可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法

专利名称：可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法
技术领域：
本发明属于电子文具与教具技术领域，具体涉及一种集电子式书写文具与自动书写教具于一体的、可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法。
背景技术：
以中国大陆为例，根据教学大纲规定，每年有1亿多小学生需开设专门的写字练 习课或完成练习写字作业，耗费32K纸张约30多亿张。为实现无纸化练习写字，在现有技 术和有关文献中，有通过触摸屏进行描红练习、对于书写错误采用突出显示的方法加以提 示的方法；有将汉字进行点化处理、用户按点写字的方法；有适用于练习硬笔书画的凹模 板法；有不同种类的书法练习系统。然而，现有的文字书写练习系统功能少、练习方式单一， 均无语音及语音和文图结合的辅导功能，均无接续练习及网上作业批改功能，可供练习的 文字种类少且不具备方便添加文字种类的机制，不支持规定要求尤其是国民义务教育的文 字书写学习要求等。在工业与信息技术飞速发展，生态环境必须得到保护的当今，研发具有 满足国民义务教育要求、实际练习效果的数字书写文具与教具集成的多功能规定格式习字 系统显得尤为重要。

发明内容
本发明的第一个目的是针对现有电子式习字装置的不足，提供一种结合国民义 务教育，具有多工作性质选择，多练习文字种类选择，多规定练习格式选择，多种书写练习 方式选择，多角度评价与打分选择，以语音为主的多种书写辅导方式选择等电子式书写文 具和教具集成的可联网交互的多功能规定格式习字系统。本发明的第二个目的是提供一种基于上述可联网交互的多功能规定格式习字系 统的习字方法。本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的该可联网交互的多功能规 定格式习字系统，包括嵌入式处理器ARM9、FLASH存储器、SDRAM存储器、EEPORM存储器、IXD 触摸屏、A/D转换器、LCD接口、USB接口、COM接口、互联网接口 RJ45、电源、机箱；LCD触摸屏 镶嵌在机箱的面板中，供系统显示、用户书写及命令点击，触摸屏通过A/D转换器以及LCD 接口与ARM9相连，ARM9通过音频接口与播音器连接，ARM9还连接USB接口、COM接口和互 联网接口 RJ45 ；系统运用模式识别、图形学、语音、友好界面、数据库、网络工程、计算机软 件技术来实现具有网上布置与提交书写作业、网上批改书写作业、网上查阅作业成绩、语音 或者语音与文图相结合的辅导功能的规定格式文字书写练习。更为具体地说，机箱的面板为方框形，方框形的中间露出触摸屏，在机箱面板的下 部两边设有滑动槽，滑动槽与托手滑动板滑动连接，滑动板与滑动槽的安装位置满足当滑 动板在滑动槽中的最前端位置可以使触摸屏书写区的格式露出一行，最后端位置所有行都 可露出。本发明的第二个目的是通过如下的技术方案来实现的该基于上述可联网交互的多功能规定格式习字系统的习字方法，是将系统的工作软件及可供练习书写文字种类的各 文字描述字存储在FLASH存储器中，触摸屏提供的触摸电压信息经A/D转换器转换成与触 摸点位置对应的坐标值经IXD接口送入嵌入式处理器ARM9，经ARM9分析、处理再经IXD接 口送IXD触摸屏显示；它包括如下步骤开机进入系统步骤打开机箱电源，系统初始化，ARM9运行存储在FLASH中的系统 工作软件，触摸屏显示进入系统时的主界面；触摸坐标值对应点的属性分析步骤ARM9分析用户触摸坐标值对应点的属性，是 否是有效的触摸信息，如不是，则等待用户下一触摸点的坐标值；如是，则分析是功能选择 信息还是笔迹信息；是功能选择信息则系统进入相应的功能软件模块运行；是笔迹信息则 将该坐标值送入SDRAM存储器保存，并利用该坐标值使触摸屏的该书写位置有笔迹点显 