自驱动智能盲文系统及盲文书籍制备方法与流程

本发明涉及微纳传感技术与特殊教育领域，特别涉及一种自驱动智能盲文系统及盲文书籍制备方法。

背景技术：

据统计，目前世界上约有2.85亿视障人群，中国是世界盲人数量最多的国家，占全世界盲人总数的18％。知识不仅是时代发展的重要因素，同时也是盲人群体追求新发展的重要因素。盲人通过盲文书籍阅读来认知周围世界仍是他们获取知识的主要途径，但在我国盲文的普及率不及10％。由于专业盲文教育人员稀缺且盲文书籍的出版具有一定的专业性，我国盲文读物出版机构只有一家，多重因素导致盲人获取知识和信息的途径很窄。

盲人群体主要通过触觉(盲文)和听觉(语音)两种方式获取信息。其中触觉方式需经前期学习和专业训练，传统盲文凸点容易被磨平，使用者容易产生疲劳，不可自主学习，且书籍厚重制作繁琐。语音方式适合任何没有听力障碍的盲人，并且由于盲人听力更加灵敏，是一种快捷有效的学习方式。现有的读屏软件和盲文点显器等一系列信息化产品的出现虽然超越了纸张的限制，但由于其结构复杂、造价昂贵、动辄上万元的费用限制了盲人群体的使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种自驱动智能盲文系统及盲文书籍制备方法，利用静电起电与静电感应效应，实现机械能向电能的转化，通过静电材料的选择，只需用传感器触碰盲文信息，手移动的机械能转化为盲文信息的静电电信号，文本信息就通过语音系统传递给听觉极其灵敏的盲人，提供一种无门槛的智能学习体系，将盲文纳入数字化世界，为普及盲文及将视障人群融入信息化浪潮做出努力。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种自驱动智能盲文系统，包括盲文书籍模块和滑读指环模块，所述盲文书籍模块包括纸质基底和设置在所述纸质基底上的盲文状静电层，所述盲文状静电层承载有文字信息；所述滑读指环模块包括信号激发部分和信号处理部分，所述信号激发部分设置有电极，用于与所述盲文书籍模块相对滑动时产生包含文字信息的静电信号，并将所述静电信号传送给所述信号处理部分，所述信号处理部分用于将所述静电信号转化为语音信号进行播放。

优选地，所述盲文状静电层的每个字符由三行六个位点有无长方形凸起材料的组合序列来代表文字信息，其中每行两个位点，所述长方形凸起材料以静电纺丝方式固定于所述纸质基底。

优选地，所述长方形凸起材料的宽度为0-20mm，每行两个位点之间的间距与所述长方形凸起材料的宽度比在0-4范围内。

优选地，所述信号激发部分包括指环基底和镶嵌于所述指环基底中的三通道电极，所述三通道电极包括三个从上端向下端等距平行排列的长方形状的相互独立的电极，所述三通道电极用于与所述盲文状静电层之间相对滑动时产生静电信号。

优选地，所述三通道电极的每个通道有四种形式的电信号，两峰电信号表示每行两个位点都有长方形凸起材料，用11代表；左峰电信号表示每行仅左边位点有长方形凸起材料，用二进制10代表；右峰表示每行仅右边位点有长方形凸起材料，用01代表；无长方形凸起材料存在时，用00代表。

优选地，所述三通道电极为铝电极、铝合金电极、银电极、金电极、铜电极、氧化铟锡电极、钛电极中的任意一种。

优选地，所述信号处理部分包括：

信号放大单元，用于对产生的静电信号进行放大；

信号滤波单元，用于对放大后的静电信号进行滤波；

信号提取单元，用于对滤波后的静电信号进行特征提取，并编译为包含字母或拼音信息的语音信号；

语音单元，用于播放语音信号。

本发明的实施例还提供一种盲文书籍制备方法，包括以下步骤：

制备盲文凸起材料；

对盲文凸起材料通过镂空模板静电纺丝方式置于纸质基底。

优选地，所述制备盲文凸起材料的步骤包括：

将丙酮和N-甲基吡咯烷酮按照1:1～1:8比例进行混合搅拌，随后加入0-20份2000～3000目PVDF粉末,放置在50-80℃下搅拌至溶液呈澄清透明，加入0-5份丙二醇色素混合；

