基于重力感應(yīng)器的盲人手機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳 瑤 邱開金 徐 海 朱凡超

（西南大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院 軟件學(xué)院，重慶北碚 400715）

0 引言

現(xiàn)實(shí)生活中，隨著手機(jī)的日益普及，撥打電話成了我們生活中不可缺少的行為。傳統(tǒng)的手機(jī)交互過多的依賴視覺來完成，因此使得盲人和有視覺障礙的人幾乎無法使用普通的手機(jī)。市面上的盲人手機(jī),比如Squibble手機(jī), Universal Phone手機(jī), 獨(dú)特盲文鍵盤的Tactility手機(jī)等,大多采用通過觸摸屏進(jìn)行平面化盲文信息或者采用盲點(diǎn)設(shè)計(jì)，使用者直接通過觸摸辨別輸入信息等方式操作手機(jī)，這種手機(jī)需要專門的設(shè)備才能完成，售價(jià)一般比普通手機(jī)高；也有通過語音識(shí)別來進(jìn)行手機(jī)的操作的盲人手機(jī)[1],通過語音控制與人機(jī)交互說出號碼自動(dòng)撥打電話,但是這種手機(jī)需要盲人能準(zhǔn)確發(fā)音輸出，目前，語音識(shí)別準(zhǔn)確率不是很高,從而使這種手機(jī)實(shí)用性不高。文獻(xiàn)[2]提出了以交互式模式對盲人手機(jī)界面的輸入方式進(jìn)行了分析,提出了盲人手機(jī)輸入方案,但方案也需要通過觸摸布萊葉盲字來進(jìn)行輸入。

本文實(shí)現(xiàn)的一種盲人手機(jī)是以重力感應(yīng)器為基礎(chǔ)的。本專利設(shè)計(jì)是以重力感應(yīng)器為基礎(chǔ)的。重力感應(yīng)是利用壓電原理實(shí)現(xiàn)的[3][4],是通過測量內(nèi)部一片重物（重物和壓電片做成一體）的重力在正交兩個(gè)方向的分力大小，來判定水平方向。早在幾年前就有了重力感應(yīng)器。如今，縱觀主流智能機(jī)，重力感應(yīng)器已經(jīng)成為了很多手機(jī)的標(biāo)配。重力感應(yīng)技術(shù)早先是通過硬盤保護(hù)功能逐漸被消費(fèi)者所熟知,一旦通過重力加速度偵測到意外,能在摔落的瞬間將磁頭撤至安全停泊區(qū),有效確保產(chǎn)品安全[4].現(xiàn)在重力感應(yīng)器主要用游戲開發(fā)中，例如極品飛車系列、現(xiàn)代戰(zhàn)爭系列等等，在脫離了傳統(tǒng)單一的觸控式操作之后，這種新玩法顯然能給用戶帶來新鮮的操作體驗(yàn)。在手機(jī)操作方面也有一些應(yīng)用，比如屏幕自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、搖一搖找好友、各種甩歌操作。以重力感應(yīng)達(dá)到撥打電話，目前尚沒有應(yīng)用。本文通過使用重力感應(yīng)器，來進(jìn)行手機(jī)狀態(tài)編碼從而達(dá)到撥打電話，實(shí)現(xiàn)了基于重力感應(yīng)器無視覺盲人手機(jī)。

1 本論文手機(jī)操作模式

本論文手機(jī)的操作模式如下：用手作用于手機(jī)，晃動(dòng)手機(jī)，改變手機(jī)狀態(tài)，以手機(jī)狀態(tài)的改變作為輸入,對于無視覺人，輸入的結(jié)果以語音的方式通知操作者，整個(gè)過程中不需要眼的參預(yù)。對于正常人，也可以屏幕方式通知輸入結(jié)果，以體驗(yàn)新的輸入方式。

