2]數(shù)據(jù)處理模塊主要有3部分：SRAM模塊選用IS62WV51216作為外擴SRAM芯片，擴展內存為1M字節(jié)，連接在FSMC上。SD卡存儲模塊通過SDIO連接一個SD接口，采用4位SDIO方式驅動，理論上最大速度可以達到24 MB/S，[JP]用來存儲讀取數(shù)據(jù)。ARM控制模塊主要是MCU和最小系統(tǒng)電路、復位電路等，選擇 STM32F407ZGT6 芯片作為 MCU。

通信模塊有下載調試用的JTAG模塊和USB模塊，其中USB模塊也有供電功能，采用CH340G作為USB轉串口芯片，在USB電路中加入了一鍵下載電路，能夠利用軟件控制BOOT0和BOOT1。

2系統(tǒng)設計

2.1界面設計

系統(tǒng)上電后首先顯示一張BMP格式的首頁圖片，設置延時延長首頁圖片顯示時間。在首頁下方有“進入系統(tǒng)”按鍵，點擊后進入操作界面。

同樣利用LCD顯示原理設計了系統(tǒng)的操作界面顯示，整個界面由選擇圖片框、手寫輸入框、單詞信息欄等多個模塊構成，選擇框下有2個按鈕，輸入框下有確認錄入和清屏按鈕，首頁界面和操作界面如圖2所示。

設置操作界面時先構建整體框架，系統(tǒng)的背景顏色使用簡潔簡單的淺色，設置顯示框和手寫輸入框的參數(shù)；為顯美觀計，白色底版的輸入框設置用來過渡的邊框。選擇圖片框圖片居中偏上，為印刷體圖片的顯示位置。上方放置了學校的LOGO，下方放置2個按鍵用來控制圖片的選擇。手寫輸入框占面積較大，方便在觸摸屏上進行手寫文字的輸入，下方的“確認采集”和“清屏”按鍵可以控制手寫框的截屏和刷新，且這2個按鍵在輸入框上有手寫輸入軌跡時才能生效。

2.2程序設計

程序開始需經歷圖片測試，測試成功后對系統(tǒng)進行初始化。設置系統(tǒng)中斷優(yōu)先級分組，初始化延時函數(shù)，串口設置波特率為115 200，初始化按鍵、LED、LCD觸摸屏、W25Q128（外部擴展Flash芯片）、內存掛載SD卡。如上的設計處理過后就將對觸摸屏的顯示研發(fā)拓展至漢字初始化、圖片初始化，然后打開SD卡中存儲進滿文圖片數(shù)據(jù)的文件夾和建立的對應單詞信息數(shù)據(jù)庫文件夾，等待后續(xù)命令的關聯(lián)監(jiān)控操作。初始化結束后，從首頁圖片文件夾里讀取系統(tǒng)的首頁圖片全屏顯示，首頁圖片像素大小為480*800，顯示首頁后進入到系統(tǒng)的操作界面。

操作部分的指令可以分為3個部分，分別是：

1）顯示圖片的選擇。

2）手寫單詞的錄入和清除。

3）單詞信息的更改，單詞信息是“羅馬轉寫”、“漢語意思”和“存儲路徑”三項。

其中，單詞信息的更改是協(xié)同1）和2）伴隨性發(fā)生的，不能單獨控制。在此，將針對每一部分給出研究論述如下。

2.2.1選擇圖片顯示部分

選擇圖片模塊在操作界面的左半部分，圖片為像素大小300*550的滿文單詞圖片，從滿文圖片文件夾中調取顯示在選擇框中。顯示框下的“上一個”和“下一個”按鈕用來控制圖片的顯示，控制的執(zhí)行流程如圖3所示。

程序將不停進入循環(huán)掃描，監(jiān)測顯示屏上是否有按鈕按下，判斷有鍵按下后，需研判按下為何鍵，并調取對應操作。選擇圖片顯示模塊的“上一個”或“下一個”按鈕在選擇按動后，即先對單詞信息顯示和圖片顯示進行清空更新，被按下的選鍵會顯示按下動作。如果選按了“下一個”則顯示圖片庫中下一張圖片，已經到最后一張就回到開始重新顯示第一張，“上一個”按鈕的原理則與其相同。endprint

這2個按鍵主要是改變當前錄入的滿文的圖片，在圖片顯示更改后，對應滿文的相關信息也需要改變，存儲路徑也將聯(lián)調至當前滿文對應路徑上。全部信息更新完畢后，被按下的按鍵恢復正常，繼續(xù)監(jiān)測是否還有選鍵隨后按下。

2.2.2觸摸屏手寫錄入部分

手寫單詞錄入模塊是在界面的右邊，像素大小為300*550的白色輸入框。在輸入框內手寫的數(shù)據(jù)會被觸摸屏讀取，顯示框下的“確認采集”和“清屏”按鍵可以選擇控制手寫框內的圖片保存或清空。觸摸屏讀取數(shù)據(jù)的具體流程如圖4所示。