将1000目～2000目全氟乙烯丙烯共聚物加入配置好的上述溶液，质量分数为0-30份，在60-100℃条件下磁力搅拌7-10h并冷却至室温。

优选地，所述对盲文凸起材料通过镂空模板静电纺丝方式置于纸质基底的步骤包括：

镂空模板放于纸质基底，将丙烯酸涂料刮涂到镂空间隙，放于50-150℃鼓风干燥箱中烘干3-6h；

将粘有胶黏剂图案纸质基底放置于静电纺丝平台，叠放厚度0-20mm镂空模板进行静电纺丝，电压为10-30KV，溶液流速为0.1-2ml/h，针头与平台间距离为10-30cm；

放置在室温下干燥3-5小时，或在30-70℃的鼓风干燥箱中干燥30min-1h，使溶剂完全蒸干。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

(1)静电器件具有自驱动盲文信息传感功能，将文本信息通过机械能转化为电信号，材料选择广泛，易于印刷，可大面积制备。

(2)适用范围广，无门槛，适用于所有视障人群。对于掌握盲文的盲人，可以缓解长期思考的疲劳感与减轻皮肤长期磨损的不适感，此外仍可进行手指接触识别。对于零基础盲人，这种方式将有利于将盲文凸起与读音相结合，即触觉听觉相结合，减轻学习与教辅压力，打开了接触文化知识的大门。此外这种传感系统能有助于支持阅读障碍者的早期语言学习，适用于学龄前儿童，使用无文化层次限制、无门槛限制。

(3)具有成本低、寿命长、灵敏度高等特点，具有可穿戴性。

(4)凸起材料不易磨损，新型盲文可双面打印，可印刷于药盒、扶手等盲人需辨识场所。

(5)将盲文文本信息智能数字化，实现了智能化的盲文识别，即触即辨即听。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自驱动智能盲文系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中盲文书籍模块的部分字库平面示意图；

图3为本发明实施例中单个字符的平面示意图及人机交互界面示意图；

图4为本发明实施例中滑动指环模块的结构示意图；

图5为本发明实施例中单个盲文字符的三通道电信号示意图；

图6为本发明实施例中三通道电极识别文字示意图；

图7为本发明实施例中盲文书籍制备方法的流程图。

图中：1-盲文书籍模块；2-滑读指环模块；101-长方形凸起材料；102-纸质基底；201-信号激发部分；202-信号处理部分；201a-三通道电极；201b-指环基底。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例首先提供了一种自驱动智能盲文系统，如图1所示，所述自驱动智能盲文系统包括盲文书籍模块1和滑读指环模块2，盲文书籍模块1包括纸质基底和设置在纸质基底上的盲文状静电层，盲文状静电层承载有文字信息；滑读指环模块2包括信号激发部分201和信号处理部分202，信号激发部分201设置有电极，用于与盲文书籍模块1相对滑动时产生包含文字信息的静电信号，并将该静电信号传送给信号处理部分202，信号处理部分202用于将该静电信号转化为语音信号进行播放。

本发明利用信号激发部分201的电极与盲文书籍模块1的盲文状静电层相接触产生的静电信号原理，在两部分相对滑动过程中，将手动机械能转化为不同形式电信号来表达盲文信息，文本信息以自驱动电信号形式表达出来，信号产生方式为自驱动，无需外加电刺激来激发盲文信号。

进一步地，如图2和图3所示，盲文状静电层的每个字符由三行六个位点有无长方形凸起材料101的组合序列来代表文字信息，其中每行两个位点，长方形凸起材料101以静电纺丝方式固定于纸质基底102。其中，图2为部分盲文字库平面示意图，图3为单个字符的平面示意图及人机交互界面示意图。

进一步地，长方形凸起材料101的宽度为0-20mm，每行两个位点之间的间距与长方形凸起材料101的宽度比在0-4范围内。

作为本发明的一种优选实施方式，如图3所示，长方形凸起材料的宽度制作为2mm，1、4位点，2、5位，3、6位点间距等于长方形凸起材料宽度，均为2mm。

进一步地，如图4所示，信号激发部分201包括指环基底201b和镶嵌于指环基底201b中的三通道电极201a，三通道电极201a包括三个从上端向下端等距平行排列的长方形状的相互独立的电极，三通道电极201a用于与盲文状静电层之间相对滑动时产生静电信号。

当镶嵌有三通道电极201a的滑读指环模块2划过盲文书籍模块1的盲文状静电层时，会激发出不同位点的静电电流/电压信号组合来表达特定盲文信息，连续滑动将字符串连为单词与语句来表达完整盲文信息，再通过信号处理部分202转换为语音信息，即能够实现实时触摸盲文时以语音传送功能，即智能识别盲文信息。

