CN204288606U

CN204288606U - 一种便携式盲文阅读器

Info

Publication number: CN204288606U
Application number: CN201420278714.4U
Authority: CN
Inventors: 唐英杰
Original assignee: Beijing Institute of Graphic Communication
Current assignee: Beijing Institute of Graphic Communication
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2024-05-28

Abstract

一种便携式盲文阅读器，属于盲文阅读器领域，解决盲人方便阅读电子书籍问题；机壳上具有电源开关、USB接口、盲文点显屏，还有功能按键，其包括左翻页键、右翻页键、确定键、返回目录键及返回首页键；机壳内装有由七个模块组成的硬件系统：提供电源的电源管理模块，与FPGA主控模块相连接的USB通信模块及功能按键模块，FPGA主控模块与盲文点阵驱动模块连接，后者与盲文点显屏连接，高压驱动模块与盲文点显屏连接；盲人能方便的通过功能按键按需选择阅读需要，并能通过盲文点显屏快速阅读；体积小，便携带，符合盲人操作习惯，便于盲人使用、识别和阅读。

Description

一种便携式盲文阅读器

技术领域

本发明属于盲文阅读装置领域，涉及一种便携式盲文阅读器。

背景技术

现有技术中，对于盲人这个特殊的群体而言，提供读书和学习的机会十分有限，并且基本仅限于直接阅读以盲文形式出版的期刊、图书，而盲文出版物的品种和数量又是非常奇缺，远远无法满足盲人读者日益高涨的阅读需求。

随着电子出版技术的发展和对弱势群体生活质量提高的关注，如微软与Pulse国际数据公司在2000年联合宣布，计划推出针对盲人及有视力缺陷的人开发电子图书，美国政府标准化机构也推出了电子文本向盲文转换的图书阅读器；但就已公开的盲文电子阅读装置而言，大都为基于文字图形识别和/或语音播报的盲文阅读设备，目前还没有能随身携带，并能直接在盲文点字触感屏(以下简称盲文点显屏)上阅读存储在优盘或活动硬盘中的电子书籍(指纯文本汉字文件格式的电子书籍)的盲文电子阅读器。

发明内容

解决的技术问题：

提供一种便携式盲文阅读器，能克服现有技术中存在的不足，填补国内空白；能按需选择性的将优盘或活动硬盘中的电子书籍经读取-存储-转换之后，以盲文点字显示数据发送到盲文点显屏供盲人阅读，使用操作方便、快捷，能满足盲人读者日益高涨的阅读需求，并且制作成本低，盲人阅读成本低。

采用的技术方案：

一种便携式盲文阅读器，具有机壳，机壳上具有外电源插口，外、内电源开关、电源指示灯、空气栅格、USB接口、功能按键以及盲文点显屏，机壳内装有相应的硬件控制系统及锂电池，其特征在于：硬件系统的结构由七个模块组成如下，电源管理模块通过电源线为系统提供电源；USB通信模块通过数据及控制总线与FPGA主控模块相连接；功能按键模块通过控制总线与FPGA主控模块相连接，功能按键包括左翻页键、右翻页键、确定键、返回目录键及返回首页键；FPGA主控模块通过数据总线与盲文点阵驱动模块相连接；高压驱动模块通过高压电源线与盲文点显屏连接；盲文点阵驱动模块通过数据总线与盲文点显屏连接；盲文点显屏由40方点显模块组成，各方点显模块中均具有盲文凸点控制机构。

有益效果：

一种便携式盲文阅读器，采用外接优盘或移动硬盘的形式存储纯文本汉字文件通用格式的电子书籍，且对文本文件的大小没有限制，内容广泛，来源方便，对文字处理采用分词技术，科学、合理、规范，能很好地实现现代盲文的表达形式；采用基于FPGA主控模块的SOPC技术，将硬件模块在可编程芯片(FPGA主控模块中的EP4CE15芯片)内部用IP软核的形式实现，减少了系统的体积，并且对信息的处理速度快；配置全页的盲文点显屏，能满足盲人对阅读速度的要求；功能按键的设置安装适应盲人阅读需要，符合人体工程学要求，同时还有方便使用的锂电源；因此，系统及整体装置体积小，便于盲人携带，符合盲人操作习惯，便于盲人识别和阅读，使用方便快捷，降低盲人的阅读成本，能使盲人方便、快速阅读大量电子书籍，及时获取知识，有益于盲人平等参与社会、提高生活水平；同时，具有很好的公益性、广泛的市场前景及推广价值。

