CN103578329A - 手语翻译智能装置及其使用方法 - Google Patents

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杨宇祥
边和
陶坤
王联欢
郭跃
郑艳秋
罗晨光
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Abstract

手语翻译智能装置，包括单片机和电源模块，单片机与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机引脚连接，单片机串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在X、Y、Z方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机，单片机将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。

Description

手语翻译智能装置及其使用方法
技术领域
本发明属于医疗电子仪器技术领域，涉及一种聋哑人用手语翻译智能装置，还涉及这种装置的使用方法。
背景技术
手语是用手势比量动作，根据手势的变化模拟形象或者音节以构成一定意思和语句。目前，全世界有1亿2000万聋哑人，中国有2057万聋哑人，手语是聋哑人最重要的交际手段。然而由于手语不是社会大多数人的常用语言，手语推广的滞后在很大程度上制约了他们与社会的交流，也减少了他们获取受教育的机会。
目前已出现多种带有手语翻译功能的智能装置，基于人机交互的模式，通过计算机感知手势语言，处理后由计算机进行播报。由于人机交互体积庞大，不易携带，且成本昂贵、功能较差、手语翻译不准确等原因，还没有一个产品能够投入市场供聋哑人使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种手语翻译智能装置，解决现有技术存在的体积庞大，不易携带的问题。
本发明的另一个目的是提供上述装置的使用方法。
本发明的技术方案是，手语翻译智能装置，包括单片机和电源模块，单片机与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机引脚连接，单片机串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量，各模块将数据传给单片机，单片机将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。
本发明的特点还在于：
弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
电源模块使用的是锂电池。
五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里。
单片机最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。
本发明的第二个技术方案是，手语翻译智能装置的使用方法，包括单片机和电源模块，单片机与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机引脚连接，单片机串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块供电；手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在X、Y、Z方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机，单片机将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。
单片机自带AD转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号，再将电信号通过AD转化成数字量，分辨率为1/210。
三轴加速度模块、陀螺仪模块通过I2C总线将数据传给单片机。
电源模块包括供电电路，供电电路使用的是锂电池，锂电池电压为3.3V至4.2V，通过电源模块将锂电池电压转换为系统需要的3.3V，直接给各部件供电。
弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
为了使用方便，五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里；单片机最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明手语翻译智能装置基于三大传感器（陀螺仪，弯曲传感器，三轴加速度传感器）进行手语识别，利用多种传感器数据综合判断当前手掌姿态，并在语音数据库中选择相应的语音数据，因此手语翻译较为准确，单片机运算速度高，从测量各个传感器数据到发送语音数据至语音模块都可以在10ms内完成，可快速实现手语翻译。
2、本发明通过锂电池供电，系统中各传感器模块工作电压均为3.3V，能耗小，供电时间长，携带方便，使用时只需要打开电源开关即可，操作方便简单。系统中除弯曲传感器外，其他模块均封装在5*7*2（cm）的盒子中并可固定在手套背部或腕部，使得穿戴非常方便。
3、本发明对携带本产品人员出现突发事故时具有紧急处理功能，比如当使用者跌倒或被撞击时，加速度传感器可检测到该冲击量并将该冲击量数据发送至单片机，单片机可控制语音模块播报报警声音或者配合其他系统发出报警。
4、本发明成本低，体积小，携带方便，易普及，解决了聋哑人交流问题，真正给聋哑人带来了生活上的便利。
附图说明
图1为本发明聋哑人手语翻译智能装置的电路结构示意图；
图2为本发明聋哑人手语翻译智能装置的软件流程图。
图中，1.单片机，2.电源模块，3.三轴加速度计，4.三轴陀螺仪，5.弯曲传感器，6.语音模块，7.扬声器，8.锂电池。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
手语翻译智能装置，参见图1，包括单片机1和电源模块2，单片机1与三轴加速度计3、三轴陀螺仪4、弯曲传感器5、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机1引脚连接，单片机1串口与语音模块6相连，语音模块6外接扬声器7；电源模块2为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器5检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度计3侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，三轴陀螺仪4用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量，各模块将数据传给单片机1，单片机1将数据处理后把相应字符串发送给语音模块6，语音模块6合成相应的语音信号并发送给扬声器7进行播报，完成手部动作翻译过程
单片机1型号STC12C5410AD，电源模块2使用的是锂电池8，各个模块供电电压均为3.3V。
弯曲传感器5属于柔韧性弯曲传感器，该传感器在发生弯曲时，它的导通电阻会发生变化。在正常不弯曲的状态时，导通电阻为10k，随着传感器的弯曲，电阻会逐渐增大。在弯曲90度时增大到35k。传感器长11.4cm,宽6.35mm,厚度小于0.5mm。可以承受360度以上的弯曲。三轴加速度传感器，型号ADXL330，供电为3.3v时,X、Y轴静态输出为1.65v左右，Z轴静态输出为1.95v左右。而在本设计的实际运用中，各轴轴向加速度变化范围约为+/-1g，因为X、Y轴最终输出范围为1.65v+/-0.3v，Z轴最大输出范围为1.95v+/-0.3v，系统AD为12位，能够检测到0.61mv的信号变化。AD参考电压为2.5v，传感器输出在AD输入范围以内，无须进行放大。手部运动引起的加速度信号频率低于50Hz，因此在应用中信号输出带宽设为50Hz,有效滤去高频噪声。本发明的电子罗盘，霍尼韦尔HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118C系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°到2°的12位模数转换器。
参见图2，本发明手语翻译智能装置的工作流程框图，上电启动之后，手部产生手语动作，通过各传感器采集数据并将数据传送给单片机1进行处理，再由程序控制语音模块发出相应的声音，完成手部动作翻译过程。
该手语翻译智能装置的工作原理：首先手部产生手语动作，通过弯曲传感器5检测五个手指的弯曲状况，单片机1自带AD转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号（弯曲程度越大，电压越高），再将电信号通过AD转化成数字量，分辨率为1/210。三轴加速度计3侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，通过I2C总线将数据传给单片机1；单片机1将数据处理后把相应字符串发送给语音模块6，此字符串可通过语音模块6自带软件编译形成。语音模块6收到字符串之后通过自带算法，语音合成相应的语音信号并发送给扬声器7进行播报。
本发明实施例将5个弯曲传感器5缝制在手套的五个手指套里，将单片机1最小系统与三轴加速度计3、三轴陀螺仪4、电源模块2、语音模块6等集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。使用者将该手套戴在手上即可使用。
本发明使用单片机内部自带AD转换器测量5个弯曲传感器的弯曲程度，并接收当前加速度模块的数据，通过单片机处理后得到手指当前的状态，识别配比出当前使用者需要表达的内容，并通过串口将语音数据发送至语音模块，通过扬声器发出使用者需要表达的语音信息，可快速实现手语翻译。
本发明对携带本产品人员出现突发事故时具有紧急处理功能，比如当使用者跌倒或被撞击时，加速度传感器可检测到该冲击量并将该冲击量数据发送至单片机，单片机可控制语音模块播报报警声音或者配合其他系统发出报警。

