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摘 要：在二十一世纪，随着计算机技术和AI智能技术的创新和不断进步，人们在不同方面都存在有人工智能的支持和帮助。我们设计的自动模拟仿真书写系统就是为了书写远离双手，通过机器代替人类来完成那些必须手写完成的长篇大论的文章，让人们摆脱书写的痛苦，同时也能减少因为长时间书写而引发的各类疾病。我们的设计是通过Bresenham画圆算法完成对文字的书写，然后通过蓝牙通信，运用手机APP控制单片机来实现自动书写工作。
关键字：画圆算法、硬件设计、蓝牙通信、手机APP控制
1、引 言
目前我们国家在自动模拟仿真书写系统发展方面还存在很多不足，虚拟机的出现使传统的产品开发模式发生改变，人们利用虚拟机技术建立机械系统的数学模型，再通过仿真分析来用图形的方式使用图形方式来展现在不同条件下的不同表现方式，从而我们能从中找到我们需要的最优方法，使其不断进步、不断更新、越来越全能。在未来机器人的逻辑推理能力会越来越强，就像我们使用的输入法的智能联想，在我们设计的新一代自动模拟仿真书写系统也会自动联想词汇，达到理想的效果。
2、自动模拟仿真书写系统的Bresenham画圆算法
2.1 Bresenham画圆方法选择
画圆的方法有两种，一种是通过用圆的几何方程画圆;另一种是通过画半圆，利用圆的对称性画圆。
方法一：用圆的几何方程画圆，该方法要使用浮点计算和近似处理的问题，使用单片机编程很难实现，所以我门否定了该方法;
方法二：利用圆的对称性，把圆分成八等份然后进行扫描转化，就能逐步完成整个圆，进而应用到汉字书写。
2.2 Bresenham画圆的原理
Bresenham 画圆，是结合圆弧的时钟方向，根据目前坐标点所在的象限进行判断，得到获选点，然后通过残差来控制从候选点中找到新的坐标点，通过计算和验证设计出新的终止条件的判定方法。
（1） 候选点的选取和产生：
候选点的生成主要利用了圆弧的时钟方向及当前坐标点所在象限进行生成。而生成的 3 个候选点的选择则使用残差控制，选择残差范围小的点，形成新的坐标点。
（2） 终止条件和坐标转换：
终止条件选取的方法是使用当前坐标点M与终止点的重合度评价。常见的有两点之间距离的判定方法和两点之间横坐标之差的绝对值与纵坐标的绝对值之和判断。
2.3 Bresenham画圆算法总结
Bresenham画圆算法通过构造判别式的方法是算法回到整数运算，简化了计算，提高了画圆效率，该算法的算法条理清晰，优化逻辑判断，考虑到时间效率，利于计算机编程实现，也利于代码移植。
3、自动模拟仿真书写系统硬件设计方案
3.1 自动模拟书写仿真系统的组成
该系统主要由步进电机、STC89C52单片机、步进电机驱动器、LCD 显示组成。
3.2自动模拟书写仿真系统设计目标
从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。
3.3PID算法
3.3.1 PID参数作用基本介绍
（1）比例调节（P）作用：
是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用，以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
（2）积分调节（I）作用：
是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti越大则积分作用越弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节控制器或PID调节器。
（3）微分调节（D）作用：
微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相結合，组成PD或PID控制器。
3.3.2PID的运用
PID控制主要使用位置式PID控制和增量式PID控制。
位置式PID控制多用于舵机控制，我们舵机控制多采用PD控制，可达到快速反应、提前打角的效果。位置式PD公式：Uk=Kp*ek+Kd*[ek-e（k-1）]。ek是本次误差，e（k-1）是上一次误差。就是这么一个简单的公式就是PID的内核算法，一切算法通过它来实现。