示；功能选择信息分析步骤ARM9分析是直接功能信息还是一级菜单功能信息，并分 别进入相应的功能软件模块运行；如是直接功能信息，则包括进入系统时主界面的“退 出”、“继续”功能软键信息，系统功能设置界面的“退出”、“继续”功能软键信息，进入练习界 面时的“选字确认”、“练习对象重现”、“笔画回清”、“边旁回清”、“整字回清”、“行回清”、“页 回清”、“打分”、“练习保存”、“作业提交”、“再选再练”、“返前界面”、“退出系统”功能软键信 息；一级菜单功能选择步骤如是一级菜单功能信息，则包含“新内容练习”、“接上次 练习”、“看作业成绩” 3项选择，分别对应编码参数01、02、03;二级菜单功能选择步骤对应于一级菜单中的“新内容练习”，包含有6个二级功 能选择，分别是(1)练习的“文字种类”选择包括英语、汉语拼音、法语、德语、俄语、简体汉字、繁 体汉字、日本汉字、假名、韩字，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06、07、08、09、10 ；(2)练习的“规定格式”选择包括四线格、三线信纸格、双线格、田字格、米字格、 回字格、口字练习格、口字信纸格，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06、07、08 ；(3)练习的“书写方式”选择包括描红、比照、清练方式，分别对应编码参数01、 02,03 ；(4)练习的“质量分析”选择包括位置比例综合、位置、比例、畸变、位置比例畸变 综合分析，分别对应编码参数01、02、03、04、05 ；(5)练习的“辅导方式”选择包括语音、图文、动画、语音图文、语音动画、语音图 文动画方式，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06 ；(6)练习的“续写约束”选择包括容错、整字、边旁、笔画约束，分别对应编码参数 01、02、03、04 ；练习对象的目标菜单功能选择步骤包括“年级”、“课号”及“复练字数”选择，“年 级”、“课号”的选择基于二级功能(1)、⑵的选择基础；练习对象的选择步骤在练习对象的目标参数选定后，系统通过触摸屏显示可供练习的文字，用户在这些文字中选择所要练习的对象；练习对象的相关编辑功能选择步骤练习对象确定后，系统通过触摸屏显示由二级功能(2)所确定的练习格式、二级功能(3)所确定的书写方式及复练字数产生的书写练习界面，用户在界面上的规定格式中练习写字时，可通过直接功能软键对写出的文字进行 相关的编辑，如笔画、偏旁、整字、行、页回清，前后翻页；练习结果的辅导功能选择步骤系统根据保存在SDRAM存储器中的笔迹信息对文 字书写的正误进行识别，并根据二级功能(4)、(5)、(6)的选择，对文字书写质量进行所选 相应要求的分析，给出所选相应方式的评价、打分及辅导内容以及往后书写的约束；一级菜单功能的“接上次练习”步骤系统直接重现用户保存于FLASH存储器中的 书写练习现场，接下来的系统运行与用户操作与“新内容练习”的工作性质相同；一级菜单功能的“看作业成绩”步骤系统通过互联网接口 RJ45进入阅读互联网 邮件状态，用户打开批改者回复的电子邮件可阅读保留原始书写格式及内容的红色批注、 人工评分及评语。在本发明中，ARM9根据二级功能(6)的设置，确认用户书写练习结束，先对书写模 式进行正确与错误判断，如果用户书写出错，ARM9根据二级功能(5)、(6)的设置，通过相应 接口告知用户那些文字书写出错，如通过音频接口使播音器用语音告诉用户某字的第几个 错；如果用户书写正确，ARM9根据二级功能(4)、(5)的设置，启动书写质量分析，通过音频 接口语言告知用户哪些文字书写出现哪些质量问题，同时通过LCD接口使触摸屏的给定位 置显示打分。