【毕业设计】基于M5Stack UnitV2的手写识别计算器的设计与制作

2023-10-29

目录

一、简介

二、设计原理

三、系统设计

四、注意点

五、困难

一、简介

       耗时五个月,终于完成了毕业设计和毕业答辩,在这里记录一下学习与实现过程。

       题目是导师给的,这是主要任务和工作内容:利用M5Stack UnitV2的目标检测功能,用摄像头拍摄样本,通过训练,识别手写的数字和运算符,设计并制作一款能够自动识别手写数字和运算符的简易计算器。

二、设计原理

       使用M5Stack UnitV2摄像头内置的目标检测功能,拍摄手写的数字以及运算符,使用V-training功能训练平台训练出可识别模型,然后用M5Stack UnitV2的Objection功能识别出手写数字和运算符,将识别结果发送至M5Stack Basic上位机解析并展示计算结果,计算完成发出“嘀”声,提示结束。

三、系统设计

1.硬件设备

(1)M5Stack UnitV2

          一种基于ESP32芯片的多功能开发平台,内嵌Linux操作系统,即插即用,通过USB-C接口连接到PC时,自动与UnitV2建立网络连接,也可以通过WI-FI连接和调试。UART串口通讯,所有识别内容通过串口自动以JSON格式输出。

(2)M5Stack Basic

        一款采用了ESP32物联网芯片作为微控制器,集成Wi-Fi,拥有2个CPU内核,16MB的SPI内存和蓝牙5.0功能的开发板,可用于连接其他设备或者无线通讯,具有双核低功耗的特点。

       本设计作为上位机用来解析、展示手写计算式以及计算结果。

 (3)CH340——USB转TTL模块

2.软件平台

(1)V-training功能训练平台

训练步骤根据这个链接操作:

http://docs.m5stack.com/zh_CN/quick_start/unitv2/v_traininghttp://docs.m5stack.com/zh_CN/quick_start/unitv2/v_training

训练平台:

http://vtraining.m5stack.com/build/index.htmlhttp://vtraining.m5stack.com/build/index.html

(2)摄像头目标检测界面

http://unitv2.pyhttp://unitv2.py

(3)串口调试助手——UartAssist

(4)Thonny

         Python集成开发环境,本设计用于调试M5Stack Basic的MicroPython程序。

3.制作步骤

   (1)首先拍摄30张以上手写计算式样本,将样本图片上传至V-training,添加标签训练可识别模型。

   (2)模型如果训练成功,则损失曲线收敛。

(3)上传可识别模型至目标检测界面,开启摄像头,可看到识别兴趣框和识别结果。

(4)设计M5Stack Basic上位机的UIFLOW界面

设计步骤:https://flow.m5stack.com/

结果:

(5)将上图右侧识别出的JSON结果复制到串口调试助手,连接USB-TTL模块与M5Stack Basic上位机,运行程序,进行调试。 

(6)连接M5Stack UnitV2摄像头和M5Stack Basic上位机,实现整体联调。用摄像头识别手写计算式,上位机精准迅速展示出识别计算式及计算结果,然后发出“嘀”声表示计算结束。

4.结果展示    

手写识别计算器

四、注意点

       手写识别和计算器之间存在某种关联性。手写识别技术可以应用于计算器的输入,使得用户可以用手写数字或符号来进行输入,而不必使用键盘。此外,手写识别技术还可以用于计算器的自动识别功能,通过识别手写的数学表达式,自动计算出结果并显示在屏幕上。这种技术可以提高计算器的使用便捷性和用户体验。

USB-TTL与Basic上位机接线:G-G,RX-TX(SCL),TX-RX(SDA)

M5Stack UnitV2摄像头与Basic连线:G-G,pin1(黄色)-SCL,pin2(白色)-SDA

五、困难

1.样本简单,只写了加减法,后续可增加乘除以及三角函数等复杂运算;

2.训练过程中V-training平台总是出现问题导致训练的模型不收敛,识别不出标记的数字,最好使用Nanodet模型训练大量样本,正在学习这块;

3.UnitV2摄像头容易发烫,连续识别时间短,使用一段时间需要重启才能继续识别;

4.接线错误没有反馈出结果。

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