CN106775123A - 一种点阵式盲文点显触控屏 - Google Patents

Abstract

一种点阵式盲文点显触控屏，为视觉障碍者提供了一种低成本且实用的一体式盲文输入输出解决方案。本发明由4X16方的点显触控单元外加4X2方的固定盲文触控单元以及底层驱动感应模块和核心处理模块组成。其中，一个点显触控单元由三行两列六个触点组成，整个单元从上而下为表面覆膜、表面材料层、触感电路层、六个小珠分别位于六个通孔中、带特定设计的圆形凹槽的滑竿以及其导轨、电机和连接杆与齿轮。此外，四个固定盲文触控单元位于设备左边一列排开，每个固定盲文点显单元由两方的固定盲文凸点组成，从上而下为表面覆膜、固定盲文凸点、表面材料层、触感电路层，底部无机械部分。在设备顶表面设置有边栏及多行导向栏。

Description

一种点阵式盲文点显触控屏

技术领域

本发明涉及到一种盲文触控显示装置，使用机械传动以及电容式触控技术组成的点阵屏，盲人能够通过使用该设备在感知输出的文字和图像信息的同时反馈输入。

技术背景

盲文，是一种为盲人设计的六点凸字，盲人可以通过手部的触摸对其进行感知。盲文输入，是指盲人使用输入设备对盲文进行输入。目前，盲人在书写时，使用的都是针扎纸或者盲文键盘输入的方法，前者容易导致受伤且效率低下，后者则无法和盲文显示设备结合。

相较于传统的按键式手机，触摸屏手机最大的特点就是成功的将屏幕与键盘整合在了一起，也就是将信息的输入及输出整合在了一起。也就是在非盲文显示领域，人们已经成功的使用了触摸屏这一技术极大的提升了文字图像输入及输出的效率。

而在盲文显示领域，用于输出显示盲文的盲文点显器与用于输入的盲文输入键盘还是分离的两个设备，导致盲文输入输出的效率低下，并且一套成套的输入输出设备往往由两个价格高昂的设备组成（如佳视佳）这也降低了盲文输入输出设备的普及度。

目前，盲文输出设备主要分类为：机械驱动式、电磁驱动式、压电陶瓷式、电刺激式、温度式五种，五种设备中，各有各的优缺点。

目前盲文输入设备的技术现状：

1.使用物理键盘（如CN2932474Y及CN203259975U）。

缺点：输入输出设备分离，成本高，使用效率相对较低。

2.使用语音输入（如搜狗语音输入）。

缺点：不能适用于所有盲人，识别率不稳定易导致输入出错。

3.使用现有设备（如手机、平板电脑）+盲文输入法（如CN102591476B）。

缺点：现有设备并非针对盲人的特性而设计，使用起来会不方便。

发明内容

考虑到上述内容，本发明的主要目的在于提供一种点阵式盲文点显触控屏，整合盲文输入输出设备，为视觉障碍者提供一种低成本且实用的一体式盲文输入输出解决方案。

在明确了上述要求之后，本发明采用如下技术方案来完成：

点阵式盲文点显触控屏，由4X16方的点显触控单元外加4X2方的固定盲文触控单元以及底层驱动感应模块和核心处理模块组成。其中，一个点显触控单元由三行两列六个触点组成，分为顶层部分和机械部分，顶层部分从上而下为表面覆膜、表面材料层、触感电路层、六个小珠分别位于六个通孔中、底部的机械部分由带特定设计的圆形凹槽的滑竿以及其导轨、电机和连接杆与齿轮组成。此外，四个固定盲文触控单元位于设备左边一列排开，每个固定盲文点显单元由两方的固定盲文凸点组成，从上而下为表面覆膜、固定盲文凸点、表面材料层、触感电路层，底部无机械部分。在设备顶表面设置有边栏及多行导向栏。

进一步的，所述四个固定盲文触控单元为行导航用，分别固定显示阿拉伯数字1、2、3、4对应的盲文凸字，能帮助盲人在阅读盲文时对行进行快速定位。

进一步的，所述边栏在设备的右边，用于在阅读盲文且需要换行时给与触觉反馈，多行导向栏与边栏垂直且位于每行点显触控单元的上下两边，能在盲人阅读时保证其一直在正确的行上进行阅读。