本发明为用户提供三种书写结束处理方式，第一种为无条件结束并退出书写 练习界面；第二种不论是否写完，也不论是否进行过书写质量评价都将书写内容作为练习 保存于FLASH存储器中，练习现场可重现；第三种在互联网环境下，不论是否写完，也不论 是否进行过书写质量评价都可把书写内容作为作业，构建装载书写作业的电子邮件，通过 互联网接口 RJ45送往作业阅读或批改者给定的电子邮箱。本发明中的USB接口和COM接口可用于本系统与PC机或笔记本电脑交换信息，本 系统的软件与文字数据库在PC机或笔记本电脑上仿真设计、调试，通过USB接口或COM接 口下载到本系统。除本系统可通过两接口利用PC机或笔记本电脑调试软件、建立或修改文 字数据库外，也可借用两机的资源实现书写练习。本发明的规定格式习字系统及方法，可提供多种语言、多种方式的练习，以及多种方式的提示和辅导，图文声并茂，生动活泼，还可通过互联网达到保存和批改作业的目的。 并且安全可靠，使用方便。


图1是本发明的系统硬件模块结构示意图。图2是本发明的防贴压书写区滑动板结构示意图。图3是本发明的系统软件主结构流程图。图4是本发明的系统二级菜单功能选择流程图。图5是本发明的练习的目标文字选择程序流程图。图6是本发明的笔记点信息处理程序流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。参见图1，本发明的系统硬件是以嵌入式处理器ARM9为核心器件，以7时IXD触摸屏为用户书写介质，包括有FLASH存储器、SDRAM存储器、EEPORM存储器、IXD触摸屏、A/ D转换器、IXD接口、USB接口、COM接口、互联网接口 RJ45、电源、机箱。用户在7时触摸屏 上实施的触摸所产生的模拟触摸位置信息经A/D转换器转换为数字触摸位置信息，被ARM9 通过IXD接口获得。ARM9将所获信息交FLASH存储器中的相关系统软件处理，与该信息所 对应的处理结果通过相关接口实现，如该信息为某书写笔画中间的笔迹点信息，则通过LCD 接口，将该笔迹点的坐标值控制LCD在与坐标值对应的点位置作相关亮度显示；该信息为 某书写字的最后一笔的终点，经系统识别该书写文字出错，如果用户选择了语音辅导功能， 则ARM9运行语音辅导程序，使语音辅导内容通过音频接口在播音器播出；当该信息为点击 作业保存的操作时，ARM9运行网络管理程序，将作业转变为电子邮件，通过RJ45接口送往 用户指定的电子邮箱。为避免用户在书写时，执笔手出现多处同时贴压触摸屏情况，本发明将书写练习 区设置于触摸屏的低端，并在机箱面板的此位置加装隔离滑动板，初学时，滑动板由上至下 移动，露出一行格子写一行。当用户执笔手习惯于不贴压触摸屏后可将滑动板移到触摸屏 底边以外。参见图2，是本发明的防用户书写时执笔手贴压触摸屏的结构示意图，部件1是系 统机箱面板，部件2是系统的触摸屏，3表示系统使触摸屏显示田字格式的文字书写练习 区；部件4是托手滑动板，可以是透明的有机玻璃板，也可以是其它无毒、无机械伤害的不 透明材料板；部件5、6分别是滑动板的右、左滑动槽。滑动板在滑动槽中的最前端位置可以 使书写区的格式露出一行，最后端位置，所有行都可露出。滑动板的前后宽度保证当滑动板 移至最前端时，后部能正好遮住触摸屏下部即可。右滑动槽5的安装位置以不影响书写区 靠右格式的书写为准。参见图3，是本发明的软件主结构流程图。由图3可知，ARM9运行软件主结构程序， 即进入系统，第一个环节是初始化，然后通过判是否有触摸信息决策环节采集触摸信息；如 果采集到触摸信息，将该信息按三类情况分析，在决策环节判该信息是否为有效的触摸信 息，无效则放弃系统返回是否有触摸信息环节运行，如果有效，则判是否为笔迹信息，是则 进入笔迹信息处理环节，否则按功能信息处理。在功能信息处理环节判是否为直接功能信 息，是则分析该直接功能是十七个直接功能中的那一个；否则确认为菜单功能，一级菜单功 能设置1个，有三种选择，第一种选择参数为01，对应“新内容练习”，第二种选择参数为02， 对应“接上次练习”，第三种选择参数为03，对应“看作业成绩”。