两台电脑利用串口传输文件以及点阵汉字的字模读取与显示
两台电脑利用串口传输文件以及点阵汉字的字模读取与显示
一、题目要求
- 串口传输文件的练习。将两台笔记本电脑，借助 usb转rs232 模块和杜邦线，建立起串口连接。然后用串口助手等工具软件（带文件传输功能）将一台笔记本上的一个大文件（图片、视频和压缩包软件）传输到另外一台电脑，预算文件大小、波特率和传输时间三者之间的关系，并对比实际传输时间。
- 学习理解汉字的机内码、区位码编码规则和字形数据存储格式。在Ubuntu下用C/C++(或python) 调用opencv库编程显示一张图片，并打开一个名为"logo.txt"的文本文件（其中只有一行文本文件，包括你自己的名字和学号），按照名字和学号去读取汉字24*24点阵字形字库（压缩包中的文件HZKf2424.hz）中对应字符的字形数据，将名字和学号叠加显示在此图片右下位置。
二、两台电脑利用串口传输文件
1.实验准备
仪器：两台电脑，两个usb转串口，四根杜邦线，以及下载好串口调试助手。
连线方式：3V3-3V3，GND-GND，TXD-RXD，RXD-TXD。
2.实验过程
连接好线
打开串口调试助手，选择文件，设置波特率为115200，点击打开串口。
点击打开文件，选择要发送的文件，点击发送文件。
传输完成
计算预计传输时间
理论时间=（文件大小*8）/波特率
那么上面的压缩包理论传输时间为51.25秒，
实际时间为37.66秒。
说明在传输过程中还是比较快的，可能是因为文件小。传输的文件越大，传输时间越长。
三、点阵汉字的字模读取与显示
1.汉字点阵的原理
（一）点阵的定义
所谓一个字的点阵. 其实就是指这个汉字用多少个象素点来描述。
几个常用的汉字库：
HZK12 ： 12 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 12x12）
ASC12 ： 12 点阵 ASCII 字库（宽度 x 高度 = 6x12）
HZK16 ： 16 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 16x16） 最常用的中文字库
ASC16 ： 16 点阵 ASCII 字库（宽度 x 高度 = 8x16）最常用的 ASCII 字库
HZK24 ： 24 点阵汉字库（宽度 x 高度 = 24x24） 票据打印机用得较多
汉字点阵在汉字库中的地址计算公式：
（二）区位码以及机内码
区位码：
在国标 GD2312—80 中规定，所有的国标汉字及符号分配在一个 94 行、94 列的方阵中，方阵的每一行称为一个“区”，编号为 01 区到 94 区，每一列称为一个“位”，编号为01 位到 94 位，方阵中的每一个汉字和符号所在的区号和位号组合在一起形成的四个阿拉伯数字就是它们的“区位码”。区位码的前两位是它的区号，后两位是它的位号。用区位码就可以唯一地确定一个汉字或符号，反过来说，任何一个汉字或符号也都对应着一个唯一的区位码。
机内码：
汉字的机内码是指在计算机中表示一个汉字的编码。机内码与区位码稍有区别。如直接用区位码作为机内码，就会与基本 ASCII 码混淆。为了避免机内码与基本 ASCII 码的冲突，需要避开基本 ASCII 码中的控制码(00H~1FH)，还需与基本 ASCII 码中的字符相区别。为了实现这两点，可以先在区码和位码分别加上 20H，在此基础上再加 80H(此处“H”表示前两位数字为十六进制数)。经过这些处理，用机内码表示一个汉字需要占两个字节，分别 称为高位字节和低位字节，这两位字节的机内码按如下规则表示：
高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)
低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + A0H)
（三）点阵字库的存储
在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字。
（四）汉字点阵获取
汉字的区位码和机内码的关系如下：
机内码高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H)
机内码低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + AOH)
汉字点阵字库是根据区位码的顺序进行存储的，因此，我们可以根据区位来
获取一个字库的点阵，它的计算公式如下：
点阵起始位置 = ((区码- 1)*94 + (位码 – 1)) * 汉字点阵字节数
获取点阵起始位置后，我们就可以从这个位置开始，读取出一个汉字的点阵。
我们可以根据机内码来获得区位码：
区码 = 机内码高位字节 - A0H
位码 = 机内码低位字节 - A0H
2.在Ubuntu下调用opencv显示图片和文字
一张需要显示的图片，24*24的点阵.hz文件，ASCII码.zf文件，需要显示的文本文件
（注：在logo.txt文件当中输入你想要显示的文字的时候需要用ANSI编码进行编写，不然中文会出现乱码）
创建一个word.cpp文件，在文件夹下打开终端，输入以下命令：
打开文本文档->文件->另存为->编码选择ANSI，保存即可。
gedit word.cpp
代码如下：
#include<iostream>
#include<opencv/cv.h>
#include"opencv2/opencv.hpp"
#include<opencv/cxcore.h>
#include<opencv/highgui.h>
#include<math.h>
using namespace cv;
using namespace std;
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);
int main(){
String image_path="bird.jpg";//图片的名字
char* logo_path="logo.txt";//汉字文件的名字
put_text_to_image(200,350,image_path,logo_path);//change txt place
return 0;
}
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
//绘制的起点坐标
Point p;
p.x = x_offset;
p.y = y_offset;
//存放ascii字膜
char buff[16];
//打开ascii字库文件
FILE *ASCII;
if ((ASCII = fopen("Asci0816.zf", "rb")) == NULL){
printf("Can't open ascii.zf,Please check the path!");
//getch();
exit(0);
}
fseek(ASCII, offset, SEEK_SET);
