盲用智能手機輔助交互設備的設計

朱慧媛 房云龍 趙順 吳旭東 高夢婷

摘 ?要：該設備是基于單片機和Android的一款輔助盲人使用智能手機的設備，硬件端通過藍牙模塊接收Android APP發送過來的信息，通過盲文轉譯系統轉譯成特定的編碼，進而控制微電機運動，推動頂針，顯示盲人可以識別的盲文。盲人端Android APP除了可以將短消息轉換為盲文外，還可以將盲人語音轉換為文字發送到硬件端顯示，還具有短消息讀出、求助等功能。該設備可以幫助盲人使用智能手機，讓盲人融入移動互聯網時代。

關鍵詞：盲人;藍牙通信;人機交互

中圖分類號：TN912.34 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）21-0152-04

Design of Auxiliary Interactive Equipment for Blind Use Smart Phone

ZHU Huiyuan，FANG Yunlong，ZHAO Shun，WU Xudong，GAO Mengting

（Suzhou Vocational University，Suzhou ?215104，China）

Abstract：The device is a device based on MCU and Android to assist the blind to use smart phones. The hardware terminal receives the information sent by Android APP through Bluetooth module，and translates it into a specific code through Braille translation system，so as to control the movement of the micro-motor，push the thimble，and display the Braille that the blind can recognize. Android APP for the blind can not only convert short messages into Braille，but also convert the voice of the blind into text and send it to the hardware for display. It also has the functions of reading short messages and asking for help. The device can help the blind use smart phones and integrate them into the mobile internet era.

Keywords：blind;Bluetooth communication;human-computer interaction

0 ?引 ?言

目前，人類社會已經跨入了21世紀，隨著科學技術的迅猛發展，我們都享受到了科技給我們帶來的便捷，但盲人卻很難享受到科技發展帶來便利。中國有著數量龐大的盲人群體，據統計，2018年我國視力殘疾患者人數達到1 700多萬，相當于每80人中就有一個“黑暗中的行者”。而這些“黑暗中的行者”中還有無健康聽力的人群。這個群體的在信息獲取和信息交流方面都面臨巨大困難。雖然現在的智能產品可以在一定程度上幫助到他們，例如說手機上的盲用語音播報功能、盲人模式為盲人這個大群體帶來了極大的方便，但是信息更新迭代的較快，盲人群體并不能很好的享受這些智能產品發展帶來的便利。例如盲人群體在無人輔助時會出現在電子產品上的輸入信息存在困難或進行信息閱讀困難、無健康聽力的盲人群體無法接受語音播報信息和盲文閱讀器價格昂貴難以購買等情況。針對盲人群體可能遇到的困難進行分析，設計一款面向盲人群體，能與智能手機進行交互，使盲人群體在大多數情況下無需他人輔助就能對智能手機進行信息獲取，發送信息給他人，就顯得尤為必要。對此，本文設計了一種盲用智能手機輔助交互設備，為盲人群體提供了一款更便攜，價格更低且功能更好的盲用智能手機輔助交互設備[1，2]。

本設備可以幫助盲人獨立使用智能手機，自主發送信息、自由選用語音或觸摸盲文點顯器來獲取信息，無需擔心會在公共場合泄露個人隱私。本設備研發團隊是蘇州市職業大學企業項目合作研發的重要組成部分，承擔過多款電子產品的研發，在研發智能產品方面有一定的基礎。

1 ?總體設計

盲用智能手機輔助交互設備包括硬件端和Android APP端，硬件端和Android APP端通過藍牙進行連接和通信，本設備總體架構如圖1所示。

盲人Android手機將收到的文本消息或文本資料轉換為特定的編碼，通過藍牙將編碼發送給硬件端，硬件端通過單片機控制相應的微型電機彈起，實現盲文顯示。盲人Android APP端也實現了語音合成，即盲人也可以選擇將文本轉換為語音，直接聽取信息。此外，盲人還可以通過Android APP發送語音消息，也可以將對方發送的語音消息播放或者轉換為盲文讀出。最后盲人端Android APP還設計了求助功能，在緊急情況下，盲人可以通過求助功能將當前位置發送給家人。

2 ?硬件端設計

2.1 ?硬件端構成

硬件端主要由STM32單片機、藍牙模塊、微型電機驅動、微型電機、電源等構成。硬件端的整體架構如圖2所示。

STM32單片機作為主控制器，主要負責藍牙模塊的配置，接收藍牙模塊的消息，控制微型電機的升降。該設備選用了STM32F103C8T6芯片作為主控制器，該芯片基于ARM Cortex-M3內核，該芯片價格便宜，性能強大，支持串口、PWM、定時器等，可以滿足該設備的需求。藍牙模塊本設備選用的是HC05，該模塊支持經典藍牙2.0協議，且可以串口收發，控制比較方便，通信速率可以滿足本設備的需求。微型電機采用微型絲桿滑臺行星減速電機，微型電機驅動則采用L298N為主控的模塊[3]。

2.2 ?STM32單片機程序設計

硬件端結合Android APP的需求和設計原則的要求，設計了如圖3所示的主控制器流程圖。首先是對脈沖寬度PWM和串口進行初始化。由于HC05具有串口透傳的特點，初始化完成后，Android APP與設備端一旦建立藍牙連接，串口即可以收到Android APP端發送過來的信息。串口收到Android APP端發送過來的信息，接著將進行數據處理，將收到的編碼信息與已存儲的數據進行比對，得出需要升降的電機，接著控制電機升降就可以將盲文顯示出來了。

