智能藏語盲文學習機的設計與實現

武 強，崔靜靜，邊巴旺堆，次仁朗杰

（西藏大學工學院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

近年來隨著國家政策的逐步落實，西藏自治區殘疾人聯合會與盲文無國界組織合作開展的《助盲項目》，通過實施各項盲人康復領域的工作，包括盲人的日常生活技能、盲人基礎教育的康復、盲人職業培訓、盲人康復領域的各種當地師資的培訓等工作領域取得了良好的成績。西藏地區盲人的生活和學習得到了很大的提高。

然而目前，并沒有供西藏地區盲人學習藏語的盲文點字學習機，因此該系統具有一定的創新性和先進性。該系統包括鍵盤的識別和對語音的錄入、編輯、存儲、和輸出功能[1]，使盲人在短時間里完成藏語盲文的點位學習。此外該設備的音頻輸出不僅可以直接與耳機相連，還可以直接外接音響，因此該機器也可以用在教學中，使藏語盲文的學習變得更家自動化。同時該系統對于推廣藏語，提高少數民族同胞的生活、工作質量，促進少數民族事業發展都起到了積極的推動作用。

1 系統整體設計

盲文，又稱點字，國際通用的點字由6個凸起的圓點為基本結構組成，是專供盲人摸讀、書寫的文字符號。藏語盲文的基礎結構是以六點為一方，通過排列與組合的規則把字符恰當地表示出來。

因此，在本系統的設計中，通過多個按鍵組合來模擬不同的點字，再與SPCE3200嵌入式微處理器[2-4]相結合控制語音模組播放相應點字，進而實現了點字的輸入、反饋功能。根據各功能的需求，其硬件組成框圖如圖1所示：主要由SPCE3200嵌入式微處理器、鍵盤輸入模組、錄音模塊、語音資源存儲模塊和語音播放模塊組成。其中，鍵盤模組是由點陣組成的，通過SPCE3200微處理器控制，配合語音模塊播放相應的提示音，并可通過錄音模塊存入相應的語音，保存盲人朋友的學習情況。

圖1 系統硬件框圖Fig.1 The diagram of the system hardware

1.1 鍵盤模組簡介

藏語是一種拼音文字，藏盲文以六點為一方，每一個字符以由1～6個突起的點兒安排在一個有6個點位的長方形里 。為了確認不同的盲文字符，按照讀的時候的順序排列規則是這樣的，左上是第一點，左中是第二點，左下是第三點，右上是第四點，右中是第五點，右下是第六點，盲文鍵盤樣式圖如圖2所示。

圖2 盲文鍵盤樣式圖Fig.2 The style diagram of Braille key

鍵盤電路由8個機械觸點式按鍵組成，它利用彈性使按鍵復位，手感明顯，工藝簡單，比較適合作為盲人學習機的點位鍵盤，其中KEY7、KEY8為模式選擇鍵，這兩個鍵用于在MP3模式、語音錄播模式和盲文學習模式之間進行切換；未按下KEY8時，學習機處于盲文學習模式，在此模式下，KEY1～KEY6為點位鍵盤，通過操作這6個按鍵可以組合成不同的點字進而控制語音芯片播放相應語音；當按下按鍵KEY8后，學習機切換到錄放音模式，在該模式下，KEY1，KEY4分別為錄音鍵和播放鍵，KEY2為模式退出鍵，通過控制KEY1，KEY4鍵可實現語音的錄播，操作KEY2可使學習機退出錄放音模式；在盲文學習模式下按下KEY7后，學習機切換到MP3模式，在該模式下，KEY1，KEY4分別為下一曲和上一曲，通過選擇，盲人朋友可以欣賞自己喜歡的音樂。同時，為了方便盲人使用該學習機，設計了語音反饋功能輔助盲人操作鍵盤，即預先在SD卡中錄入一些按鍵提示語音，每進行一次鍵盤操作，語音電路就會播放鍵盤中的相應鍵值，提示該按鍵操作是否成功，使得盲人朋友可以避免練習中的一些錯誤。

鍵盤的硬件電路[5]原理圖如圖3所示。

圖3 鍵盤電路原理圖Fig.3 Circuit diagram of keyboard

1.2 語音存儲模塊

在智能盲文學習機的語音處理中，考慮到系統對語音的分段較多，而且有些語音需要多次重復錄放，存儲時間長的特點，本系統采用SPCE3200[6]支持外擴FLASH的功能，通過SD卡存儲大量語音。

SD卡具有大容量，高性能，安全等特點。SPCE3200具有SD卡控制器，可支持SD卡的數據存儲。系統中使用SD卡的4根數據線、1根命令鎖存線和1根時鐘線，為了穩定信號，數據線和命令鎖存線外接上拉電阻。SD卡采用3.3 V供電，時鐘信號由SPCE3200提供。SD卡的接口電路如圖4所示。

圖4 SD卡接口電路Fig.4 Circuit diagram of SD card Interface

1.3 語音輸出模塊

本系統語音的實現選擇SPCE3200的MP3文件播放。硬件上依賴DAC進行輸出播放；軟件上主要通過MP3庫解碼器的API函數來實現，保證了語音輸出的質量同時軟件操作上也較容易。

