一种高续航低成本的便携式盲文点显器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高续航低成本的便携式盲文点显器，其包括：依次连接的主机设备、点阵驱动模块、盲点显示模块和触摸发声模块；其中，所述盲点显示模块包括凹凸点阵，每一凹凸点均包括：第一与第二绝缘套座、第一与第二记忆合金弹簧及空心套座；所述第一绝缘套座置于底端，所述第二绝缘套座固定在所述第一绝缘套座上方，所述空心套座套在所述第二绝缘套座的上端柱状部分上；所述第一记忆合金弹簧一端固定在所述第一绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处；所述第二记忆合金弹簧的一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述空心套座的螺纹处。通过采用本发明公开的盲文点显器，提高了续航能力、降低了成本且便于日常携带。
【专利说明】一种高续航低成本的便携式盲文点显器【技术领域】
[0001]本发明涉及点显器【技术领域】，尤其涉及一种高续航低成本的便携式盲文点显器。【背景技术】
[0002]点显器又名盲人显示器或点字机，指能够将计算机上的信息用盲文同步显示，便于盲人摸读，通过与读屏软件配合使用，能将读屏软件读出的文字通过盲文显示到点显器上。点显器上的盲文按点会自动的凸起，盲人通过触觉来感受文字。
[0003]目前，国内外市场上盲文点显器都是基于以电磁和压电式为主，通过放大压电陶瓷使其体积变化的方式来控制盲文点凹凸的变换，故体积庞大，价格高昂。另外国外还有实验室在研究传超时声波阵列和EPA材料设计的，但是，价格高昂难以商业化，尚未公开展
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[0004]例如，清华大学研发生产的产品:新型盲文点显器V4。该盲文点显器有40方自动盲文单元组成，可以将电脑上的文字信息通过读屏软件翻译成盲文后自动显示出来，盲人可以用手触摸盲文单元上变化的盲文点字来获取电脑屏幕上显示的信息。
[0005]但是，由于其设计方法为以压电式为主，通过压电陶瓷体积的变化控制来实现盲文点凹凸的变换，故使其体积过大；另外，其和日本合作的新型凹凸点阵传感器有极大形变电致材料制作的， 驱动电压高，驱动电路复杂，所以驱动电路体积大，整个产品较为不便于携带，而且价格高昂。另一方面，成本较高，不能满足普通盲人家庭的使用条件，目前多为盲人教育机构采购。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种高续航低成本的便携式盲文点显器，提高了续航能力、降低了成本且便于日常携带。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种高续航低成本的便携式盲文点显器，该盲文点显器包括:依次连接的主机设备、点阵驱动模块、盲点显示模块和触摸发声模块；
[0009]其中，所述盲点显示模块包括凹凸点阵，每一凹凸点均包括:第一与第二绝缘套座、第一与第二记忆合金弹簧及空心套座；所述第一与第二绝缘套座均由上端小下端大的两个柱状部分组成，且下端的柱状部分的表面刻有螺纹；
[0010]所述第一绝缘套座置于底端，所述第二绝缘套座固定在所述第一绝缘套座上方，所述空心套座套在所述第二绝缘套座的上端柱状部分上；所述第一记忆合金弹簧一端固定在所述第一绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处；所述第二记忆合金弹簧的一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述空心套座的螺纹处。
[0011]进一步的，所述点阵驱动模块包括:依次连接的现场可编程门阵列FPGA与达林顿管阵列，其中，每一记忆合金弹簧均与达林顿管阵列中的一个输入/输出I/o接口相连。[0012]进一步的，当所述第一记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第一记忆合金弹簧收缩作用凹陷到所述空心套座的孔内；
[0013]当所述第二记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第二记忆合金弹簧收缩作用凸出到所述空心套座的孔外。
[0014]进一步的，所述FPGA包括:控制函数模块，用于存储不同温度环境下的控制函数模型；
[0015]当所述FPGA在接收到主机设备发送的所要显示的盲点后，获取目前环境温度，并从所述控制函数模块中选定相应控制函数，来进行电能至机械能的转换。
[0016]进一步的，所述触摸发声模块包括:
[0017]相互连接的红外触摸框与语音合成模块；
[0018]其中，所述红外触摸框包括:触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件。
[0019]由上述本发明提供的技术方案可以看出，利用记忆合金的构思实现盲文点阵的凸起与凹陷，可以大大节省产品成本；并且该结构可使盲文点显器趋于更小更薄化，方便携带；另外，由于采用的记忆合金，所以在驱动形变产生后，是自动保持的，在没有驱动状态变化的情况下，只有电路上的芯片消耗功率，而不存在保持盲点所需的持续电流，所以功耗低，从而提闻续航能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0021]图1为本发明实施例一提供的一种高续航低成本的便携式盲文点显器的示意图；