Claims (10)

1.手语翻译智能装置，其特征在于：包括单片机（1）和电源模块（2），单片机（1）与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机（1）引脚连接，单片机（1）串口与语音模块（6）相连，语音模块（6）外接扬声器（7）；电源模块（2）为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机（1），单片机（1）将数据处理后把相应字符串发送给语音模块（6），语音模块（6）合成相应的语音信号并发送给扬声器（7）进行播报。
2.如权利要求1所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
3.如权利要求2所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里，将单片机（1）最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在所述手套的手背处或手腕处。
4.如权利要求1-3任一项所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述电源模块（1）使用的是锂电池（8）。
5.手语翻译智能装置的使用方法，包括单片机（1）和电源模块（2），单片机（1）与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机（1）引脚连接，单片机（1）串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器（7）；电源模块（2）为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机（1），单片机（1）将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器（7）进行播报。
6.如权利要求5所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述单片机（1）自带AD转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号，再将电信号通过AD转化成数字量，分辨率为1/210。
7.如权利要求5或6所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述三轴加速度模块、陀螺仪模块通过I2C总线将数据传给单片机（1）。
8.如权利要求7所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述电源模块（2）包括供电电路，供电电路使用的是锂电池（8），所述锂电池（8）电压为3.3V至4.2V，通过电源模块（2）将锂电池（8）电压转换为系统需要的3.3V，直接给各部件供电。
9.如权利要求7所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述弯曲传感器模块包括五个弯曲传感器（5），分别与五个手指连接。
10.如权利要求9所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：三轴加速度传感器模块包括三轴加速度计（3），陀螺仪模块包括三轴陀螺仪（4），所述五个弯曲传感器（5）缝制在手套的五个手指套里，将单片机（1）最小系统与三轴加速度计（3）、三轴陀螺仪（4）、电源模块（2）、语音模块（6）集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。
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