智能藏語盲文學(xué)習(xí)機的設(shè)計與實現(xiàn)

武 強，崔靜靜，邊巴旺堆，次仁朗杰

（西藏大學(xué)工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

近年來隨著國家政策的逐步落實，西藏自治區(qū)殘疾人聯(lián)合會與盲文無國界組織合作開展的《助盲項目》，通過實施各項盲人康復(fù)領(lǐng)域的工作，包括盲人的日常生活技能、盲人基礎(chǔ)教育的康復(fù)、盲人職業(yè)培訓(xùn)、盲人康復(fù)領(lǐng)域的各種當(dāng)?shù)貛熧Y的培訓(xùn)等工作領(lǐng)域取得了良好的成績。西藏地區(qū)盲人的生活和學(xué)習(xí)得到了很大的提高。

然而目前，并沒有供西藏地區(qū)盲人學(xué)習(xí)藏語的盲文點字學(xué)習(xí)機，因此該系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性和先進(jìn)性。該系統(tǒng)包括鍵盤的識別和對語音的錄入、編輯、存儲、和輸出功能[1]，使盲人在短時間里完成藏語盲文的點位學(xué)習(xí)。此外該設(shè)備的音頻輸出不僅可以直接與耳機相連，還可以直接外接音響，因此該機器也可以用在教學(xué)中，使藏語盲文的學(xué)習(xí)變得更家自動化。同時該系統(tǒng)對于推廣藏語，提高少數(shù)民族同胞的生活、工作質(zhì)量，促進(jìn)少數(shù)民族事業(yè)發(fā)展都起到了積極的推動作用。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

盲文，又稱點字，國際通用的點字由6個凸起的圓點為基本結(jié)構(gòu)組成，是專供盲人摸讀、書寫的文字符號。藏語盲文的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是以六點為一方，通過排列與組合的規(guī)則把字符恰當(dāng)?shù)乇硎境鰜怼?/p>

因此，在本系統(tǒng)的設(shè)計中，通過多個按鍵組合來模擬不同的點字，再與SPCE3200嵌入式微處理器[2-4]相結(jié)合控制語音模組播放相應(yīng)點字，進(jìn)而實現(xiàn)了點字的輸入、反饋功能。根據(jù)各功能的需求，其硬件組成框圖如圖1所示：主要由SPCE3200嵌入式微處理器、鍵盤輸入模組、錄音模塊、語音資源存儲模塊和語音播放模塊組成。其中，鍵盤模組是由點陣組成的，通過SPCE3200微處理器控制，配合語音模塊播放相應(yīng)的提示音，并可通過錄音模塊存入相應(yīng)的語音，保存盲人朋友的學(xué)習(xí)情況。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖Fig.1 The diagram of the system hardware

1.1 鍵盤模組簡介

藏語是一種拼音文字，藏盲文以六點為一方，每一個字符以由1～6個突起的點兒安排在一個有6個點位的長方形里 。為了確認(rèn)不同的盲文字符，按照讀的時候的順序排列規(guī)則是這樣的，左上是第一點，左中是第二點，左下是第三點，右上是第四點，右中是第五點，右下是第六點，盲文鍵盤樣式圖如圖2所示。