圖2 本論文手機(jī)操作模式

2 總體結(jié)構(gòu)圖

本論文手機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖3所示，手機(jī)輸入模塊通過對重力感應(yīng)器的檢測，完成手機(jī)狀態(tài)識(shí)別，并對手機(jī)狀態(tài)進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)化為對手機(jī)的輸入操作。前臺(tái)應(yīng)用模塊在手機(jī)輸入模塊的協(xié)同下，完成各種應(yīng)用，在不同的應(yīng)用下，手機(jī)狀態(tài)編碼不同。后臺(tái)監(jiān)聽模塊完成電話的接收；語音模塊和屏幕輸出模塊實(shí)現(xiàn)輸出，設(shè)置模塊可以改變輸出的方式，輸出方式有三種：只語音輸出，只屏幕輸出和語音和屏幕一起輸出。控制模塊是系統(tǒng)的核心，完成對各模塊的控制，狀態(tài)的改變等功能。

圖3 本論文手機(jī)總體結(jié)構(gòu)

2.1 手機(jī)輸入模塊

2.1.1 手機(jī)重力感應(yīng)器檢測模塊

本論文手機(jī)使用線加速度傳感器，并結(jié)合三軸陀螺儀實(shí)現(xiàn)三維測量。三軸重力感應(yīng)按測量方向分為X,Y,Z軸，X軸是手機(jī)底端左側(cè)到右側(cè)的方向，Y坐標(biāo)軸是手機(jī)底端到頂端的方向，z坐標(biāo)軸正走向則是面向使用者的方向。當(dāng)重力改變時(shí)，便得到各軸上的x,y,z值也會(huì)隨著改變。當(dāng)手機(jī)屏幕向上（z軸朝天）水平放置的時(shí)侯，（x，y，z）的值分別為（0，0，10）；手機(jī)屏幕向下（z軸朝地）水平放置的時(shí)侯，（x，y，z）的值分別為（0，0，-10）；手機(jī)屏幕向左側(cè)放（x 軸朝天）的時(shí)候，（x，y，z）的值分別為（10，0，0）；手機(jī)豎直（y 軸朝天）向上的時(shí)候，（x，y，z）的值分別為（0，10，0）；手機(jī)重力感應(yīng)器檢測模塊完成各軸上的x,y,z值的檢測。

2.1.2 手機(jī)狀態(tài)檢測模塊

對重力感應(yīng)器檢測模塊完成各軸上的x,y,z值的檢測進(jìn)行識(shí)別，分類出手機(jī)的狀態(tài)。為了提高分類的準(zhǔn)確性和魯棒性，分成以下六個(gè)大類正豎、倒豎、左橫、右橫, 左斜,右斜六種狀態(tài)，如圖4所示

圖4 手機(jī)位置狀態(tài)圖

左斜：x變化為負(fù)，變化幅度大于某一值，y變化及z變化幅度小于某一值。

右斜：x變化為正，變化幅度大于某一值，y變化及z變化幅度小于某一值。

左橫：z變化為正，變化幅度大于某一值，x變化及y變化幅度小于某一值。

右橫：z變化為負(fù)，變化幅度大于某一值，x變化及y變化幅度小于某一值。

正豎：y變化為正，變化幅度大于某一值，x變化及z變化幅度小于某一值。

倒豎：y變化為負(fù)，變化幅度大于某一值，x變化及z變化幅度小于某一值。

每變化一次，要回到初始位置，才算完成一次狀態(tài)變化。這六種狀態(tài)可分辯能力不同,在手機(jī)使用中,把分辯能力最好的狀態(tài)用在最重要的輸入上。

2.1.3 狀態(tài)編碼模塊

可靠分辨的手機(jī)位置狀態(tài)有六種，但是手機(jī)按鍵輸入有十多種，所以需要對六種手機(jī)狀態(tài)進(jìn)行編碼與復(fù)用。狀態(tài)編碼模塊完成手機(jī)位置的編碼與復(fù)用。