[0022]图2为本发明实施例一提供的一种高续航低成本的便携式盲文点显器工作原理示意图；
[0023]图3为本发明实施例一提供的一种盲点显示模块的组成元件示意图；
[0024]图4为本发明实施例一提供的一种盲点显示模块的组成结构示意图；
[0025]图5为本发明实施例一提供的单个字方的驱动电路接口的示意图；
[0026]图6为本发明实施例一提供的驱动盲点显示模块工作的原理示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0028]目前中国已经有超过1300多万名盲人患者，其中既包含先天残疾人士，又有越来越多的人成为后天盲障人士。
[0029]本发明实施例将正常的汉字通过字库转译为盲点的ASCII码，通过采用FPGA(现场可编程门阵列)写的驱动显卡与外部主机交接，然后FPGA通过桥接内部达林顿管阵列在建立的控制模型函数下驱动其中每个盲文点字上的记忆合金，从而实现汉字转译为可供盲人识别的点子盲文。使盲人进行正常的盲文阅读。由于采用的单程记忆合金，所以在驱动形变产生后，是自动保持的。在没有驱动状态变化的情况下，只有电路上的芯片消耗功率，而不存在保持盲点所需的持续电流，所以功耗低，类似于电子显示屏中的电子水墨屏效果。面板表面采用红外扫描阵列可以检测出盲人手所触摸的位置。因此可以让用户选择是否在触摸的同时发声，以此达到盲文教学的目的，这对听力或语言功能正常的盲人，能起到一定的学习或锻炼的效果。
[0030]实施例一
[0031]图1为本发明实施例一提供的一种高续航低成本的便携式盲文点显器。如图1所示，其主要包括:依次连接的主机设备、点阵驱动模块、盲点显示模块和触摸发声模块；
[0032]其中，所述盲点显示模块包括凹凸点阵，每一凹凸点均包括:第一与第二绝缘套座、第一与第二记忆合金弹簧及空心套座；所述第一与第二绝缘套座均由上端小下端大的两个柱状部分组成，且下端的柱状部分的表面刻有螺纹；
[0033]所述第一绝缘套座置于底端，所述第二绝缘套座固定在所述第一绝缘套座上方，所述空心套座套在所述第二绝缘套座的上端柱状部分上；所述第一记忆合金弹簧一端固定在所述第一绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处；所述第二记忆合金弹簧的一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述空心套座的螺纹处。
[0034]进一步的，所述点阵驱动模块包括:依次连接的现场可编程门阵列FPGA与达林顿管阵列，其中，每一记忆合金弹簧均与达林顿管阵列中的一个输入/输出I/o接口相连。
[0035]进一步的，当所述第一记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第一记忆合金弹簧收缩作用凹陷到所述空心套座的孔内；
[0036]当所述第二记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第二记忆合金弹簧收缩作用凸出到所述空心套座的孔外。
[0037]进一步的，所述FPGA包括:控制函数模块，用于存储不同温度环境下的控制函数模型；
[0038]当所述FPGA在接收到主机设备发送的所要显示的盲点后，获取目前环境温度，并从所述控制函数模块中选定相应控制函数，来进行电能至机械能的转换。
[0039]进一步的，所述触摸发声模块包括:相互连接的红外触摸框与语音合成模块；
[0040]其中，所述红外触摸框包括:触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件。
[0041]为了便于理解本发明，下面结合附图2-6对该便携式盲文点显器做进一步说明。
[0042]如图2所示，本发明实施例中，该盲文点显器的主机设备可以将正常的汉字通过字库转译为盲点的ASCII码，再通过SPI接口发送至点阵驱动模块，由所述点阵驱动模块来驱动盲点显示模块进行盲文的凹凸显示。
[0043]本发明实施例中，盲点显示模块主要包括5个部分，具体的参见图3:第一与第二绝缘套座(31-32)、第一与第二记忆合金弹簧(33-34)及空心套座35 ;所述第一与第二绝缘套座均由上端小下端大的两个柱状部分组成，且下端的柱状部分的表面刻有螺纹。
[0044]装配之后的示意图可参见图4，所述第一绝缘套座31置于底端，所述第二绝缘套座32固定在所述第一绝缘套座31上方，所述空心套座套35在所述第二绝缘套座32的上端柱状部分上；所述第一记忆合金弹簧33 —端固定在所述第一绝缘套座31的螺纹处，另一端固定在所述第二绝缘套座32的螺纹处；所述第二记忆合金弹簧34的一端固定在所述第二绝缘套座32的螺纹处，另一端固定在所述空心套座35的螺纹处。需要说明的是，所述第一与第二绝缘套座以及空心套座上螺纹的圈数可以根据实际需求来设定，所述第二绝缘套座32上的螺纹可以确保第一与第二记忆合金弹簧固定即可。
[0045]本发明实施例使用了设计成弹簧的记忆合金(可以为单程记忆合金)。设计成弹簧形状首先保证了材料的寿命，经过材料试验得:5百万次内记忆形变约为2% ;其次在cooling状态下，两个稳态弹簧的同时作用，能使突起的点保持住，而不会因人为的压迫而产生下降。由于记忆合金的记忆效应是热形变的，我们直接将电流加在合金两端，为了电路可规模化，设计了相应的数字驱动电路。驱动电压为5V，完全的相变温度为45度。
