Hi~ 我又回来了。在之前的帖子中，我已经实现了PC端和STM32端的蓝牙数据交互，所以后面可以做的东西就很多了。上个帖子说过，这次会做一个QT + STM32 的具体应用，我大概看了一下，好像没有人用stm32做识别的，于是乎我就做一下吧，弥补一下这个空白。
具体来说，我就做一个基于MNIST数据集的手写数字识别吧 。
视频演示：【STM32 手写数字识别 点阵显示 蓝牙传输数据】
一、系统设计
用QT设计一个GUI界面，可以写字，写完数字，通过蓝牙把写的28x28的灰度数字发给STM32进行识别，识别之后通过屏幕之类的显示。系统框图如下：
二、QT 上位机设计
上位机蓝牙通信部分还是延续前两次的代码，但是需要做一个画图的界面，所以就需要加一个GUI专门画图像。
上位机界面如下：
具体代码上，在之前代码的基础上新添加一个drawingwidget.cpp ，默认画笔大小是20，这部分代码也是参考了别人的代码加以修改过来的。其中发送图片像素的函数给图片做了一个缩放，最后会变成28x28的图像，以适应mnist数据集。
DrawingWidget::DrawingWidget(QWidget *parent) :
QWidget(parent), penColor(Qt::darkGray), drawingArea(50, 50, 280, 280)
{
PenWidth=20;
}
DrawingWidget::~DrawingWidget()
{
}
void DrawingWidget::setPenColor(void)
{
QColor color = QColorDialog::getColor(Qt::white, this, "选择颜色");
if (color.isValid()) {
penColor = color;
}
}
void DrawingWidget::clearDrawing()
{
points.clear();
update();
}
QImage DrawingWidget::getDrawingBits(int scaleFactor){
QPixmap pixmap(drawingArea.size());
pixmap.fill(Qt::black);
// 在 QPixmap 上绘制内容
QPainter painter(&pixmap);
QPen pen(penColor);
pen.setWidth(PenWidth);
painter.setPen(pen);
// 平移 painter 以匹配绘图区域的相对坐标
painter.translate(-drawingArea.topLeft());
// 绘制线条
painter.drawPolyline(QPolygon(point));
for (auto p : points) {
painter.drawPolyline(QPolygon(p));
}
// 缩放
QPixmap scaledPixmap = pixmap.scaled(pixmap.size() / scaleFactor, Qt::KeepAspectRatio, Qt::SmoothTransformation);
grayImage = scaledPixmap.toImage().convertToFormat(QImage::Format_Grayscale8);
return grayImage;
}
void DrawingWidget::saveDrawing(const QString &filePath, int scaleFactor)
{
// 创建一个与绘图区域相同大小的 QPixmap
QPixmap pixmap(drawingArea.size());
pixmap.fill(Qt::black);
// 在 QPixmap 上绘制内容
QPainter painter(&pixmap);
QPen pen(penColor);
pen.setWidth(PenWidth);
painter.setPen(pen);
// 平移 painter 以匹配绘图区域的相对坐标
painter.translate(-drawingArea.topLeft());
// 绘制线条
painter.drawPolyline(QPolygon(point));
for (auto p : points) {
painter.drawPolyline(QPolygon(p));
}
// 缩放
QPixmap scaledPixmap = pixmap.scaled(pixmap.size() / scaleFactor, Qt::KeepAspectRatio, Qt::SmoothTransformation);
QImage grayImage = scaledPixmap.toImage().convertToFormat(QImage::Format_Grayscale8);
//const uchar *data = grayImage.bits(); //only pix data
//int size_T=grayImage.height()*grayImage.width();
// 保存图片到文件
if (!filePath.isEmpty()) {
grayImage.save(filePath, "BMP");
}
}
bool DrawingWidget::event(QEvent *event)
{
QMouseEvent *e = static_cast<QMouseEvent *>(event);
if (event->type() == QEvent::MouseMove) {
if (drawingArea.contains(e->pos())) {
point.append(e->pos());
this->update();
}
} else if (event->type() == QEvent::MouseButtonRelease) {
points.append(point);
point.clear();
} else if (event->type() == QEvent::Paint) {
QPainter painter(this);
// 绘制绘图区域边框
QPen borderPen(Qt::DashLine);
borderPen.setColor(Qt::gray);
painter.setPen(borderPen);
painter.drawRect(drawingArea);
// 绘制用户的线条
QPen pen(penColor);
pen.setWidth(PenWidth);
painter.setPen(pen);
painter.drawPolyline(QPolygon(point));
for (auto p : points) {
painter.drawPolyline(QPolygon(p));
}
}
return QWidget::event(event);
}使用这个类的话直接 new 就行
drawingWidget_t = new DrawingWidget(this); ui->verticalLayout_2->addWidget(drawingWidget_t);
图片数据发送部分，我选择了分成两个characteristic 发送，因为图片太大了（784 bytes），一次最多只能发500 bytes
void Widget::on_pushButton_Send_clicked()
{
QImage imageBuf=drawingWidget_t->getDrawingBits(10);
QByteArray byteArray1(reinterpret_cast<const char*>(imageBuf.bits()), 500);
QByteArray byteArray2(reinterpret_cast<const char*>(imageBuf.bits()+500), 284);
gatt_comm_t->Characteristic_Write_Trigger(0,byteArray1);
