智能藏语盲文学习机的设计与实现

武 强，崔静静，边巴旺堆，次仁朗杰

（西藏大学工学院 电子信息系，西藏 拉萨 850000）

近年来随着国家政策的逐步落实，西藏自治区残疾人联合会与盲文无国界组织合作开展的《助盲项目》，通过实施各项盲人康复领域的工作，包括盲人的日常生活技能、盲人基础教育的康复、盲人职业培训、盲人康复领域的各种当地师资的培训等工作领域取得了良好的成绩。西藏地区盲人的生活和学习得到了很大的提高。

然而目前，并没有供西藏地区盲人学习藏语的盲文点字学习机，因此该系统具有一定的创新性和先进性。该系统包括键盘的识别和对语音的录入、编辑、存储、和输出功能[1]，使盲人在短时间里完成藏语盲文的点位学习。此外该设备的音频输出不仅可以直接与耳机相连，还可以直接外接音响，因此该机器也可以用在教学中，使藏语盲文的学习变得更家自动化。同时该系统对于推广藏语，提高少数民族同胞的生活、工作质量，促进少数民族事业发展都起到了积极的推动作用。

1 系统整体设计

盲文，又称点字，国际通用的点字由6个凸起的圆点为基本结构组成，是专供盲人摸读、书写的文字符号。藏语盲文的基础结构是以六点为一方，通过排列与组合的规则把字符恰当地表示出来。

因此，在本系统的设计中，通过多个按键组合来模拟不同的点字，再与SPCE3200嵌入式微处理器[2-4]相结合控制语音模组播放相应点字，进而实现了点字的输入、反馈功能。根据各功能的需求，其硬件组成框图如图1所示：主要由SPCE3200嵌入式微处理器、键盘输入模组、录音模块、语音资源存储模块和语音播放模块组成。其中，键盘模组是由点阵组成的，通过SPCE3200微处理器控制，配合语音模块播放相应的提示音，并可通过录音模块存入相应的语音，保存盲人朋友的学习情况。

图1 系统硬件框图Fig.1 The diagram of the system hardware

1.1 键盘模组简介

藏语是一种拼音文字，藏盲文以六点为一方，每一个字符以由1～6个突起的点儿安排在一个有6个点位的长方形里 。为了确认不同的盲文字符，按照读的时候的顺序排列规则是这样的，左上是第一点，左中是第二点，左下是第三点，右上是第四点，右中是第五点，右下是第六点，盲文键盘样式图如图2所示。

图2 盲文键盘样式图Fig.2 The style diagram of Braille key

键盘电路由8个机械触点式按键组成，它利用弹性使按键复位，手感明显，工艺简单，比较适合作为盲人学习机的点位键盘，其中KEY7、KEY8为模式选择键，这两个键用于在MP3模式、语音录播模式和盲文学习模式之间进行切换；未按下KEY8时，学习机处于盲文学习模式，在此模式下，KEY1～KEY6为点位键盘，通过操作这6个按键可以组合成不同的点字进而控制语音芯片播放相应语音；当按下按键KEY8后，学习机切换到录放音模式，在该模式下，KEY1，KEY4分别为录音键和播放键，KEY2为模式退出键，通过控制KEY1，KEY4键可实现语音的录播，操作KEY2可使学习机退出录放音模式；在盲文学习模式下按下KEY7后，学习机切换到MP3模式，在该模式下，KEY1，KEY4分别为下一曲和上一曲，通过选择，盲人朋友可以欣赏自己喜欢的音乐。同时，为了方便盲人使用该学习机，设计了语音反馈功能辅助盲人操作键盘，即预先在SD卡中录入一些按键提示语音，每进行一次键盘操作，语音电路就会播放键盘中的相应键值，提示该按键操作是否成功，使得盲人朋友可以避免练习中的一些错误。

键盘的硬件电路[5]原理图如图3所示。

图3 键盘电路原理图Fig.3 Circuit diagram of keyboard

1.2 语音存储模块

在智能盲文学习机的语音处理中，考虑到系统对语音的分段较多，而且有些语音需要多次重复录放，存储时间长的特点，本系统采用SPCE3200[6]支持外扩FLASH的功能，通过SD卡存储大量语音。

SD卡具有大容量，高性能，安全等特点。SPCE3200具有SD卡控制器，可支持SD卡的数据存储。系统中使用SD卡的4根数据线、1根命令锁存线和1根时钟线，为了稳定信号，数据线和命令锁存线外接上拉电阻。SD卡采用3.3 V供电，时钟信号由SPCE3200提供。SD卡的接口电路如图4所示。