[0046]在进行凹凸显示时，主要是通过第二绝缘套座32进行上下运动来实现的，而第一绝缘套座31与空心套座35始终保持固定状态。当所述第一记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第一记忆合金弹簧收缩作用凹陷到所述空心套座的孔内，以此模拟盲文点的凸起；当所述第二记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第二记忆合金弹簧收缩作用凸出到所述空心套座的孔外，以此模拟盲文点的凹陷。通过这样的设计，实现上下两个方向的稳定运动，也能使各个点的运动相互独立而不受影响。
[0047]本发明实施例中，点阵驱动模块用来驱动盲点显示模块的工作，其主要包括:依次连接的现场可编程门阵列FPGA与达林顿管阵列，其中，每一记忆合金弹簧均与达林顿管阵列中的一个输入/输出I/O接口相连。
[0048]单个字方的驱动电路接口的示意图如图5所示。
[0049]达林顿阵列由ULN2803构成，阵列控制采用FPGA，所述FPGA包括:控制函数模块，用于存储不同温度环境下的控制函数模型(其中的函数模型为通过迭代学习法，在人工参与的半自动下完成的参数整定)；当FPGA在接收到主机发送的所要显示的盲点，然后与温度传感器通信测得目前环境温度，从而选定相应控制函数(函数输出的驱动为单位时间内不同比例占空比的PWM波)，从而使得将大部分电能装换为机械能，减小热损耗来实现点阵驱动(其原理可参见图6)。本发明实施例中，为提高集成度可将整个模块形成驱动电路，封装为盲文显示器的显卡。
[0050]本发明实施例中，所述触摸发声模块包括:相互连接的红外触摸框与语音合成模块；
[0051]其中，所述红外触摸框包括:触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件。在实际应用时，屏幕表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外线式触控屏的实现原理与表面声波式触控相似，它使用的是红外线发射与接收感测元件。这些元件在屏幕表面形成红外线探测网，触控操作的物体(比如手指)可以改变触电的红外线，进而被转化成触控的坐标位置而实现操作的响应。在红外线式触控屏上，屏幕的四边排布的电路板装置有红外发射管和红外接收管，对应形成横竖交叉的红外线矩阵。
[0052]语音合成模块，可使用科大讯飞的语音合成模块来实现。
[0053]本发明实施例中，利用记忆合金的构思实现盲文点阵的凸起与凹陷，可以大大节省产品成本；并且该结构可使盲文点显器趋于更小更薄化，方便携带；另外，由于采用的记忆合金，所以在驱动形变产生后，是自动保持的，在没有驱动状态变化的情况下，只有电路上的芯片消耗功率，而不存在保持盲点所需的持续电流，所以功耗低，从而提高续航能力。
[0054]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功倉泛。
[0055]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高续航低成本的便携式盲文点显器，其特征在于，该盲文点显器包括:依次连接的主机设备、点阵驱动模块、盲点显示模块和触摸发声模块； 其中，所述盲点显示模块包括凹凸点阵，每一凹凸点均包括:第一与第二绝缘套座、第一与第二记忆合金弹簧及空心套座；所述第一与第二绝缘套座均由上端小下端大的两个柱状部分组成，且下端的柱状部分的表面刻有螺纹； 所述第一绝缘套座置于底端，所述第二绝缘套座固定在所述第一绝缘套座上方，所述空心套座套在所述第二绝缘套座的上端柱状部分上；所述第一记忆合金弹簧一端固定在所述第一绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处；所述第二记忆合金弹簧的一端固定在所述第二绝缘套座的螺纹处，另一端固定在所述空心套座的螺纹处。
2.根据权利要求1所述的盲文点显器，其特征在于，所述点阵驱动模块包括:依次连接的现场可编程门阵列FPGA与达林顿管阵列，其中，每一记忆合金弹簧均与达林顿管阵列中的一个输入/输出I/O接口相连。
3.根据权利要求1或2所述的盲文点显器，其特征在于， 当所述第一记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第一记忆合金弹簧收缩作用凹陷到所述空心套座的孔内； 当所述第二记忆合金弹簧通电后收缩，所述第二绝缘套座上端的柱状部分通过所述第二记忆合金弹簧收缩作用凸出到所述空心套座的孔外。
4.根据权利要求1所述盲文点显器，其特征在于，所述FPGA包括:控制函数模块，用于存储不同温度环境下的控制函数模型； 当所述FPGA在接收到主机设备发送的所要显示的盲点后，获取目前环境温度，并从所述控制函数模块中选定相应控制函数，来进行电能至机械能的转换。
5.根据权利要求1所述的盲文点显器，其特征在于，所述触摸发声模块包括: 相互连接的红外触摸框与语音合成模块； 其中，所述红外触摸框包括:触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件。
【文档编号】G09B21/00GK104036672SQ201410277739
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】游启麟, 王天奇 申请人:游启麟, 王天奇