gatt_comm_t->Characteristic_Write_Trigger(1,byteArray2);
}三、STM32 程序设计
stm32 程序分为：接收触发识别、识别、显示，三个部分组成。
3.1 首先是接收，接收之后存到数组里。接收完成触发识别flag
/* Functions Definition ------------------------------------------------------*/
void P2P_SERVER_Notification(P2P_SERVER_NotificationEvt_t *p_Notification)
{
/* USER CODE BEGIN Service1_Notification_1 */
uint8_t *dataBuf=p_Notification->DataTransfered.p_Payload;
uint8_t dataLen=p_Notification->DataTransfered.Length;
LOG_INFO_APP("\r\nData len:%d\r\n",dataLen);
/* USER CODE END Service1_Notification_1 */
switch(p_Notification->EvtOpcode)
{
/* USER CODE BEGIN Service1_Notification_Service1_EvtOpcode */
/* USER CODE END Service1_Notification_Service1_EvtOpcode */
case P2P_SERVER_TX_READ_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char1_READ_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_TX_READ_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char1_READ_EVT */
break;
case P2P_SERVER_TX_WRITE_NO_RESP_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char1_WRITE_NO_RESP_EVT */
//LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_TX_WRITE_NO_RESP_EVT:%s\r\n",dataBuf);
memcpy(recv_pic_1+recv_index1,dataBuf,dataLen);
recv_index1+=dataLen;
if(recv_index1==FIRST_PACKET_LEN){
recv_index1=0;
}
/* USER CODE END Service1Char1_WRITE_NO_RESP_EVT */
break;
case P2P_SERVER_TX_WRITE_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char1_WRITE_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_TX_WRITE_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char1_WRITE_EVT */
break;
case P2P_SERVER_TX_NOTIFY_ENABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char1_NOTIFY_ENABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_TX_NOTIFY_ENABLED_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char1_NOTIFY_ENABLED_EVT */
break;
case P2P_SERVER_TX_NOTIFY_DISABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char1_NOTIFY_DISABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_TX_NOTIFY_DISABLED_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char1_NOTIFY_DISABLED_EVT */
break;
case P2P_SERVER_RX_READ_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char2_READ_EVT */
/* USER CODE END Service1Char2_READ_EVT */
break;
case P2P_SERVER_RX_WRITE_NO_RESP_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char2_WRITE_NO_RESP_EVT */
//LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_RX_WRITE_NO_RESP_EVT:%s\r\n",dataBuf);
memcpy(recv_pic_2+recv_index1,dataBuf,dataLen);
recv_index1+=dataLen;
if(recv_index1==SECOND_PACKET_LEN){
recv_index1=0;
set_reg_flag(1);
}
/* USER CODE END Service1Char2_WRITE_NO_RESP_EVT */
break;
case P2P_SERVER_RX_WRITE_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char2_WRITE_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_RX_WRITE_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char2_WRITE_EVT */
break;
case P2P_SERVER_RX_NOTIFY_ENABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char2_NOTIFY_ENABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_RX_NOTIFY_ENABLED_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char2_NOTIFY_ENABLED_EVT */
break;
case P2P_SERVER_RX_NOTIFY_DISABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char2_NOTIFY_DISABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_RX_NOTIFY_DISABLED_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char2_NOTIFY_DISABLED_EVT */
break;
case P2P_SERVER_SW_READ_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char3_READ_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_SW_READ_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char3_READ_EVT */