3.4步进电机
步进电机有两种基本的形式：可变磁阻型和混和型。步进电机的的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。电机步长（步距角）是步进电机的主要性能指标之一，不同的应用场合，对步长大小的要求不同。改变控制绕组数（相数）或极数（转子齿数），可以改变步长的大小。它们之间的相互关系，
4、自动模拟仿真书写系统项目设计和完成步骤
4.1机器人结构选择
首先，我们对结构进行查阅资料了解，最经典的xyz的结构，多用于3D打印机上，xyz优点在于结构非常简单，控制简单些，但由于三个方向的运动都是解耦的（几种方向不会相互影响），而且相对来说是由于是纯线性驱动，所以运动精度还比较容易;还有就是DELTA结构，最大优点是灵活，但由于杠杆效应，运动速度快，但同时消耗更大的cpu资源，而且更加复杂的机械结构和解算公式和推导，所以我们选择了CoreXY结构。与传统XY结构不同，CoreXY是一种仅使用一根同步带就可以控制末端在XY两个方向运动的结构，非常巧妙。
4.2用 bresenham 画圆算法原理对电机进行控制
为了使电机能更好的的运行和控制，我们利用 bresenham 画圆算法原理对电机进行控制。
4.3用手机app控制机器运行
对电机实现精确的控制后，我们想利用手机APP控制机器运行。我们通过手机的蓝牙与单片机进行通信来控制电机运动，当我们在手机上发送指令，就可以写出想要的内容，我们编写了一个简单APP，然后进行蓝牙连接，通过APP来控制，使操作更加方便。
5、小结
文中，我主要介绍了自动模拟仿真书写系统中自动手写的基本思路，包括机械、电路以及最重要的控制算法的创新思想。在机械结构方面，分析了舵机转向系统的软件程序改进方法。在电路方面，以模块形式分类，在主板、电机驱动等模块分别设计，经过不断实验，最后决定了最终的电路图。在程序方面，使用C语言编程，利用开发工具调试程序，经过小组成员不断讨论、改进，终于设计出一套比较通用稳定的版本。
参考文献
[1]康华光《电子技术基础模拟部分》[M].北京高等教育出版社2006年第五版.
[2]谭浩强.《C程序设计》[M].北京清华大学出版社2003
作者简介：王智昱（1999-），男，汉族，大二本科在读全日制学生，现就读院校及专业：长春工程学院 电气与信息工程学院 电子信息工程专业。
关键字：画圆算法、硬件设计、蓝牙通信、手机APP控制
1、引 言
目前我们国家在自动模拟仿真书写系统发展方面还存在很多不足，虚拟机的出现使传统的产品开发模式发生改变，人们利用虚拟机技术建立机械系统的数学模型，再通过仿真分析来用图形的方式使用图形方式来展现在不同条件下的不同表现方式，从而我们能从中找到我们需要的最优方法，使其不断进步、不断更新、越来越全能。在未来机器人的逻辑推理能力会越来越强，就像我们使用的输入法的智能联想，在我们设计的新一代自动模拟仿真书写系统也会自动联想词汇，达到理想的效果。
2、自动模拟仿真书写系统的Bresenham画圆算法
2.1 Bresenham画圆方法选择
画圆的方法有两种，一种是通过用圆的几何方程画圆;另一种是通过画半圆，利用圆的对称性画圆。
方法一：用圆的几何方程画圆，该方法要使用浮点计算和近似处理的问题，使用单片机编程很难实现，所以我门否定了该方法;
方法二：利用圆的对称性，把圆分成八等份然后进行扫描转化，就能逐步完成整个圆，进而应用到汉字书写。
2.2 Bresenham画圆的原理
Bresenham 画圆，是结合圆弧的时钟方向，根据目前坐标点所在的象限进行判断，得到获选点，然后通过残差来控制从候选点中找到新的坐标点，通过计算和验证设计出新的终止条件的判定方法。
（1） 候选点的选取和产生：
候选点的生成主要利用了圆弧的时钟方向及当前坐标点所在象限进行生成。而生成的 3 个候选点的选择则使用残差控制，选择残差范围小的点，形成新的坐标点。
（2） 终止条件和坐标转换：
终止条件选取的方法是使用当前坐标点M与终止点的重合度评价。常见的有两点之间距离的判定方法和两点之间横坐标之差的绝对值与纵坐标的绝对值之和判断。
2.3 Bresenham画圆算法总结
