盲文翻譯器

截至2023年，我國(guó)視力障礙人士數(shù)量超過(guò)1700萬(wàn)，占全國(guó)殘疾人口的17%，占全球視障人口的18%左右，是全球視障人數(shù)最多的國(guó)家之一。視障群體每天都面臨著獲取信息、上學(xué)和工作等諸多挑戰(zhàn)。其中的全盲人，為了獲取信息需要學(xué)習(xí)盲文。但如今大部分信息都是通過(guò)視覺呈現(xiàn)的，專門用盲文來(lái)傳遞的信息非常之少，這對(duì)全盲群體來(lái)說(shuō)很不方便。因此，設(shè)計(jì)一種能幫助盲人“看到”視覺信息的設(shè)備就顯得非常重要。

我們希望研發(fā)一個(gè)盲文翻譯器，讓平常通過(guò)視覺呈現(xiàn)的文字（比如網(wǎng)頁(yè)上的文章）能夠轉(zhuǎn)換為盲文，以幫助全盲群體閱讀。這樣的設(shè)備不僅能幫助盲人獲取更多的信息，還能提高他們的生活質(zhì)量和獨(dú)立性。

調(diào)查與發(fā)現(xiàn)

為了更好地了解盲人面臨的困難，我們進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查。我們采訪了300名全盲人士和200名既聾又盲的人士，詢問他們是如何閱讀視覺文本的。結(jié)果顯示，超過(guò)三分之二的全盲人士無(wú)法獨(dú)立閱讀視覺文本，而聾盲人士則完全無(wú)法閱讀。雖然市面上已經(jīng)有一些輔助工具，但這些工具并不能很好地幫助他們閱讀大部分的視覺文本，因?yàn)槊の氖峭ㄟ^(guò)觸摸來(lái)進(jìn)行閱讀的，而電腦、手機(jī)等的屏幕是一個(gè)平面，無(wú)法通過(guò)凸起來(lái)顯示盲文以供視障人士閱讀。

基于調(diào)查結(jié)果，我們提出了一個(gè)新的想法——開發(fā)一個(gè)能夠?qū)⒁曈X文本翻譯成盲文的設(shè)備。

我們通過(guò)搜索，發(fā)現(xiàn)了一種將視覺文本翻譯為實(shí)體盲文的氣動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，我們決定參考此結(jié)構(gòu)，用推拉式電磁鐵的伸出和收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)盲文的凸起。

我們的設(shè)備還采用了ESP32微控制器，它是一種功能強(qiáng)大且價(jià)格便宜的控制器，可以連接網(wǎng)絡(luò)并處理數(shù)據(jù)。

只需將設(shè)備置于有網(wǎng)絡(luò)連接的環(huán)境下，當(dāng)網(wǎng)頁(yè)中有視覺文本出現(xiàn)時(shí)，ESP32微控制器就可以通過(guò)其內(nèi)置的翻譯程序?qū)⒁曈X文本翻譯并輸出成盲文。

設(shè)備原理

首先，非盲人用戶可以在與設(shè)備連接的電腦上通過(guò)鍵盤輸入想要翻譯成盲文的文字，比如一句話或一段文章。輸入的文字會(huì)經(jīng)過(guò)設(shè)備的“翻譯模塊”進(jìn)行處理。這個(gè)模塊的主要任務(wù)是將輸入的文字逐字拆解（就像把句子分成一個(gè)個(gè)字母或漢字），然后對(duì)這些文字進(jìn)行分析和翻譯。在這個(gè)過(guò)程中，翻譯模塊首先會(huì)把輸入的整段文字分解成單個(gè)的字符。接著，設(shè)備會(huì)檢查句子的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，確保翻譯出來(lái)的盲文是準(zhǔn)確和有邏輯的。接下來(lái)，設(shè)備會(huì)將每一個(gè)拆解出來(lái)的字符映射為對(duì)應(yīng)的盲文符號(hào)。這個(gè)步驟類似于查字典，將一個(gè)字母對(duì)應(yīng)到它在盲文中的等價(jià)點(diǎn)陣符號(hào)。