附图说明

图1、总体组装结构图；

图2、按图1中所示的A向视图；

图3、硬件控制系统的结构框图；

图4、FPGA主控模块11的结构框图；

图5、电源管理模块9的电路结构图；

图6、USB通信模块10的电路结构图；

图7、高压驱动模块13的电路结构图；

图8、盲文点阵驱动模块14的电路结构图；

图9、功能按键模块12的电路结构图；

图10、盲文凸点控制机构(a)凸点缩回状态；(b)凸点突起状态；

图11、软件系统框图。

具体实施方式

结合附图进一步详加说明；

如图1～4所示：

一种便携式盲文阅读器，具有机壳1，机壳1上具有外电源插口2-即外电源插口J₁、外电源开关S₁、内电源开关S₂、直流5V电源指示灯D₁、直流3.3V电源指示灯D₃、空气栅格8、USB接口J₂，五个功能按键：左翻页键3、右翻页键4、确定键5、返回目录键6及返回首页键7、盲文点显屏15，机壳1内装有相应的硬件控制系统及锂电池。

硬件控制系统的结构由七个模块组成如下，电源管理模块9是将外接的220V交流电压适配器所提供的直流电压或锂电池提供的直流电压经处理后，给系统提供稳定的直流Vcc-5V及D3V3B-3.3V电源；USB通信模块10是接受FPGA主控模块11发来的控制信号，读取插接在系统上的优盘或活动硬盘中的信息，并将优盘或活动硬盘中的数据信息通过USB通信模块10传给FPGA主控模块11；功能按键模块12是盲人通过相应的功能按键向FPGA主控模块11发送相应的控制信号，控制FPGA主控模块11完成相应的功能，功能按键包括左翻页键3、右翻页键4、确定键5、返回目录键6及返回首页键7；FPGA主控模块11根据接收到的功能按键信号，向USB通信模块10发送相应的控制信号，控制USB通信模块10读取优盘或活动硬盘中的信息，在接收USB通信模块10发送来的数据信息后，将数据信息经过汉字分词、汉字-盲文转换以及盲文-盲文点阵信息转换等处理后，得到盲文点阵信息，再将盲文点阵信息以串行数据形式发送给盲文点阵驱动模块14；高压驱动模块13是将电源管理模块9提供的直流5V电源信号转换后，向盲文点显屏15提供一个直流154V的高压电源信号；盲文点阵驱动模块14则是接收FPGA主控模块11发送的相应的盲文点阵信息数据及相应的控制信号，经光电隔离后发送给盲文点显屏15，控制盲文点显屏15中相应的盲文凸点控制机构中的相应凸点动作完成盲文阅读功能；盲文点显屏15由40方点显模块组成，以高压驱动模块13提供的直流154V为电源，盲文点阵驱动模块14发送的盲文点阵信息经串-并转换后发送到每一个点显模块上，驱动凸点动作。

FPGA主控模块11的结构为，所述FPGA主控模块11的核心为Altera公司的EP4CE15芯片，通过SOPC技术在EP4CE15芯片内使用IP软核构建了以NIOSII微处理器16、GPIO第一端口17、GPIO第二端口18、片内存储器19、IATG-UART通信接口20及EPCS控制器21组成的系统核Kernei以及锁相环模块22；EPCS串行存储器23是FPGA主控模块11的配置芯片，主要存储系统程序，并通过EPCS控制器21完成与FPGA主控模块11中的EP4CE15芯片数据通信，上电后，系统自动将存储在EPCS串行存储器23中的配置数据加载到FPGA主控模块11中的EP4CE15芯片中；GPIO第一端口17接受功能按键模块12发送的按键信息，GPIO第二端口18与USB通信模块10进行信息交流，接受USB通信模块10发送来的数据信息，同时向USB通信模块10发送控制信息；片内存储器19存储程序运行过程中的临时数据；时钟模块24为系统提供25MHz的时钟信号，经锁相环22后向NIOSII微处理器16提供一个100MHz的时钟信号；NIOSII微处理器16执行系统程序，实现对优盘或活动硬盘的文件的读取、汉字分词、汉字-盲文的转换及盲文点阵信息的输出，调试接口25用于系统调试和将系统程序下载到EPCS串行存储器23中。

如图5所示，电源管理模块9的电路结构为，220V交流外电源经适配器转成直流5V后经外电源插口J₁-即外电源插口2接入，外电源插口J₁之后装有二极管D₂，进行短路保护，直流5V锂电池内电源经内电源接口P₁接入，外、内电源分别通过外电源开关S₁和内电源开关S₂并联在一起，经自恢复保险管F₂及滤波后，作为直流V_CC-5V输出；一路V_CC-5V直接输出给高压驱动模块13，并有LED灯作电源指示灯D₁，另有-路V_CC-5V经自恢复保险管F₁后，通过LM1117S-3.3芯片转为直流D3V3B-3.3V，输出给FPGA主控模块11及其他相应模块，并有LED灯作电源指示灯D₃。