fread(buff, 16, 1, ASCII);
int i, j;
Point p1 = p;
for (i = 0; i<16; i++) //十六个char
{
p.x = x_offset;
for (j = 0; j < 8; j++) //一个char八个bit
{
p1 = p;
if (buff[i] & (0x80 >> j)) /*测试当前位是否为1*/
{
/*
由于原本ascii字膜是8*16的，不够大，
所以原本的一个像素点用4个像素点替换，
替换后就有16*32个像素点
ps：感觉这样写代码多余了，但目前暂时只想到了这种方法
*/
circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
p1.x++;
circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
p1.y++;
circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
p1.x--;
circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
}
p.x+=2; //原来的一个像素点变为四个像素点，所以x和y都应该+2
}
p.y+=2;
}
}
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){//在图片上画汉字
Point p;
p.x=x_offset;
p.y=y_offset;
FILE *HZK;
char buff[72];//72个字节，用来存放汉字的
if((HZK=fopen("HZKf2424.hz","rb"))==NULL){
printf("Can't open HZKf2424.hz,Please check the path!");
exit(0);//退出
}
fseek(HZK, offset, SEEK_SET);/*将文件指针移动到偏移量的位置*/
fread(buff, 72, 1, HZK);/*从偏移量的位置读取72个字节，每个汉字占72个字节*/
bool mat[24][24];//定义一个新的矩阵存放转置后的文字字膜
int i,j,k;
for (i = 0; i<24; i++) /*24x24点阵汉字，一共有24行*/
{
for (j = 0; j<3; j++) /*横向有3个字节，循环判断每个字节的*/
for (k = 0; k<8; k++) /*每个字节有8位，循环判断每位是否为1*/
if (buff[i * 3 + j] & (0x80 >> k)) /*测试当前位是否为1*/
{
mat[j * 8 + k][i] = true; /*为1的存入新的字膜中*/
}
else {
mat[j * 8 + k][i] = false;
}
}
for (i = 0; i < 24; i++)
{
p.x = x_offset;
for (j = 0; j < 24; j++)
{
if (mat[i][j])
circle(image, p, 1, Scalar(255, 0, 0), -1); //写(替换)像素点
p.x++; //右移一个像素点
}
p.y++; //下移一个像素点
}
}
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path){//将汉字弄上图片
//x和y就是第一个字在图片上的起始坐标
//通过图片路径获取图片
Mat image=imread(image_path);
int length=19;//要打印的字符长度（打印多少字节长度就为多少，根据自己的情况调整）
unsigned char qh,wh;//定义区号，位号
unsigned long offset;//偏移量
unsigned char hexcode[30];//用于存放记事本读取的十六进制,记得要用无符号
FILE* file_logo;
if ((file_logo = fopen(logo_path, "rb")) == NULL){
printf("Can't open txtfile,Please check the path!");
//getch();
exit(0);
}
fseek(file_logo, 0, SEEK_SET);
fread(hexcode, length, 1, file_logo);
int x =x_offset,y = y_offset;//x,y:在图片上绘制文字的起始坐标
for(int m=0;m<length;){
if(hexcode[m]==0x23){
break;//读到#号时结束
}
else if(hexcode[m]>0xaf){
qh=hexcode[m]-0xaf;//使用的字库里是以汉字啊开头，而不是以汉字符号开头
wh=hexcode[m+1] - 0xa0;//计算位码
offset=(94*(qh-1)+(wh-1))*72L;
paint_chinese(image,x,y,offset);
/*
计算在汉字库中的偏移量
对于每个汉字，使用24*24的点阵来表示的
一行有三个字节，一共24行，所以需要72个字节来表示
*/
m=m+2;//一个汉字的机内码占两个字节，
x+=24;//一个汉字为24*24个像素点，由于是水平放置，所以是向右移动24个像素点
}
else{
//当读取的字符为ASCII码时
wh=hexcode[m];
offset=wh*16l;//计算英文字符的偏移量
paint_ascii(image,x,y,offset);
m++;//英文字符在文件里表示只占一个字节，所以往后移一位就行了
x+=16;
}
}
cv::imshow("image", image);
cv::waitKey();
}
说明：
1、根据需要修改第16行的图片名字
2、修改18行文字显示位置（太大可能数字不知道跑哪去了）
3、修改第115行，需要打印的字符长度
保存好word.cpp文件
编译指令：
g++ word.cpp -o word `pkg-config --cflags --libs opencv`
不报错后，./word运行：
运行效果：
四、实验总结
通过这次实验，我们可以学到很多新的东西，两台电脑之间用串口传送文件，文件越大传输的时间越长，在一定的条件下，当波特率增大的时候，一样大小的文件，传输的时间减小，但是超过了一定范围后，波特率的影响不大，还有利用OpenCV显示图片以及文字，也明白了我们要能够将理论运用于实验，总之，这次收获还是挺大的。
五、参考文献
汉字点阵字库原理
汉字叠加-计科1503班-孙西从
https://blog.csdn.net/mbs520/article/details/106307139
Ubuntu下使用Opencv在图片下显示汉字和数字