SPCE3200有兩路16位高速數模轉換器，可以進行普通的D/A轉換，也可以進行立體聲語音播放。SPCE3200的DAC模塊共有3個引腳：其中DAC_VREF為DAC參考電壓輸入引腳；DAC_CH0為DAC通道0信號輸出引腳；DAC_CH1為DAC通道1信號輸出引腳。SPCE3200的DAC模塊有兩路DAC通道 （通道0和通道1），具有4級深度的FIFO Buffer（Buffer的大小可設置），可以編程設置DAC采樣率，其中斷機制和緩存區支持可使得語音播放更方便。

在本系統中，音頻電路由麥克風電路以及音頻輸出電路組成。如圖5所示。音頻輸出電路采用凌陽功放SPY0030，音頻輸出大于1 W，喇叭直流阻抗8 Ω，左右兩個通道音量分立調節并備有兩個外部音頻信號放大輸入端。DAC_CH0和DAC_CH1的輸出信號也可以通過放大電路放大后，通過音響、耳機、喇叭等放音設備進行播放。

圖5 音頻放大電路Fig.5 Circuit of audio amplification

2 軟件部分設計

為了更好地幫助藏族盲人朋友盲文點字，在學習機的設計中，通過多個按鍵組合來模擬不同的點字，并通過軟件調用SD卡上相應的語音資源播放相應的點字，進而實現了點字的練習和語音反饋功能。

主程序[7]是一個封閉的循環，初始化文件系統和掛在SD卡主要是為了建立SD卡與主機的通信，向SD卡寫入或者獲取SD卡中的信息；將8個AD模塊端口使能為GPIO口，并設置為下拉非上拉電阻輸入口，并將IOA1口設置為上升沿中斷；打開時鐘，主要是為了打開計時中斷，并設置計時初值。每隔0.5秒系統將掃描一次鍵盤，判斷有無按鍵，若有按鍵且按鍵有效，則系統根據按鍵值作出相應的反應。主程序流程圖如圖6所示。

2.1 點位訓練的設計

在點位訓練模式下，首先判斷數字標志鍵KEYNF是否按下，若未按下，學習機處于基字點位訓練模式，在該模式下，通過按下不同的點位組合，將調用其所對應的字符語音資源，同時播放相應的語音供盲人朋友學習；若KENF按下，則進行數字點位訓練，按下不同的點位組合將播放對應的數字語音；若練習時點位不正確，則播放預先存儲的錯誤提示音，從而可以使盲人朋友避免練習中的錯誤。其流程框圖如圖7所示。

圖6 主程序流程圖Fig.6 Flow chart of the main program

2.2 語音錄放函數

系統上電初始化后按下模式鍵KEY8鍵，學習機進入錄放模式，在該模式下按下KEY1鍵，學習機進入錄音程序。程序開始后首先切換到SD卡中的存儲錄音的文件目錄，并打開此目錄，之后初始化MIC，開始語音輸入，錄音結束后，語音段數加l，文件指針指向第二個文件；當再次按下KEY1鍵時，芯片從當前地址重復上述錄音操作，直到錄音時間最大值或按下KEY8鍵。在該模式接下KEY4鍵，學習機進入放音程序，初始化錄音文件并獲取錄音的文件數，之后系統檢測按鍵值所對應的的語音段，芯片將從當前的語音地址開始播放。錄放函數流程圖如圖8所示。

圖7 點位訓練流程圖Fig.7 Flow chart of Braille training

圖8 錄放函數流程圖Fig.8 Flow chart of Recorder function

3 結 論

本系統在正常模式下，測試主控板消耗電流（主控板工作電壓為DC9V）、鍵盤電路消耗的電流（正常工作電壓為DC5V）和音頻放大電路的消耗電流（工作電壓為DC5V）。最終測試結果：主控板消耗電流為1 A，鍵盤電路工作時的消耗電流為510 mA，語音播放時的消耗電流為400 mA。該系統性能穩定，能夠完成“點位訓練”、“音樂播放”、“語音錄放”等功能，使藏族的盲人朋友能夠獨立的學習藏語盲文的點位，操作簡單，學習方便，具有一定的創造性和推廣價值，為盲人朋友學好和掌握各種技能奠定了基礎。在西藏地區有較高的應用價值。

[1]樊建中，孫晴，楊永杰.一種智能盲文學習機設計[J].現代電子技術，2010，33（5）：118-120.

FAN Jian-zhong，SUN Qing，YANG Yong-jie.Design of intelligent braille learning machine[J].Modern Electronics Technique，2010，33（5）：118-120.

[2]唐潔媛.多媒體微處理器SPCE3200的應用研究[J].電子元器件應用，2008，10（6）：5-9.

TANG Jie-yuan.Application research of multimedia microprocessor SPCE3200 [J].Application ofElectronic Component，2008，10（6）：5-9.

[3]張大波.嵌入式系統原理設計與應用[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4]韋東山.嵌入式Linux應用開發[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[5]康華光.電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005.

[6]羅亞非.32位嵌入式微處理器原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[7]譚浩強.C程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2005.