进一步的，所述的通孔采用如通孔轮廓所述的顶窄底宽孔，这样就可使小珠顶部部分露出成为凸点，同时又不会掉出。

进一步的，所述点显触控单元及固定盲文触控单元的触控原理为电容式触控，反应快，感应精确。

进一步的，所述每个点显触控单元的触感电路层的敷铜为4.5mmX7mm的矩形，每个矩形中去除了六个圆形，每个圆形的直径大于通孔106的直径1mm，增加了整个触控电路层的感触精度。

进一步的，所述的固定盲文凸点与顶层部分的表面材料层为一体，增强了稳定性。

进一步的，所述电机为高精度二相四线微型步进电机，能精确控制滑竿的前后移动。

进一步的，所述滑竿上的圆形凹槽的凹槽中心点间距经过了状态转换图优化与插入点优化，圆形凹槽的凹槽中心点间距为从左到右为5mm、10mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm。

此外，本发明所用核心处理模块的嵌入式处理器为树莓派3代，其与底层驱动模块的ARM处理器之间采用USB2.0协议进行通信，速度快，间接提升了点显触控单元的刷新速率。

与现有技术相比较，本发明具有下述有益效果：

本发明提出并实现了，盲文点显触控屏，这一之前未有人提出的概念，将盲文输入输出设备有机的整合在了一起，提升了盲文的阅读体验以及输入输出的效率。

本发明结合了强大的树莓派3代处理设备，后续软件编程人员可以在Linux平台上进行后续相关软件的开发，给该设备带来更多丰富的功能，同时树莓派3代也能够接入到互联网，进一步实现“互联网+盲文点显触控设备”这一概念。

本发明中所使用的机械结构价格便宜，可以有效的降低整个盲文点显触控屏的生产成本。

本发明使用机械方式来对凸点的凸起与否进行变化，滑竿与上层板的一个通孔之中夹有一个小珠，每一个滑竿对应一排，一排有三个通孔和三个小珠，滑竿在电机的带动下移动，小珠会落入滑竿的不同组合的凹槽中，两排滑竿的移动带动六个小珠的起落，组成点显触控单元的一个方所显示的盲文的变化，并且圆形凹槽的精妙优化设计有效的缩短了整个滑竿的长度，实现了高效的机械式盲文点显。

本发明所使用的触控原理为电容式触控，当人体部位，如手指，触摸到盲文点显触控单元表面时，底层的触控电路就能检测出触摸，从而触摸感应IC就会输出高电平；在无接触的状况下触摸感应IC就会输出低电平，而ARM处理器对该电平进行处理，再发送给树莓派3 整个屏幕的触感情况。从而实现了触摸功能。

本发明符合盲人的使用习惯，内部结构系统经过了大量优化改进，能够实现盲文的快速刷新。结构合理，成本较低，易于大批量生产制造。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的设备俯视图；

图2为本发明的一个点显触控单元的原理图，对应点显触控单元105所示区域；

图3为本发明的系统原理框图。

图1中101.固定盲文触控单元，102.固定盲文凸点，103.导向栏，104.表面覆膜，105.点显触控单元，106.通孔，107.边栏，108.区域划分虚线。

图2中201.机械部分，202.顶层部分，203.小珠，204.通孔轮廓，205.触感电路层，206.表面材料层，207.底面，208.侧面，209.滑竿导轨，210.圆形凹槽，211.滑竿，212.连接轴，213.驱动齿轮，214.电机。

具体实施方式

如图3所示，本系统分为三个模块，分别是核心处理模块、底层驱动感应模块、4X2的固定部分和4X16的非固定部分两部分组成的盲文点显触控单元阵列。其中核心处理器所使用的的嵌入式处理器为树莓派3代，运行Linux系统，后续开发人员能够对其进行单独编程，方便对其进行更加深入的功能定制和开发。核心处理器通过USB协议给下一级ARM处理器发送需要显示的盲文数据，ARM处理器在接收到来自核心处理器的数据后会对数据进行解码，然后转换成PWM脉冲波发送给电机驱动电路对点显单元进行驱动；而ARM处理器则反馈由触摸感应IC结合电容式触摸电路所采集到的触摸信号给核心处理器，核心处理器接收到这些信息之后便可结合软件需求进行下一步的处理。