如图6所示，USB通信模块10的电路结构为，以直流D3V3B-3.3V为电源，采用八位总线模式的CH376通信芯片，与FPGA主控模块11的EP4CE15芯片之间共有十二根线相连，其中八根数据线USB_DB0-USB_DB7用于将CH376通信芯片读取的数据信息发送给FPGA主控模块11，四根控制线USB_WR、USB_RD、USB_AO及USB_INT是传输FPGA主控模板11产生并发出的控制信号，用于控制CH376通信芯片的工作；优盘或活动硬盘中的数据信息通过USB接口J₂的数据线D-、D+输入给CH376通信芯片，CH376通信芯片在FPGA主控模块11发出的控制信号的控制下完成对优盘或活动硬盘中的数据的读取，并通过八根数据线USB_DB0-USB_DB7将数据发送给FPGA主控模块11；电容C₁₀、C₁₁及12MH_Z晶振Y₁构成的时钟电路提供CH376通信芯片必需的时钟信号。

如图7所示，高压驱动模块13的电路结构为，直流V_CC-5V电源经电源接口J₃引入，通过MAX1771芯片及其标准配置电路将直流5V升到直流12V，之后，再通过TL494C芯片及其标准配制电路转换为12V方波交流信号，之后再通过变压器T₁升压至154V交流信号，随后通过二极管D₆、D₇及电容C₂₅整流滤波成为154V直流信号，并通过电源接口J₄输出给盲文点显屏15作电源。

如图8所示，盲文点阵驱动模块14的电路结构为，以直流D3V3B-3.3V及V_CC-5V为电源，FPGA主控模块11发送的高压控制使能信号N5、控制信号LE、时钟控制信号CLK及点阵信号DataOut，经TLP521-8芯片光电隔离后，经接口P₃发送给盲文点显屏15。

如图9所示，功能按键模块12的电路结构为，以直流D3V3B-3.3V为电源，各功能按键低电平有效，五个功能按键S₃～S₇分别对应于左翻页键3、右翻页键4、确定键5、返回目录键6及返回首页键7，并分别通过接口J₅发送信息输入到FPGA主控模块11的GPIO第一端口17，从而控制FPGA主控模块11完成相应的功能。

如图1、10所示，盲文点显屏15是由40方点显模块组成的，每一“方”由六个可突起又可缩回的凸点组成，每个汉字至少要有三个“方”点字来表示，而盲文凸点控制机构不仅影响盲文点字的正常表达，而且会影响到盲文点显屏15的大小，以及其所含盲文点字的多少。

本申请中盲文点显屏15中的各方点显模块中的盲文凸点控制机构的结构为，如图10(a)所示为凸点缩回状态，(b)所示为凸点突起状态，具有长方体型的外壳26，其顶板上具有中央导孔27，所述外壳26的内腔中，上部装有与外壳26及中央导孔27配套的“⊥”型顶件28，顶件28的托板29上垂直的固装有与中央导孔27配套并起凸点作用的顶杆30，在托板29与外壳26的顶板之间，具有套在顶杆30上的配套弹簧34；紧挨顶件28的托板29的下面与外壳26的底板之间，配套式装有一个呈椭球型并具有弹性的树脂球囊31；紧贴外壳26的内腔中的相对的两个侧壁上，各装有一块规格性能一样并且紧挨着树脂球囊31的双膜型压电陶瓷片32，所述双膜型压电陶瓷片32的相应的尾端经外壳26的底面的绝缘封装层35之后，对外引出电极33，电极33直接焊接在控制电路的电路板上，或者直接插接在装在控制电路的电路板上的相应插槽中。

在高压电信号作用下，如本申请中高压驱动模块13输出的直流154V两块双膜型压电陶瓷片32呈相对式弧状变形，从而对称式依短轴向挤压树脂球囊31，并使树脂球囊31产生依长轴方向的伸长，从而向上顶起托板29，进而压缩弹簧34，并使顶杆30依中央导孔27上升而外露于外壳25的顶板之外，形成凸点突起，待低压电信号时，双膜型压电陶瓷片32复原平直态，从而释放对树脂球囊31的挤压，则树脂球囊31即恢复原状，同时释放向上顶起托板29的力，则在弹簧34的作用下，托板29连同顶杆30自动退回原位，即形成凸点缩回。

所述盲文凸点控制机构，结构简单、易制作，成本低，整体性强，体积小，运行可靠，动作快，可替换性强，有利盲人快速阅读，由于双膜型压电陶瓷片竖向设置，且两块双膜型压电陶瓷片合力动作，因此速度快，占用空间小，便于拼装多“方”点显模块组成多行式或全页盲文点显屏，方便盲人读者。对所述起凸点作用的顶杆30，也可称其为凸点。