选中第二、三种一级功能，系 统不需进行设置操作而直接进入功能实现。选择第一种一级功能，系统进入二级菜单功能 选择环节，用户需对六个二级菜单功能参数进行希望的选择设置，在完成二级功能参数设 置后进入目标菜单功能环节，对练习内容通过菜单进行具体的选择，该过程设置三个参数。本发明设计十类可供选择的功能参数。系统的各种功能状态是通过选择相关功 能参数，在ARM9中运行的系统软件根据所选功能参数控制相应部件的工作状态，如采集并 分析LCD上的触摸信息；使LCD显示菜单功能选择操作界面；使LCD显示可供练习文字；使 LCD显示规定的练习格式；系统从多角度分析文字书写质量；使语音设备播放语音辅导内 容；系统进入练习保存工作状态；系统进入联网作业保存工作状态等等。通过选择确定的 十类功能参数集中存放于称之为一维功能参数数组P中，P = [Pl，p2, p3，p4, p5, p6, p7, P8, P9, P10, P11]，其中P1存放系统工作性质编码参数；P2存放文字种类编码参数；p3存放练习格式编码参数；p4存放练习方式编码参数；p5存放质量分析编码参数；p6存放辅导方式编码参 数；P7存放续写约束编码参数；P8存放年级编码参数；P9存放复写字数编码参数；Pltl存放课 号编码参数；P11存放自动生成的总练习页数参数。在图3的一级菜单功能设置环节选择并填写Pl，图4、图5设计了其它功能参数的 选择与保存系统工作流程。图4是二级菜单功能选择与保存的系统工作流程，当系统确认当前触摸信息为二 级菜单功能选择信息后，系统进入二级菜单功能选择环节，首先判当前触摸信息是否为选 择某文字种类编码参数，是则将文字种类编码参数送P2;否则判当前触摸信息是否为选择 某练习方式编码参数，是则将练习方式编码参数送P4 ；质量分析、辅导方式及续写约束等三 个编码参数的选择与保存系统工 作流程与文字种类、练习方式完全相同，不予赘述。规定 练习格式编码参数的选择与文字种类的选择密切相关，如果用户选择的练习文字为拉丁语 系，如英文、汉语拼音、德语等，根据本发明给出的规定书写格式编码，用户所选的编码参数 值只能小于等于03，即只能选四线格、三线信纸格或二线格，否则语音提示书写格式选择出 错；若用户选择的练习文字为方块字，如简体汉字等，用户所选的编码参数值不能等于01， 即不能为四线格，否则语音提示书写格式选择出错。图5是目标菜单功能选择与保存的系统工作流程，选择与确认年级、复写次数与 课号三个编码参数。年级、课号与语种选择密切相关，如选择简体汉字，则大陆小学一到六 年级共十二个学期都有习字课程；选择拉丁系语种，则由于需练习的字母数量少，本系统只 象征似的设置一个练习年级两学期，每学期两课，如英文字母练习，第一学期第一课为小写 字母，第二课为大写字母，第二学期第一课为小写字母连写，第二课为音标字母。年级编码 参数按学期数编制，即最大编码参数为12 ；汉字课号与标准教材课序数同码，拉丁系语种 课号由本系统象征性给出。当系统确认当前触摸信息为目标菜单功能选择信息后，系统进入目标菜单功能选 择环节，分析当前触摸信息是否为年级编码参数，是则进入语种参数设置分析，判是否为汉 字书写练习，是则将年级编码参数送P8;否则为拉丁系语言字母书写练习，判用户选择的年 级码是否小于03，是则进入环节45将年级编码参数送p8，否则语音提示年级编码参数选择 出错。在非年级编码参数时，系统判当前触摸信息是否为复写字数编码参数，是则将复写字 数编码参数送P9,否则将课号编码参数送Ρ1(ι。选择确认各功能参数后，系统界面在规定区 域显示由文字种类、练习格式、年级、课号等参数在文字库检索到的供练习选择的文字，同 时系统为每个文字建立被选标志位，各标志位初始状态为0，被用户点选后标志位状态由0 变1。用户在可供练习的文字中进行点选，然后监测用户的选字操作，如果系统获得用户的 点选触摸信息，则被点选的文字变色，且标志位状态取反态，即奇数次点选为选中，偶数次 点击为取消选择。