图4 SD卡接口电路Fig.4 Circuit diagram of SD card Interface

1.3 语音输出模块

本系统语音的实现选择SPCE3200的MP3文件播放。硬件上依赖DAC进行输出播放；软件上主要通过MP3库解码器的API函数来实现，保证了语音输出的质量同时软件操作上也较容易。

SPCE3200有两路16位高速数模转换器，可以进行普通的D/A转换，也可以进行立体声语音播放。SPCE3200的DAC模块共有3个引脚：其中DAC_VREF为DAC参考电压输入引脚；DAC_CH0为DAC通道0信号输出引脚；DAC_CH1为DAC通道1信号输出引脚。SPCE3200的DAC模块有两路DAC通道 （通道0和通道1），具有4级深度的FIFO Buffer（Buffer的大小可设置），可以编程设置DAC采样率，其中断机制和缓存区支持可使得语音播放更方便。

在本系统中，音频电路由麦克风电路以及音频输出电路组成。如图5所示。音频输出电路采用凌阳功放SPY0030，音频输出大于1 W，喇叭直流阻抗8 Ω，左右两个通道音量分立调节并备有两个外部音频信号放大输入端。DAC_CH0和DAC_CH1的输出信号也可以通过放大电路放大后，通过音响、耳机、喇叭等放音设备进行播放。

图5 音频放大电路Fig.5 Circuit of audio amplification

2 软件部分设计

为了更好地帮助藏族盲人朋友盲文点字，在学习机的设计中，通过多个按键组合来模拟不同的点字，并通过软件调用SD卡上相应的语音资源播放相应的点字，进而实现了点字的练习和语音反馈功能。

主程序[7]是一个封闭的循环，初始化文件系统和挂在SD卡主要是为了建立SD卡与主机的通信，向SD卡写入或者获取SD卡中的信息；将8个AD模块端口使能为GPIO口，并设置为下拉非上拉电阻输入口，并将IOA1口设置为上升沿中断；打开时钟，主要是为了打开计时中断，并设置计时初值。每隔0.5秒系统将扫描一次键盘，判断有无按键，若有按键且按键有效，则系统根据按键值作出相应的反应。主程序流程图如图6所示。

2.1 点位训练的设计

在点位训练模式下，首先判断数字标志键KEYNF是否按下，若未按下，学习机处于基字点位训练模式，在该模式下，通过按下不同的点位组合，将调用其所对应的字符语音资源，同时播放相应的语音供盲人朋友学习；若KENF按下，则进行数字点位训练，按下不同的点位组合将播放对应的数字语音；若练习时点位不正确，则播放预先存储的错误提示音，从而可以使盲人朋友避免练习中的错误。其流程框图如图7所示。

图6 主程序流程图Fig.6 Flow chart of the main program

2.2 语音录放函数

系统上电初始化后按下模式键KEY8键，学习机进入录放模式，在该模式下按下KEY1键，学习机进入录音程序。程序开始后首先切换到SD卡中的存储录音的文件目录，并打开此目录，之后初始化MIC，开始语音输入，录音结束后，语音段数加l，文件指针指向第二个文件；当再次按下KEY1键时，芯片从当前地址重复上述录音操作，直到录音时间最大值或按下KEY8键。在该模式接下KEY4键，学习机进入放音程序，初始化录音文件并获取录音的文件数，之后系统检测按键值所对应的的语音段，芯片将从当前的语音地址开始播放。录放函数流程图如图8所示。

图7 点位训练流程图Fig.7 Flow chart of Braille training

图8 录放函数流程图Fig.8 Flow chart of Recorder function

3 结 论

本系统在正常模式下，测试主控板消耗电流（主控板工作电压为DC9V）、键盘电路消耗的电流（正常工作电压为DC5V）和音频放大电路的消耗电流（工作电压为DC5V）。最终测试结果：主控板消耗电流为1 A，键盘电路工作时的消耗电流为510 mA，语音播放时的消耗电流为400 mA。该系统性能稳定，能够完成“点位训练”、“音乐播放”、“语音录放”等功能，使藏族的盲人朋友能够独立的学习藏语盲文的点位，操作简单，学习方便，具有一定的创造性和推广价值，为盲人朋友学好和掌握各种技能奠定了基础。在西藏地区有较高的应用价值。

[1]樊建中，孙晴，杨永杰.一种智能盲文学习机设计[J].现代电子技术，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]唐洁媛.多媒体微处理器SPCE3200的应用研究[J].电子元器件应用，2008，10（6）：5-9.

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

[3]张大波.嵌入式系统原理设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]韦东山.嵌入式Linux应用开发[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[5]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.

[6]罗亚非.32位嵌入式微处理器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[7]谭浩强.C程序设计[M].3版.北京：清华大学出版社，2005.