当需要更改核心处理模块时，只需要将模块从设备中取出，通过USB线将新的核心处理模块外接到底层驱动感应模块的USB口上，随后发送定义的通讯内容即可完成对接。

如图1所示，区域划分虚线108左边对应为导航区域，区域划分虚线108右边对应点显触控区域。

导航区域。导航区域能够更好的帮助盲人进行阅读，考虑到盲人的阅读习惯为双手阅读，左手识别行，右手识别所读文字内容，因此该区域由四个固定盲文触控单元101组成，与盲文触控单元105不同的是，上述四个固定盲文触控单元的盲文凸字由两方组成，其凸点为固定盲文凸点109，四个单元的盲文凸字内容不可变且自上而下分别对应阿拉伯数字1、2、3、4；与盲文触控单元105相同的是，导航区域底部电路采用了和点显触控区域相同电路设计，两区域同样包含触感电路层205，因此固定盲文触控单元101也可以感应盲人手部的触摸。

点显触控区域。点显触控区域用于显示盲文内容和实现点触功能，该区域由4X16个点显触控单元105组成，每个点显触控单元105可显示一方盲文凸字，其中包含六个通孔106；盲人可以通过手部触摸点显触控单元105来对显示的内容进行感知，点显触控单元105底部的电机215会结合上级ARM处理器给出的信号对显示的内容进行变化，每个通孔106底部的小珠203会随着滑竿的变化顶出或者落入圆形凹槽211中，由此组成不同的盲文内容；当盲人手部触摸到点显触控单元105的表面时，触控感应电路205会产生电容数值的变化，因此感应触摸IC在检测到该数值变化后，便能够给ARM处理器发送感触信号，之后ARM处理器将感触信号再发送给核心处理器，核心处理器便能对信号结合程序进行相应的处理。

边栏107能够在盲人阅读到每行的末尾时提供一个物理触觉反馈，作为应该换行继续阅读的提示，提升了整体的阅读质量；导向栏107以及其他与其平行的导向栏的能够帮助盲人在阅读时，其右手能够一直保持在正确的行上进行阅读，不会错读到其它行上。在设备表面有表面覆膜104，可以有效防止灰尘以及污垢落入设备中；固定盲文凸点102与表面材料层206为一体连接，使得表面材料更加易于制作，更加可靠。

如图2所示，图2使用透视的画法将点显触控单元105分成顶层部分202和机械部分201来进行说明。

机械部分201。本发明中所涉及的点显触控单元105的机械部分201利用了一种巧妙而实用的结构实现，一个点显触控单元105的顶层部分202中含有六个通孔106以及每个通孔106内部对应的小珠203，而一个滑竿211能够控制一排也就是三个小珠203的错落组合，当滑竿211在电机214的带动下前后移动的时，滑竿211上方的三个小珠203，就会个别或者全部的落入已经精确设计在滑竿211表面的圆形凹槽210中，而三个错落有致的小珠203就能够组成点显触控单元105的单边的有序变化，又因为电机214为二相四线步进电机，所以ARM处理器只需要按照设计好的步调控制电机214进行前后转动，连接轴212就会带动驱动齿轮213转动，进而带动滑竿211在滑竿导轨209上进行前后位移，完成对点显触控单元105的单边显示控制，因此在上述方式的控制下，两排滑竿211的有序运动便能够组成整个点显触控单元105的盲文凸字内容的有序变化，完成盲文凸字内容的显示。在完成了两排滑竿211的有序运动后，小珠203便会错落有致的落入圆形凹槽210中，当小珠203落入时，小珠203顶部不会从通孔106凸出，盲人只能感知到表面覆膜104，等同于感知到一个小的平面；当小珠203未落入圆形凹槽210时，小珠203顶部会从通孔106凸出，盲人便能够感知到一个小的凸起而非一个小的平面，这样的多个凸起组成了一个特定的盲文凸字。通孔轮廓204的顶窄底宽结构保证了小珠在多次的凸起中不会掉出，同时能够使得小珠203在凸起时顶部略微突出，成为凸点。滑竿211顶部的圆形凹槽210的凹槽中心点间距设计为该机械部分201部分最精妙的设计，如果按照全部例举的方式进行圆形凹槽放置210，那么理论上需要60mm的放置长度，而经过状态转换图优化以及插入点优化两种方法优化后，成功将60mm的放置长度缩短为25mm，使得机械传动式的盲文点显器成为可能。如滑竿211所示，经过优化后的圆形凹槽210的凹槽中心点间距，从左到右为5mm、10mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm。具体优化原理步骤是：首先三个盲文凸字的所有排列为从000到111八种组合，为了得到一个包含所有数字的数串，将这八种组合进行排列得到000001010011100101110111这一数串，但是介于其长度太长，物理实现难度较大，因此再使用状态转换图求解的方法求出八种组合的最短零一串，得到0101110001，0代表凹槽，最后为了增加物理可实现性，再最后再加入两个凹槽用于复位，因此最终数串为010111000100，所以得到对应的凹槽中心点间距为5mm、10mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm。