2.3 ?盲文點顯設計

盲文是專為盲人設計、靠觸覺感知的文字。這樣顯示信息的方式可以讓盲人精準的獲取信息，當盲人在公共場合或者嘈雜的環境中時，依舊能幫助到盲人獲取信息，并且保護了盲人的隱私，不必為個人信息泄露而擔憂。一般一個盲文點字是由六點組成，左側從上到下為123，右側為456。因此，本設備的盲文點顯器也是由6個點構成，需要6個微型電機來控制6個點是否突出。圖4是本設備盲文點顯器觸點工程圖。

本設備已研制出樣品，樣品工作穩定，實現了文中所述功能，圖5是設備硬件端展示“你”字時的頂針工作狀態。

2.4 ?數據處理流程

如圖6所示的交互流程是本設備的數據處理流程。盲人端Android APP上位機與硬件端建立連接后，可以自動接收數據。盲人端Android APP接收到短消息后，會將消息轉換為獨特的編碼，然后通過藍牙發送十六位進制數給硬件端。硬件端收到消息后，可以選擇何時閱讀消息，等待盲人讀取完當前信息后再進行下一個音節的讀取，如果有需要，也可以退回上一步再讀取信息[4]。

3 ?盲人端Android APP的設計

盲人端Android APP使用Android Studio軟件進行編程，程序設計語言采用Java。本APP主要使用對象為盲人，由于盲人看不見，所以本盲人端APP的界面設計較為簡易，將手機屏幕分為四個區域，對應四個不同功能的按鈕，分別為“摸”“聽”“說”“助”，如圖7所示。按下“聽”功能按鈕后Android手機能將親友發送過來的短信轉換成對應的編碼并通過藍牙向硬件端傳輸，再由硬件端轉換成盲文顯示。按下“聽”功能按鈕后，Android手機會自動播報出親友發送過來的信息。由于盲人無法自己在Android手機上打字，所以本APP設計了“說”這一功能，當按下“說”這一功能按鈕時，Android手機會自動聽盲人說的話，并轉化為文字。當按下“助”這一功能時，Android手機會自動撥打電話給預先設定好的電話號碼。

盲人端Android APP主要包括語音合成模塊、語音輸入模塊、手機短信轉編碼模塊、一鍵撥號模塊。盲人端Android APP的設計采用自上而下的方法。盲人Android APP工作流程圖如圖8所示，首先是軟件初始化，進入到APP界面，初始化過程中會啟動短消息的廣播接收者，一旦收到短消息廣播，手機會將收到的信息呈現在APP的顯示框中，接著會自動將信息文字轉化為拼音，再將拼音轉化為自定義編碼，最后將自定義編碼傳輸到硬件端。

“聽”分為兩種情況，如果本身是語音消息，則直接將原本語音消息播出;如果本身是文本消息，則采用科大訊飛的語音合成技術，將文本轉換為語音，然后再播出。科大訊飛語音合成API通過Speech Synthesizer類來實現語音合成。首先需要創建合成器，設置合成參數，然后設置合成監聽器Synthesizer Listener，實現合成監聽器Synthesizer Listener，合成監聽器的關鍵方法有：

onEvent（int eventType，int arg1，int arg2，android.os.Bundle obj）：合成會話事件，擴展應用接口，由業務進行約定;

onCompleted（SpeechError error）：結束SDK回調此接口，通知應用，將結束會話;

onSpeakProgress（int progress，int beginPos，int endPos）：播放進度SDK回調此接口，通知應用，當前的播放進度。

“說”功能主要是將語音轉化為文字并進而轉化為盲文。文字轉盲文在“摸”功能里已經實現，語音轉文字，即語音識別，本APP也是采用科大訊飛的技術，科大訊飛提供了Speech Recognizer類來實現語音識別。首先需要先調用SpeechUtility.createUtility（Context context，String string）進行SDK初始化，然后通過createRecognizer（Context context，InitListener listener）創建識別器，然后設置語音識別監聽器Recognizer Listener，實現語音識別監聽器Recognize rListener，語音識別監聽器的關鍵方法有：

onResult（RecognizerResultresult，booleanislast）：返回的語音識別結果，一次識別會話的結果可能會多次返回，通過參數islast，判斷是否是最后一個結果，true時為最后一個結果，否則不是;

onVolumeChanged（int volume，byte[] data）：識別開始后該方法會一直監聽音量變化直到識別接收，用于告知應用層當前的音量值;

onError（SpeechError error）：錯誤回調，當次會話出現錯誤時會調用該方法，會話錄音均會自動結束。

“助”功能主要是盲人在需要幫助的時候，會發送盲人的當前位置到緊急聯系人的手機，并會撥打緊急聯系人的電話。獲取位置主要通過Location Manager類中的方法來實現。

4 ?結 ?論

本設備主要基于Android應用技術、單片機技術、電機技術等，基本實現了輔助盲人使用智能手機的功能，本設備不僅可以讓一般的盲人通過語音播報來聽世界，還可以讓自身缺陷更為嚴重的聾啞盲人通過觸摸來了解世界。

參考文獻：

[1] 劉鑫，秦富康.盲人使用點字打印機及標示系統設計 [J].藝術科技，2016，29（2）：275-276.

[2] 王一，滕召勝，溫和，等.適合于盲人使用的信息輸入方法的研究與實現 [J].計算機系統應用，2009，18（12）：117-120.

[3] 梁小廷.單片機技術的發展及應用研究 [J].民營科技，2018（6）：9.

[4] 姚越，吳寶慶.關于單片機技術應用的研究 [J].科技資訊，2018，16（9）：112-113.

作者簡介：朱慧媛（2000—），女，漢族，江蘇淮安人，本科在讀，主要研究方向：電子與通信技術。