Bresenham画圆算法通过构造判别式的方法是算法回到整数运算，简化了计算，提高了画圆效率，该算法的算法条理清晰，优化逻辑判断，考虑到时间效率，利于计算机编程实现，也利于代码移植。
3、自动模拟仿真书写系统硬件设计方案
3.1 自动模拟书写仿真系统的组成
该系统主要由步进电机、STC89C52单片机、步进电机驱动器、LCD 显示组成。
3.2自动模拟书写仿真系统设计目标
从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。
3.3PID算法
3.3.1 PID参数作用基本介绍
（1）比例调节（P）作用：
是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用，以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
（2）积分调节（I）作用：
是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti越大则积分作用越弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节控制器或PID调节器。
（3）微分调节（D）作用：
微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相結合，组成PD或PID控制器。
3.3.2PID的运用
PID控制主要使用位置式PID控制和增量式PID控制。
位置式PID控制多用于舵机控制，我们舵机控制多采用PD控制，可达到快速反应、提前打角的效果。位置式PD公式：Uk=Kp*ek+Kd*[ek-e（k-1）]。ek是本次误差，e（k-1）是上一次误差。就是这么一个简单的公式就是PID的内核算法，一切算法通过它来实现。
3.4步进电机
步进电机有两种基本的形式：可变磁阻型和混和型。步进电机的的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。电机步长（步距角）是步进电机的主要性能指标之一，不同的应用场合，对步长大小的要求不同。改变控制绕组数（相数）或极数（转子齿数），可以改变步长的大小。它们之间的相互关系，
4、自动模拟仿真书写系统项目设计和完成步骤
4.1机器人结构选择
首先，我们对结构进行查阅资料了解，最经典的xyz的结构，多用于3D打印机上，xyz优点在于结构非常简单，控制简单些，但由于三个方向的运动都是解耦的（几种方向不会相互影响），而且相对来说是由于是纯线性驱动，所以运动精度还比较容易;还有就是DELTA结构，最大优点是灵活，但由于杠杆效应，运动速度快，但同时消耗更大的cpu资源，而且更加复杂的机械结构和解算公式和推导，所以我们选择了CoreXY结构。与传统XY结构不同，CoreXY是一种仅使用一根同步带就可以控制末端在XY两个方向运动的结构，非常巧妙。
4.2用 bresenham 画圆算法原理对电机进行控制
为了使电机能更好的的运行和控制，我们利用 bresenham 画圆算法原理对电机进行控制。
4.3用手机app控制机器运行
对电机实现精确的控制后，我们想利用手机APP控制机器运行。我们通过手机的蓝牙与单片机进行通信来控制电机运动，当我们在手机上发送指令，就可以写出想要的内容，我们编写了一个简单APP，然后进行蓝牙连接，通过APP来控制，使操作更加方便。
5、小结
文中，我主要介绍了自动模拟仿真书写系统中自动手写的基本思路，包括机械、电路以及最重要的控制算法的创新思想。在机械结构方面，分析了舵机转向系统的软件程序改进方法。在电路方面，以模块形式分类，在主板、电机驱动等模块分别设计，经过不断实验，最后决定了最终的电路图。在程序方面，使用C语言编程，利用开发工具调试程序，经过小组成员不断讨论、改进，终于设计出一套比较通用稳定的版本。
参考文献
[1]康华光《电子技术基础模拟部分》[M].北京高等教育出版社2006年第五版.
[2]谭浩强.《C程序设计》[M].北京清华大学出版社2003
作者简介：王智昱（1999-），男，汉族，大二本科在读全日制学生，现就读院校及专业：长春工程学院 电气与信息工程学院 电子信息工程专业。