生成盲文符號(hào)的關(guān)鍵是設(shè)備內(nèi)部的電磁鐵。每個(gè)電磁鐵就像一個(gè)小的“推拉裝置”，可以通過(guò)控制電流來(lái)進(jìn)行伸縮。當(dāng)設(shè)備識(shí)別出某個(gè)字母或字符時(shí)，電磁鐵就會(huì)“伸出”形成盲文凸點(diǎn)；當(dāng)字符不需要顯示時(shí)，電磁鐵就會(huì)縮回。這樣，多個(gè)電磁鐵就能夠同時(shí)生成不同的盲文符號(hào)（每個(gè)字符對(duì)應(yīng)多個(gè)凸起的點(diǎn)），讓盲人通過(guò)觸摸來(lái)讀取信息。

設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)

要讓這個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，設(shè)備內(nèi)部有幾個(gè)主要的硬件部分。

ESP32單片機(jī)：這是設(shè)備的“大腦”，負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。它接收輸入的文字，進(jìn)行處理和翻譯，并控制電磁鐵的工作。

電磁鐵：這是設(shè)備中用于生成盲文點(diǎn)的裝置。每當(dāng)需要生成一個(gè)盲文符號(hào)時(shí)，電磁鐵就會(huì)通過(guò)電流的作用伸出，形成盲文的凸點(diǎn)。

繼電器：用來(lái)控制電磁鐵的“開關(guān)”，它決定電磁鐵何時(shí)工作、何時(shí)停止。

鋰電池：為整個(gè)系統(tǒng)提供電力，確保設(shè)備可以長(zhǎng)時(shí)間工作。

設(shè)備外殼：采用激光雕刻的椴木板，不僅起到保護(hù)內(nèi)部零件的作用，還讓設(shè)備看起來(lái)更加美觀。

程序和電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的所有功能，我們使用了Arduino IDE和VScode等工具編寫了相應(yīng)的程序。這些程序會(huì)運(yùn)行在ESP32單片機(jī)上，負(fù)責(zé)處理文字輸入、翻譯、盲文生成等工作。電路設(shè)計(jì)則將ESP32單片機(jī)、繼電器、電磁鐵和鋰電池連接在一起，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠順暢運(yùn)作。

未來(lái)的改進(jìn)方向

1. 添加光學(xué)字符識(shí)別功能，讓設(shè)備不僅能翻譯電子文本，還能處理紙質(zhì)文本。

2. 增強(qiáng)用戶體驗(yàn)：為了讓盲人更好地使用設(shè)備，我們考慮增加觸覺反饋或聲音提示，讓盲人知道盲文是否已正確輸出。

3. 離線支持：目前設(shè)備依賴網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，未來(lái)我們希望設(shè)計(jì)出一種離線模式，讓盲人在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下也能使用該設(shè)備。

4. 無(wú)障礙設(shè)計(jì)優(yōu)化：進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備的設(shè)計(jì)，使其符合無(wú)障礙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，更方便盲人使用。

我們相信，這項(xiàng)發(fā)明將能幫助到很多盲人，能推動(dòng)社會(huì)向更加公平、包容的方向發(fā)展。未來(lái)，我們將繼續(xù)改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍，幫助更多需要幫助的人。

（該作品獲得第38屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽青少年科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽作品二等獎(jiǎng)、第38屆廣西青少年科技創(chuàng)新大賽青少年科技創(chuàng)新成果競(jìng)賽中學(xué)組一等獎(jiǎng)，指導(dǎo)老師：黃義強(qiáng)、萬(wàn)克輝、馬玉橋）

電磁鐵實(shí)現(xiàn)伸縮功能的原理

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，故稱之為電磁鐵。我們通常把它制成條形，以使鐵芯更加容易磁化。

為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的軟鐵或硅鋼材料來(lái)制作。這樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性，會(huì)吸附住其中的鐵片并且將鐵桿連帶伸出，以此實(shí)現(xiàn)伸出的功能；斷電后磁性就會(huì)隨之消失，鐵片前的彈簧會(huì)導(dǎo)致其彈回，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)收縮功能。