圖2 盲文鍵盤樣式圖Fig.2 The style diagram of Braille key

鍵盤電路由8個機械觸點式按鍵組成，它利用彈性使按鍵復(fù)位，手感明顯，工藝簡單，比較適合作為盲人學(xué)習(xí)機的點位鍵盤，其中KEY7、KEY8為模式選擇鍵，這兩個鍵用于在MP3模式、語音錄播模式和盲文學(xué)習(xí)模式之間進(jìn)行切換；未按下KEY8時，學(xué)習(xí)機處于盲文學(xué)習(xí)模式，在此模式下，KEY1～KEY6為點位鍵盤，通過操作這6個按鍵可以組合成不同的點字進(jìn)而控制語音芯片播放相應(yīng)語音；當(dāng)按下按鍵KEY8后，學(xué)習(xí)機切換到錄放音模式，在該模式下，KEY1，KEY4分別為錄音鍵和播放鍵，KEY2為模式退出鍵，通過控制KEY1，KEY4鍵可實現(xiàn)語音的錄播，操作KEY2可使學(xué)習(xí)機退出錄放音模式；在盲文學(xué)習(xí)模式下按下KEY7后，學(xué)習(xí)機切換到MP3模式，在該模式下，KEY1，KEY4分別為下一曲和上一曲，通過選擇，盲人朋友可以欣賞自己喜歡的音樂。同時，為了方便盲人使用該學(xué)習(xí)機，設(shè)計了語音反饋功能輔助盲人操作鍵盤，即預(yù)先在SD卡中錄入一些按鍵提示語音，每進(jìn)行一次鍵盤操作，語音電路就會播放鍵盤中的相應(yīng)鍵值，提示該按鍵操作是否成功，使得盲人朋友可以避免練習(xí)中的一些錯誤。

鍵盤的硬件電路[5]原理圖如圖3所示。

圖3 鍵盤電路原理圖Fig.3 Circuit diagram of keyboard

1.2 語音存儲模塊

在智能盲文學(xué)習(xí)機的語音處理中，考慮到系統(tǒng)對語音的分段較多，而且有些語音需要多次重復(fù)錄放，存儲時間長的特點，本系統(tǒng)采用SPCE3200[6]支持外擴FLASH的功能，通過SD卡存儲大量語音。

SD卡具有大容量，高性能，安全等特點。SPCE3200具有SD卡控制器，可支持SD卡的數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)中使用SD卡的4根數(shù)據(jù)線、1根命令鎖存線和1根時鐘線，為了穩(wěn)定信號，數(shù)據(jù)線和命令鎖存線外接上拉電阻。SD卡采用3.3 V供電，時鐘信號由SPCE3200提供。SD卡的接口電路如圖4所示。

圖4 SD卡接口電路Fig.4 Circuit diagram of SD card Interface

1.3 語音輸出模塊

本系統(tǒng)語音的實現(xiàn)選擇SPCE3200的MP3文件播放。硬件上依賴DAC進(jìn)行輸出播放；軟件上主要通過MP3庫解碼器的API函數(shù)來實現(xiàn)，保證了語音輸出的質(zhì)量同時軟件操作上也較容易。

SPCE3200有兩路16位高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以進(jìn)行普通的D/A轉(zhuǎn)換，也可以進(jìn)行立體聲語音播放。SPCE3200的DAC模塊共有3個引腳：其中DAC_VREF為DAC參考電壓輸入引腳；DAC_CH0為DAC通道0信號輸出引腳；DAC_CH1為DAC通道1信號輸出引腳。SPCE3200的DAC模塊有兩路DAC通道 （通道0和通道1），具有4級深度的FIFO Buffer（Buffer的大小可設(shè)置），可以編程設(shè)置DAC采樣率，其中斷機制和緩存區(qū)支持可使得語音播放更方便。

在本系統(tǒng)中，音頻電路由麥克風(fēng)電路以及音頻輸出電路組成。如圖5所示。音頻輸出電路采用凌陽功放SPY0030，音頻輸出大于1 W，喇叭直流阻抗8 Ω，左右兩個通道音量分立調(diào)節(jié)并備有兩個外部音頻信號放大輸入端。DAC_CH0和DAC_CH1的輸出信號也可以通過放大電路放大后，通過音響、耳機、喇叭等放音設(shè)備進(jìn)行播放。

圖5 音頻放大電路Fig.5 Circuit of audio amplification

2 軟件部分設(shè)計

為了更好地幫助藏族盲人朋友盲文點字，在學(xué)習(xí)機的設(shè)計中，通過多個按鍵組合來模擬不同的點字，并通過軟件調(diào)用SD卡上相應(yīng)的語音資源播放相應(yīng)的點字，進(jìn)而實現(xiàn)了點字的練習(xí)和語音反饋功能。