2.2 前臺(tái)應(yīng)用模塊

2.2.1 應(yīng)用模塊切換

前臺(tái)應(yīng)用模塊如圖3所示,共有三個(gè)模塊： 撥號模塊、解屏模塊、 設(shè)置模塊,要選擇切換這三個(gè)模塊,設(shè)計(jì)四個(gè)鍵,一是左移鍵,右移鍵,確定鍵, 撥號鍵，分配如下表1所示：

表1 頂層模塊按鍵編碼表

進(jìn)入前臺(tái)應(yīng)用模塊，初始為撥號模塊，按確定鍵，將進(jìn)入撥號模塊，按左移鍵和右移鍵使當(dāng)前模塊發(fā)生左移和右移，移一次，語音模報(bào)一次當(dāng)前模塊名；按確定鍵將執(zhí)行當(dāng)前模塊操作；在任意狀態(tài)下，按撥號鍵將回到撥號模塊位置。

2.2.2 撥號模塊

撥號模塊為狀態(tài)2，共需要10個(gè)數(shù)字鍵，1個(gè)確定鍵，1個(gè)刪除鍵和一個(gè)發(fā)送鍵。采用手機(jī)位置狀態(tài)編碼與復(fù)用實(shí)現(xiàn)，如表2及表3所示：

表2 撥號模塊數(shù)字0～9的編碼

表3 撥號模塊功能鍵編碼

輸入：輸入1～3，需要兩次位置變化，比如輸入1，先左橫，再正豎；輸入完后，根據(jù)設(shè)置將在屏幕或語音播報(bào)當(dāng)前輸入值。輸入0及4～9需要三次位置變化，如輸入4，先左橫，再左橫，再正豎。發(fā)送：在輸入語音播報(bào)或屏幕顯示出數(shù)字后，右斜可發(fā)送電話。刪除：在輸入語音播報(bào)或屏幕顯示出數(shù)字后，左斜可刪除剛輸入的電話號碼。

2.3 后臺(tái)監(jiān)聽模塊

后臺(tái)監(jiān)聽有電話接聽模塊，當(dāng)有電話進(jìn)來時(shí)，接聽模塊將中斷當(dāng)前的操作，使用者有兩種選擇，接聽或不接聽，需要兩個(gè)手機(jī)位置狀態(tài)就可以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語

本文研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于盲人手機(jī)操作模式,主要特點(diǎn):(1)實(shí)現(xiàn)了基于重力感應(yīng)器的盲人手機(jī)操作模式，以手晃動(dòng)手機(jī)，以耳接收響應(yīng)。 (2)實(shí)現(xiàn)了基于重力感應(yīng)器的手機(jī)位置狀態(tài)檢測，設(shè)計(jì)出了比較可靠，分辯力高的六種手機(jī)位置狀態(tài)。(3)通過手機(jī)位置狀態(tài)編碼實(shí)現(xiàn)了電話的撥打,解屏等手機(jī)應(yīng)用功能。

[1]王璟珣, 滕召勝, 高云鵬, 王一,李聰聰,嵌入式盲人手機(jī)語音識(shí)別與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J], 《計(jì)算機(jī)測量與控制》, 2009年 10期

[2]王琳琳, 方志剛, 徐潔, 盲人手機(jī)輸入方案的交互設(shè)計(jì)和評估[J],《計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)》, 2007年 24期

[3]ZW,手機(jī)更智能——重力感應(yīng)和電子羅盤技術(shù)[J],電腦迷,《PC Fan》, 編輯部郵箱 2011年 21期

[4]郭小梅, 移動(dòng)設(shè)備中的重力感應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)[J], 《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》, 2011年 9期獲獎(jiǎng)項(xiàng)目：第七屆全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽團(tuán)體賽“中興通訊杯“全國二等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名稱：“Magic Gravity” 頒發(fā)部門：教育部