具体地，三通道电极的每个通道有四种形式的电信号，如图5所示，两峰电信号表示每行两个位点都有长方形凸起材料，用11代表；左峰电信号表示每行仅左边位点有长方形凸起材料，用二进制10代表；右峰表示每行仅右边位点有长方形凸起材料，用01代表；无长方形凸起材料存在时，用00代表。

优选地，图4中的三通道电极201a为铝电极、铝合金电极、银电极、金电极、铜电极、氧化铟锡电极、钛电极中的任意一种。指环基底201b采用陶瓷材料。

进一步地，信号处理部分202包括：

信号放大单元，用于对产生的静电信号进行放大；

信号滤波单元，用于对放大后的静电信号进行滤波；

信号提取单元，用于对滤波后的静电信号进行特征提取，并编译为包含字母或拼音信息的语音信号；

语音单元，用于播放语音信号。

图6是本发明提供的自驱动智能盲文系统识别“Welcome to China”的示意图，在使用过程中，盲人只需手戴指环，指环底部的三通道电极在盲文书籍上划过，手部机械能可转化为不同峰数与位置的三通道六位点电信号以综合表达盲文书籍承载的信息，并将信息传至信号处理部分以语音形式实时播放传递给视障人群，以便盲人进行学习。

本发明构建的自驱动智能盲文系统可以实现无门槛限制的盲人学习方式，具有材料简单，成本低，易数字化印刷等特点，适于易推广应用。

相应地，本发明的实施例还提供了一种盲文书籍制备方法，如图7所示，所述盲文书籍制备方法包括以下步骤：

制备盲文凸起材料；

对盲文凸起材料通过镂空模板静电纺丝方式置于纸质基底。

进一步地，所述制备盲文凸起材料的步骤包括：

将丙酮和N-甲基吡咯烷酮按照1:1～1:8比例进行混合搅拌，随后加入0-20份2000～3000目PVDF粉末,放置在50-80℃下搅拌至溶液呈澄清透明，加入0-5份丙二醇色素混合；

将1000目～2000目全氟乙烯丙烯共聚物加入配置好的上述溶液，质量分数为0-30份，在60-100℃条件下磁力搅拌7-10h并冷却至室温。

进一步地，所述对盲文凸起材料通过镂空模板静电纺丝方式置于纸质基底的步骤包括：

镂空模板放于纸质基底，将丙烯酸涂料刮涂到镂空间隙，放于50-150℃鼓风干燥箱中烘干3-6h；

将粘有胶黏剂图案纸质基底放置于静电纺丝平台，叠放厚度0-20mm镂空模板进行静电纺丝，电压为10-30KV，溶液流速为0.1-2ml/h，针头与平台间距离为10-30cm；

放置在室温下干燥3-5小时，或在30-70℃的鼓风干燥箱中干燥30min-1h，使溶剂完全蒸干。

作为本发明的一种优选实施方式，制备盲文凸起材料的步骤包括：

将丙酮和N-甲基吡咯烷酮按照1:1比例进行混合搅拌，随后加入10份2000目PVDF粉末,放置在80℃下搅拌至溶液呈澄清透明，加入5份丙二醇色素混合；将1000目全氟乙烯丙烯共聚物加入配置好的上述溶液，质量分数为30份；在60-100℃条件下磁力搅拌7-10h并冷却至室温。

对盲文凸起材料通过镂空模板静电纺丝方式置于纸质基底的步骤包括：

镂空模板放于纸质基底，将丙烯酸涂料刮涂到镂空间隙，放于100℃鼓风干燥箱中烘干3h；将粘有胶黏剂图案纸质基底放置于静电纺丝平台，叠放厚度0-20mm镂空模板进行静电纺丝，具体电压为10KV，溶液流速为0.3ml/h，针头与平台间距离为20cm；放置在室温下干燥3小时，或在70℃的鼓风干燥箱中干燥1h，使溶剂完全蒸干。

本发明打破盲人需提前熟练盲文才能读书学习的壁垒，文化层次无门槛限制，任何年龄阶段盲人都可用这种方式获取知识。只需触碰盲文信息，文本信息就通过语音系统传递给听觉极其灵敏的盲人，实现了文字信息智能传递功能。这种方式实现了盲文文本信息的智能数字化，减轻传统阅读方式皮肤磨损的不适感，适合任何文化程度的盲人使用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。