接下来系统利用用户的选字数目及P9、P2、P3、P4计算总练习文字数目需 要占用多少书写页，并将页数保存于Ρ11。图6设计了受控于上述十类功能参数的笔迹点信息处理流程。当系统识别得当前 触摸信息为笔迹点信息后，进入对笔迹点信息的处理运行过程，辨析当前笔迹点是否为笔 画起点或中间点或终点。如果笔迹点是起点，则判其是否在规定的格子中，不在则置错误标记、落笔不在规 定格子错误标记，用P6参数对应的方式提示；在则判P7存放的续写约束编码参数是否为容错码值，是则记录笔记点坐标数据，不是则判是否由错误标记，无则也记录笔记点坐标数 据，有则按P6参数对应的方式提示“改错后才能写”。如果笔迹点是笔画中间点，则记录笔画中间点坐标数据，并分析笔迹是否超范围， 如果超范围，则按P6参数对应的方式提示“书写超范围”，并置错误标记、走笔超范围错误标 记。如果笔迹点是终点，则记录终点坐标，而后作笔画预处理，识别笔画的形状，将笔画计数器加1。判笔画书写数是否大于该练习文字规定的笔画数，是则置错误标记、书写超 规定数错误标记；按P6参数对应的方式提示“笔画写多了” ；否则判该书写笔画形状是否和 规定的笔画形状一致，不一致则让错误笔画计数器加1，置错误标记、笔画书写错误标记，按 P6参数对应的方式提示“此笔画写错形状了 ” ；是一致则判对应文字的笔画是否写满，没写 满退出等待继续写新笔画，写满则对书写文字模式分类；判分类结果是否为给定的书写练 习文字，是则填写书写正确标志，不是则置错误标记、文字书写错误标记，按P6参数对应的 方式提示“此文字写错了”。
权利要求
一种可联网交互的多功能规定格式习字系统，包括嵌入式处理器ARM9、FLASH存储器、SDRAM存储器、EEPORM存储器、LCD触摸屏、A/D转换器、LCD接口、USB接口、COM接口、互联网接口RJ45、电源、机箱；其特征在于LCD触摸屏镶嵌在机箱的面板中，供系统显示、用户书写及命令点击，触摸屏通过A/D转换器以及LCD接口与ARM9相连，ARM9通过音频接口与播音器连接，ARM9还连接USB接口、COM接口和互联网接口RJ45；系统运用模式识别、图形学、语音、友好界面、数据库、网络工程、计算机软件技术来实现具有网上布置与提交书写作业、网上批改书写作业、网上查阅作业成绩、语音或者语音与文图相结合的辅导功能的规定格式文字书写练习。
2.根据权利要求1所述的可联网交互的多功能规定格式习字系统，其特征在于机箱 的面板为方框形，方框形的中间露出触摸屏，在机箱面板的下部两边设有滑动槽，滑动槽与 托手滑动板滑动连接，滑动板与滑动槽的安装位置满足当滑动板在滑动槽中的最前端位 置可以使触摸屏书写区的格式露出一行，最后端位置所有行都可露出。
3.一种基于权利要求1所述可联网交互的多功能规定格式习字系统的习字方法，其特 征在于将系统的工作软件及可供练习书写文字种类的各文字描述字存储在FLASH存储器 中，触摸屏提供的触摸电压信息经A/D转换器转换成与触摸点位置对应的坐标值经LCD接 口送入嵌入式处理器ARM9，经ARM9分析、处理再经IXD接口送IXD触摸屏显示；它包括如 下步骤开机进入系统步骤打开机箱电源，系统初始化，ARM9运行存储在FLASH中的系统工作 软件，触摸屏显示进入系统时的主界面；触摸坐标值对应点的属性分析步骤:ARM9分析用户触摸坐标值对应点的属性，是否是 有效的触摸信息，如不是，则等待用户下一触摸点的坐标值；如是，则分析是功能选择信息 还是笔迹信息；是功能选择信息则系统进入相应的功能软件模块运行；是笔迹信息则将该 坐标值送入SDRAM存储器保存，并利用该坐标值使触摸屏的该书写位置有笔迹点显示；功能选择信息分析步骤:ARM9分析是直接功能信息还是一级菜单功能信息，分别进入 相应的功能软件模块运行；如是直接功能信息，则包括进入系统时主界面的“退出”、“继 续”功能软键信息，系统功能设置界面的“退出”、“继续”功能软键信息，进入练习界面时的 “选字确认”、“练习对象重现”、“笔画回清”、“边旁回清”、“整字回清”、“行回清”、“页回清”、 “打分”、“练习保存”、“作业提交”、“再选再练”、“返前界面”、“退出系统”功能软键信息；一级菜单功能选择步骤如是一级菜单功能信息，则包含“新内容练习”、“接上次练 习”、“看作业成绩” 3项选择，分别对应编码参数01、02、03 ；二级菜单功能选择步骤对应于一级菜单中的“新内容练习”，包含有6个二级功能选 择，分别是(1)练习的“文字种类”选择包括英语、汉语拼音、法语、德语、俄语、简体汉字、繁体汉 字、日本汉字、假名、韩字，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06、07、08、09、10 ；(2)练习的“规定格式”选择包括四线格、三线信纸格、双线格、田字格、米字格、回字 格、口字练习格、口字信纸格，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06、07、08 ；(3)练习的“书写方式”选择包括描红、比照、清练方式，分别对应编码参数01、02、03；(4)练习的“质量分析”选择包括位置比例综合、位置、比例、畸变、位置比例畸变综合 分析，分别对应编码参数01、02、03、04、05 ；(5)练习的“辅导方式”选择包括语音、图文、动画、语音图文、语音动画、语音图文动 画方式，分别对应编码参数01、02、03、04、05、06 ；(6)练习的“续写约束”选择包括容错、整字、边旁、笔画约束，分别对应编码参数01、 02、03、04 ；练习对象的目标菜单功能选择步骤包括“年级”、“课号”及“复练字数”选择，“年级”、 “课号”的选择基于二级功能⑴、⑵的选择基础；练习对象的选择步骤在练习对象的目标参数选定后，系统通过触摸屏显示可供练习 的文字，用户在这些文字中选择所要练习的对象；练习对象的相关编辑功能选择步骤练习对象确定后，系统通过触摸屏显示由二级功 能(2)所确定的练习格式、二级功能(3)所确定的书写方式及复练字数产生的书写练习界 面，用户在界面上的规定格式中练习写字时，可通过直接功能软键对写出的文字进行相关 的编辑，如笔画、偏旁、整字、行、页回清，前后翻页；练习结果的辅导功能选择步骤系统根据保存在SDRAM存储器中的笔迹信息对文字书 写的正误进行识别，并根据二级功能(4)、(5)、(6)的选择，对文字书写质量进行所选相应 要求的分析，给出所选相应方式的评价、打分及辅导内容以及往后书写的约束；一级菜单功能的“接上次练习”步骤系统直接重现用户保存于FLASH存储器中的书写练习现场，接下来的系统运行与用户操作与“新内容练习”的工作性质相同；一级菜单功能的“看作业成绩”步骤系统通过互联网接口 RJ45进入阅读互联网邮件状态，用户打开批改者回复的电子邮件可阅读保留原始书写格式及内容的红色批注、人工 评分及评语。
全文摘要
本发明涉及一种可联网交互的多功能规定格式习字系统及方法。本发明针对目前的电子习字装置功能单一的缺陷，提供一种如下的技术方案它包括ARM9、FLASH、SDRAM、EEPORM、触摸屏、A/D转换器、LCD接口、USB接口、COM接口、互联网接口RJ45、电源、机箱；触摸屏镶嵌在机箱的面板中，触摸屏通过A/D转换器以及LCD接口与ARM9相连，ARM9通过音频接口与播音器连接，ARM9还连接USB接口、COM接口和互联网接口RJ45；系统运用模式识别、图形学、语音、友好界面、数据库、网络工程、计算机软件技术来实现具有网上布置与提交书写作业、网上批改书写作业、网上查阅作业成绩、语音或语音与文图相结合的辅导功能的规定格式文字书写练习。
文档编号G09B5/00GK101819723SQ20101014976
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者刘任任, 戴永, 曹江莲, 欧阳建权, 王求真, 肖芬 申请人:湘潭大学