如图11所示，软件系统的组成为，文件输入模块41能实现优盘或活动硬盘中的电子书籍文件的目录管理、文件的读取；

由于盲人是通过摸读来阅读理解，为了使一些意义上结合得较为紧密的短语连写起来以便盲人理解，在进行汉字到盲文转换的时候需要对盲文进行分词处理。分词模块42能将输入的汉字基于词典的分词方法进行分割匹配，将每一组匹配好的词之间加入空格符；

汉字一拼音转换模块36的主要作用是将读取到片内存储器19中的汉字内码依次提取出来，再根据已事先做好的汉字一拼音转换表将汉字依次转换为相应的拼音文字；

拼音一盲文点阵转换模块37是将汉语拼音拆分成声母和韵母，因为在盲文编码表里，声母和韵母是分开的，需分别查找才行，接着建立二维数组分别存储声母和韵母的对照表，然后再进行转换，转换完毕后，将声母和韵母用分隔符隔开，最后再将转换的结果存到缓冲区中；

数据输出模块38是将存储在缓冲区一即片内存储器19中的点阵数据按一页数据的大小依次发到盲文点显屏15上，以不同的凸点形式表现盲文，以供阅读。

系统的主控模块39能根据功能按键输入的功能按键信号40的不同，控制系统的输入。

一种便携式盲文阅读器的使用流程：

1、将存有文本文件(后缀各为TXT)的优盘或活动硬盘插接入USB接口J₂；

2、打开外电源开关S₁或内电源开关S₂、电源指示灯D₁、D₃均亮，上电正常，系统初始化，此时盲文点显屏15上会出现第一个文件(电子书籍)的文件名(书名)；

3、按动左、右翻页键3、4，会在盲文点显屏15上依次出现存储在优盘或活动硬盘中的电子书籍名，选择好要阅读的书籍后，按下确定键5；

4、盲文点显屏15上出现所选定的书籍的第一页的盲文点阵信息，即可以双手触摸阅读，读完该页信息后，按动右翻页键4，即能进行下一页的阅读，若要返回去读上一页的信息，可按动左翻页键3；

5、若要重新回到该书的第一页重读，就按动返回首页键7，则盲文点显屏15上即重新显示该书第一页的盲文信息；

6、若要返回目录，重新选择电子书籍，则按动返回目录键6，则盲文点显屏15上即重新显示第一本电子书籍名，按上述“3”中所述操作，即能从新选择要阅读的书籍；如此反复操作使用；

7、用完关闭外电源开关S₁或内电源开关S₂，取下优盘或活动硬盘即可。

Claims

1.一种便携式盲文阅读器，具有机壳，机壳上具有外电源插口，外、内电源开关、电源指示灯、空气栅格、USB接口、功能按键以及盲文点显屏，机壳内装有相应的硬件控制系统及锂电池，其特征在于：硬件系统的结构由七个模块组成如下，电源管理模块通过电源线为系统提供电源；USB通信模块通过数据及控制总线与FPGA主控模块相连接；功能按键模块通过控制总线与FPGA主控模块相连接，功能按键包括左翻页键、右翻页键、确定键、返回目录键及返回首页键；FPGA主控模块通过数据总线与盲文点阵驱动模块相连接；高压驱动模块通过高压电源线与盲文点显屏连接；盲文点阵驱动模块通过数据总线与盲文点显屏连接；盲文点显屏由40方点显模块组成，各方点显模块中均具有盲文凸点控制机构。

2.根据权利要求1所述的一种便携式盲文阅读器，其特征在于：盲文点显屏(15)中的各方点显模块中的盲文凸点控制机构的结构为，具有长方体型的外壳(26)其顶板上具有中央导孔(27)，所述外壳(26)的内腔中，上部装有与外壳(26)及中央导孔(27)配套的“⊥”型顶件(28)，顶件(28)的托板(29)上垂直的固装有与中央导孔(27)配套并起凸点作用的顶杆(30)，在托板(29)与外壳(26)的顶板之间，具有套在顶杆(30)上的配套弹簧(34)；紧挨顶件(28)的托板(29)的下面与外壳(26)的底板之间，配套式装有一个呈椭球型并具有弹性的树脂球囊(31)；紧贴与外壳(26)的内腔中的相对的两个侧壁上，各装有一块规格性能一样并且紧挨着树脂球囊(31)的双膜型压电陶瓷片(32)，所述双膜型压电陶瓷片(32)的相应的尾端经外壳(26)的底面的绝缘封装层(35)之后，对外引出电极(33)，电极(33)直接焊接在控制电路的电路板上，或者直接插接在装在控制电路的电路板上的相应插槽中。