手寫錄入部分首先要對手寫區(qū)域設定執(zhí)行初始化和預處理，然后采集手寫數(shù)據(jù)。手寫區(qū)域檢測到輸入的時候，系統(tǒng)從觸摸屏讀取相應的值并濾波，得到觸摸點的位置坐標并保存到2個記錄著對應的X坐標和Y坐標的16 位無符號整形數(shù)組中，最終實現(xiàn)手寫輸入信號的采集。讀取數(shù)據(jù)后判斷手寫框是否提供了有效輸入。

得到有效的輸入后，“清屏”按鍵和“確認采集”按鍵可以轉入功能應用狀態(tài)，清屏按鍵是在手寫屏有輸入數(shù)據(jù)時，把手寫框上的所有字跡都清除掉，之前輸入的數(shù)據(jù)不再保存，從而可以重新輸入手寫數(shù)據(jù)。

按下“確認采集”鍵后，使用BMP編碼函數(shù)，截取LCD屏上當前手寫錄入?yún)^(qū)域保存為16位格式的BMP文件，RGB565格式，存儲到指定的文件夾中。單詞信息中顯示的“存儲路徑”即為當前手寫錄入的存儲地點。讀取當前滿文的文件夾下總手寫樣本數(shù)，為當前BMP文件的設定文件名。本系統(tǒng)的手寫單詞文件都錄入到“手寫滿文單詞采集庫”文件夾中，每個滿文單詞都有以自己的羅馬轉寫命名的文件夾。在自己的文件夾下，樣本的名稱后綴代表了當前手寫單詞手寫采集樣本的數(shù)量。

2.2.3單詞信息框顯示部分

單詞信息框在界面的下方，是當前顯示的滿文單詞的羅馬轉寫、中文意思和存儲路徑。每個單詞的單詞信息與對應的滿文圖片一起顯示，這3項中，存儲路徑還會隨著手寫文件錄入而改變。在SD卡中建立了單詞中文意思的數(shù)據(jù)庫，與該單詞羅馬轉寫相對應，SD卡中，滿文圖片數(shù)據(jù)庫也和該滿文的羅馬轉寫相對應。

滿文單詞的羅馬轉寫為英文字符串形式，直接采用羅馬轉寫為SD卡中存儲的滿文圖片命名。改變當前顯示圖片時，圖片對應文件名改變，顯示圖片名稱即可顯示單詞的羅馬轉寫，找到對應羅馬轉寫，由羅馬轉寫到中文意思數(shù)據(jù)庫中找到對應數(shù)據(jù)，這時當前顯示圖片就可以與關聯(lián)中文意思相對應。

存儲路徑顯示的是手寫單詞的錄入路徑，由3部分組成，具體表述如下：

1）所有手寫單詞的總文件夾，即為已建立的數(shù)據(jù)庫名稱。

2）由每個單詞名的羅馬轉寫構成的子目錄，當前顯示圖片改變時會隨即轉換對應子目錄的顯示。

3）子目錄名加數(shù)字的bmp文件的文件名，由確認采集按鍵改變，多采集一個樣本，通過改變當前文件夾下的文件總數(shù)，從而改變實際顯示的文件名。

3系統(tǒng)測試

為進行系統(tǒng)測試，在SD卡中儲備了40多張BMP格式的滿文單詞圖片存入PICTURE文件夾，建立了比單詞圖片容量要大的中文意思和羅馬轉寫的數(shù)據(jù)庫，并設計編入MAdatabase文件夾。

開機后顯示首頁跳轉進操作界面，點擊“上一個”和“下一個”按鍵，左側的選擇圖片欄會隨之改變，更改流暢、畫面自然，下方會正確顯示當前滿文的對應單詞信息。單詞選擇測試如圖5所示。

手寫輸入后按“確認采集”鍵，按鍵顯示按下，采集時會顯示文字“正在采集···”，延時大約一秒后結束采集，會顯示文字“采集完成！”，下方的存儲路徑在采集完成后自動加一。點擊“清屏”按鍵，手寫輸入框內的手寫軌跡都被清除掉，此時可以重新輸入，如上設計的效果過程則如圖6所示。

4結束語

本文研究設計的滿文單詞錄入系統(tǒng)經測試后，系統(tǒng)功能配備優(yōu)良、且運行正常，能夠實現(xiàn)大量滿文單詞手寫體文件的保存與錄入，能夠方便快捷地完成滿文單詞的數(shù)字化錄入，對每個滿文單詞都可以做到多樣本錄入，不設上限，操作簡單，界面功能清晰，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

本系統(tǒng)實為滿文單詞識別的基礎工作，在錄入手寫滿文后，可繼續(xù)開發(fā)，對采集到的單詞進行特征提取與分析，通過通信模塊把數(shù)據(jù)傳送到上位機中，建立起手寫滿文的數(shù)據(jù)庫，為滿文識別提供充分有效支持，但仍有很大的完善空間，可以添加功能以期達到更好的效果。

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