顶层部分202。顶层部分202从上而下分别为表面覆膜104、表面材料层206、触感电路层205、六个通孔106和六个小珠203，在图2中所示的顶层部分202所点显的是盲文字符“z”。表面覆膜104为聚乙烯薄膜。表面材料层206采用工程塑料ABS，可以增强整个设备表面的强度。触感电路层由4X18个4.5mmX7mm的矩形组成，每个矩形中去除了六个圆形，每个圆形的直径略大于通孔106的直径，每个矩形对应放置在每个点显触控单元105或固定盲文触控单元101的表面材料层206下方，能够精确感触盲人手部的触摸。通孔106及小珠203的实施方式详见上述中的机械部分202，此处不再重复。

在本发明中，感触功能定义如下：

1.双击导航区域的四个固定盲文触控单元101中任意一个都为“返回”。

2.双击任意一个点显触控单元105都为表示“确认”。

3.当盲人阅读到最后一行，也就是第四行，的最后一个点显触控单元105时，系统会自动感应并且完成换行显示。

4.用手在一行上从右到左滑动时表示往回拖动，此时，整个设备所显示的内容会自动往回显示一行。

5.长按第一行最后一个点显触控单元105为启动搜索功能，在外接麦克风的情况下可以使用语音输入功能。

6.当启动了触控输入模式，通过触控的方式输入内容的时候，点显触控单元105会依次从左到右从上到下排列0-9十个阿拉伯数字对应的盲文凸字以及a-z 二十六个英文字符对应的盲文凸字，盲人可以通过触摸感知后，双击对应点显触控单元105进行输入，输入成功时会有提示音。

7.当在触控输入模式时，每行的最后一个盲文触控单元105为对应“退格”功能，不显示任何内容。

本发明致力于提供一种平台化的工具，而鉴于本领域的后续开发人员在应对不同的需求时对上述感触功能的修改与增加是必须的。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例中的感触功能部分，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，由4X16方的点显触控单元（105）外加4X2方的固定盲文触控单元（101）以及底层驱动感应模块和核心处理模块组成，其中，一个点显触控单元（105）由三行两列六个触点组成，分为顶层部分（201）和机械部分（202），此外，四个固定盲文触控单元（101）位于设备左边一列排开，每个固定盲文点显单元（101）由两方的固定盲文凸点（102）组成，在设备顶表面设置有边栏（107）及多行导向栏（103）。

2.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述点显触控单元（105）的顶层部分（202）从上而下为表面覆膜（104）、表面材料层（206）、触感电路层（205）、六个小珠（203）分别位于六个通孔（106）中、底部的机械部分（201）由带特定设计的圆形凹槽（210）的滑竿（211）以及其导轨（209）、电机（214）和连接杆（213）与齿轮（212）组成。

3.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述固定盲文触控单元（101）从上而下为表面覆膜（104）、固定盲文凸点（102）、表面材料层（206）、触感电路层（205），底部无机械部分（201）。

4.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述边栏（107）在设备的右边，多行导向栏（103）与边栏（107）垂直且位于每行点显触控单元（105）的上下两边。

5.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所用核心处理模块为嵌入式处理器，其与底层驱动模块的ARM处理器之间采用USB2.0协议进行通信。

6.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述点显触控单元（105）及固定盲文触控单元（102）的触控原理为电容式触控，触感电路层（205）的敷铜为4.5mmX7mm的矩形，每个矩形中去除了六个圆形，每个圆形的直径大于通孔（106）的直径1mm。

7.根据权利要求1所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述四个固定盲文触控单元（101）分别固定显示阿拉伯数字1、2、3、4对应的盲文凸字，固定盲文凸点（109）与表面材料层（206）为一体。

8.根据权利要求2所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述通孔（106）采用顶窄底宽孔。

9.根据权利要求2所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，所述电机为二相四线微型步进电机。

10.根据权利要求2所述的点阵式盲文点显触控屏，其特征在于，滑竿（212）上的圆形凹槽（210）的凹槽中心点间距为从左到右为5mm、10mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm、2.5mm。