简单汉字自动书写笔.docx

简单汉字自动书写笔

摘要：本系统采用STM32F103ZE作为核心处理芯片，用STM32F103ZE对步进电机进行相关具体步进的操作。自动书写笔主要是有ARM红牛开发板、三台步进电机、电机驱动模块、传动模块以及机械执行结构构成。书写笔可以由微处理器来控制来实现简单汉字的书写，同时也可以画出简单的正弦波与圆形。通过控制ARM板信息的写入，可以实现上述功能。

关键字：汉字书写笔ARM开发板步进电机

方案比较与论证
1.题目任务要求与相关指标分析
本课题要求制作一系统来实现简单汉字的书写，主体包括一个人机界面与机械操作装置。经过简单的分析与讨论，我们发现本课题困难的地方是制作一个满足要求的机械装置。
2.方案比较与选择
（1）人机界面的制作
方案一：采用80C51芯片为核心的单片机模块，LCD显示屏来显示，键盘输入，其结构简单，易于控制。但其缺点是因为C51的I/O口数量总共为32个，其中很多都为固定的功能口，不能当做外接设备的通道。
方案二：采用STM32F103ZE为核心的ARM红牛开发板来制作，其内部自带DA与AD转换芯片，并且I/O数量很多，完全能够满足本课题要求。触摸屏可以当做显示和控制两个模块来使用。其缺点是控制程序较为复杂，外围接口的使用有些繁琐。
因此，根据本课题要求，我们选择方案二。
（2）驱动电机
方案一：直流电机
直流电机具有很高的速度、调速平滑方便、调节范围广等优点，但当低速运行时，输出的力矩很小。同时在本课题中，电机的速度不会很快，在小范围内移动时直流电机很难实现其功能。
方案二：步进电机
步进电机特点就是具有快速的启动与停止能力，输出力矩大、控制精度高，并且能实现正反转控制。通过本课题要求可知道，在实现汉字书写功能的时候要不断的小范围内移动，速度要求不高，但对控制要求很高。
因此，根据本课题要求，我们选择方案二。
（3）电机驱动电路
方案一：采用MOS管构成的H桥。
MOS管具有较强的抗电流冲击能力，并且MOS管的容量大小选择比较灵活。但其调节过于繁琐，其工作条件变化会影响MOS管的工作情况，直接影响电机的工作的情况。
方案二：直接采用驱动模块
小功率的步进电机常用的模块有L298N，L298N是一种集成的驱动芯片，输入端只要加简单的PWM波的控制信号，就能实现电机的转速与正反向控制，同时也能控制其步进长度，相对比较容易。
因此，根据本课题要求，我们选择方案二。
3.系统总体方案与实现框图
根据课题要求，本系统主要有微处理器、步进电机、电机驱动电路、显示与控制模块等共同组成，系统图如图1所示。

理论分析与电路设计
1.光耦隔离电路
因为步进电机的正常工作电流都在1A左右，所以为了防止其在不正常工作时将电流倒灌进ARM板内，故采用光耦隔离电路来保护ARM板的正常工作。因为采用的步进电机为两项四线电机，因此需要有四片光耦来实现隔离作用，考虑到方便以及转换速度等因素选择TP521-4芯片，其内部有四片光耦，可以完全满足要求。
其原理图如图2所示。

2.电机驱动电路
主要采用L298N，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作。其内部有4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四项电机的专用驱动器。可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接的是两个电机。IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转，在这里，将其接高电平。L298N的逻辑功能表如下所示

X轴电机Y轴电机X轴电机Y轴电机IN1IN2IN3IN41010正转正转0101反转反转0000停止停止

3.传动装置
传动装置我们选择采用打印机的原理，也就是将画笔的运动方向分解为X、Y两个方向。这样算上抬起\放下画笔的电机，仅需要两个步进电机即可。具体实物如下图所示。

系统软件设计
1.系统控制总流程图

2.轨迹算法的实现
因为汉字的笔画各有差异，即使同样的长度也有长度不一的情况，因此要采用统一的库函数来实现汉字的书写，目前对我们来说比较困难。我们选择的是事先计算好部分汉字的运动轨迹的函数，然后存入库内。当要书写某一汉字的时候，直接进入中段然后调用其函数即可。轨迹算法主要是汉字每一笔画的取点与运动方向及步进的确定，因此，每个汉字的笔画按照书写顺序，长度大小，起点终点位置都事先做好测量准备。具体的计算