主程序[7]是一個封閉的循環(huán)，初始化文件系統(tǒng)和掛在SD卡主要是為了建立SD卡與主機的通信，向SD卡寫入或者獲取SD卡中的信息；將8個AD模塊端口使能為GPIO口，并設(shè)置為下拉非上拉電阻輸入口，并將IOA1口設(shè)置為上升沿中斷；打開時鐘，主要是為了打開計時中斷，并設(shè)置計時初值。每隔0.5秒系統(tǒng)將掃描一次鍵盤，判斷有無按鍵，若有按鍵且按鍵有效，則系統(tǒng)根據(jù)按鍵值作出相應(yīng)的反應(yīng)。主程序流程圖如圖6所示。

2.1 點位訓(xùn)練的設(shè)計

在點位訓(xùn)練模式下，首先判斷數(shù)字標(biāo)志鍵KEYNF是否按下，若未按下，學(xué)習(xí)機處于基字點位訓(xùn)練模式，在該模式下，通過按下不同的點位組合，將調(diào)用其所對應(yīng)的字符語音資源，同時播放相應(yīng)的語音供盲人朋友學(xué)習(xí)；若KENF按下，則進(jìn)行數(shù)字點位訓(xùn)練，按下不同的點位組合將播放對應(yīng)的數(shù)字語音；若練習(xí)時點位不正確，則播放預(yù)先存儲的錯誤提示音，從而可以使盲人朋友避免練習(xí)中的錯誤。其流程框圖如圖7所示。

圖6 主程序流程圖Fig.6 Flow chart of the main program

2.2 語音錄放函數(shù)

系統(tǒng)上電初始化后按下模式鍵KEY8鍵，學(xué)習(xí)機進(jìn)入錄放模式，在該模式下按下KEY1鍵，學(xué)習(xí)機進(jìn)入錄音程序。程序開始后首先切換到SD卡中的存儲錄音的文件目錄，并打開此目錄，之后初始化MIC，開始語音輸入，錄音結(jié)束后，語音段數(shù)加l，文件指針指向第二個文件；當(dāng)再次按下KEY1鍵時，芯片從當(dāng)前地址重復(fù)上述錄音操作，直到錄音時間最大值或按下KEY8鍵。在該模式接下KEY4鍵，學(xué)習(xí)機進(jìn)入放音程序，初始化錄音文件并獲取錄音的文件數(shù)，之后系統(tǒng)檢測按鍵值所對應(yīng)的的語音段，芯片將從當(dāng)前的語音地址開始播放。錄放函數(shù)流程圖如圖8所示。

圖7 點位訓(xùn)練流程圖Fig.7 Flow chart of Braille training

圖8 錄放函數(shù)流程圖Fig.8 Flow chart of Recorder function

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)在正常模式下，測試主控板消耗電流（主控板工作電壓為DC9V）、鍵盤電路消耗的電流（正常工作電壓為DC5V）和音頻放大電路的消耗電流（工作電壓為DC5V）。最終測試結(jié)果：主控板消耗電流為1 A，鍵盤電路工作時的消耗電流為510 mA，語音播放時的消耗電流為400 mA。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠完成“點位訓(xùn)練”、“音樂播放”、“語音錄放”等功能，使藏族的盲人朋友能夠獨立的學(xué)習(xí)藏語盲文的點位，操作簡單，學(xué)習(xí)方便，具有一定的創(chuàng)造性和推廣價值，為盲人朋友學(xué)好和掌握各種技能奠定了基礎(chǔ)。在西藏地區(qū)有較高的應(yīng)用價值。

[1]樊建中，孫晴，楊永杰.一種智能盲文學(xué)習(xí)機設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010，33（5）：118-120.

FAN Jian-zhong，SUN Qing，YANG Yong-jie.Design of intelligent braille learning machine[J].Modern Electronics Technique，2010，33（5）：118-120.

[2]唐潔媛.多媒體微處理器SPCE3200的應(yīng)用研究[J].電子元器件應(yīng)用，2008，10（6）：5-9.

TANG Jie-yuan.Application research of multimedia microprocessor SPCE3200 [J].Application ofElectronic Component，2008，10（6）：5-9.

[3]張大波.嵌入式系統(tǒng)原理設(shè)計與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[5]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[6]羅亞非.32位嵌入式微處理器原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[7]譚浩強.C程序設(shè)計[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.