break;
case P2P_SERVER_SW_WRITE_NO_RESP_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char3_WRITE_NO_RESP_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_SW_WRITE_NO_RESP_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char3_WRITE_NO_RESP_EVT */
break;
case P2P_SERVER_SW_WRITE_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char3_WRITE_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_SW_WRITE_EVT:%s\r\n",dataBuf);
/* USER CODE END Service1Char3_WRITE_EVT */
break;
case P2P_SERVER_SW_NOTIFY_ENABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char3_NOTIFY_ENABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_SW_NOTIFY_ENABLED_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char3_NOTIFY_ENABLED_EVT */
break;
case P2P_SERVER_SW_NOTIFY_DISABLED_EVT:
/* USER CODE BEGIN Service1Char3_NOTIFY_DISABLED_EVT */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_SW_NOTIFY_DISABLED_EVT\r\n");
/* USER CODE END Service1Char3_NOTIFY_DISABLED_EVT */
break;
default:
/* USER CODE BEGIN Service1_Notification_default */
LOG_INFO_APP("P2P_SERVER_Notification FUC\r\n");
/* USER CODE END Service1_Notification_default */
break;
}
/* USER CODE BEGIN Service1_Notification_2 */
/* USER CODE END Service1_Notification_2 */
return;
}3.2 然后是识别，识别是关键，这里用的是nnom框架，它可以生成C语言的神经网络，不过我这里层数并不多，不然单片机的内存不够用，会Hard Fault 。但是牺牲的是识别的精度，实际用起来其实并不是太好，勉勉强强能识别吧
。本来想用LCD显示，奈何内存严重不足，退而求其次，最后只能用点阵显示数字了。
while(1)部分：
if(reg_flag){
temp_pic1=get_recv_pic_first();
temp_pic2=get_recv_pic_second();
//display_pic(temp_pic);
pre_num=pic_recognition(temp_pic1,temp_pic2);
display_num(pre_num);
printf("NN recognition num:%d\r\n",pre_num);
reg_flag=0;
}识别的函数：
uint32_t pic_recognition(uint8_t *custom_pic,uint8_t *custom_pic2){
uint32_t pre_label=0;
float prob;
// model:mnist nn mod , nnom_output_data:10 classes, get top-1:record num
//pre = prediction_create(model, nnom_output_data, sizeof(nnom_output_data), 1);
memcpy(nnom_input_data, custom_pic, 500);
memcpy(nnom_input_data+500, custom_pic2, 284);
//this provide more infor but requires prediction API
//prediction_run(pre, 0, &pre_label, &prob);
nnom_predict(model, &pre_label, &prob);
//printf("pre result is %d prob is %f\r\n",pre_label,prob);
// print prediction result
//prediction_end(pre);
//prediction_summary(pre);
//prediction_delete(pre);
// model Print running stat
//model_stat(model);
return pre_label;
}模型具体结构：
static nnom_model_t* nnom_model_create(void)
{
static nnom_model_t model;
nnom_layer_t* layer[12];
new_model(&model);
layer[0] = Input(shape(28, 28, 1), nnom_input_data);
layer[1] = model.hook(Conv2D(8, kernel(5, 5), stride(1, 1), dilation(1, 1), PADDING_VALID, &conv2d_w, &conv2d_b), layer[0]);
layer[2] = model.active(act_relu(), layer[1]);
layer[3] = model.hook(AvgPool(kernel(6, 6), stride(1, 1), PADDING_VALID), layer[2]);
layer[4] = model.hook(Conv2D(8, kernel(6, 6), stride(1, 1), dilation(1, 1), PADDING_VALID, &conv2d_1_w, &conv2d_1_b), layer[3]);
layer[5] = model.active(act_relu(), layer[4]);
layer[6] = model.hook(AvgPool(kernel(7, 7), stride(1, 1), PADDING_VALID), layer[5]);
layer[7] = model.hook(Dense(32, &dense_w, &dense_b), layer[6]);
layer[8] = model.active(act_relu(), layer[7]);
layer[9] = model.hook(Dense(10, &dense_1_w, &dense_1_b), layer[8]);
layer[10] = model.hook(Softmax(), layer[9]);
layer[11] = model.hook(Output(shape(10,1,1), nnom_output_data), layer[10]);
model_compile(&model, layer[0], layer[11]);
return &model;
}最后来一张完工的截图：
STM32
MCU
通讯及无线技术
物联网技术
电子DIY
板卡试用
基础知识
软件与操作系统
我爱生活
小e食堂