基于重力感应器的盲人手机的设计与实现

2013-06-13邱开金朱凡超

电子测试 2013年6期

陈瑶邱开金徐海朱凡超

（西南大学计算机与信息科学学院软件学院，重庆北碚 400715）

0 引言

现实生活中，随着手机的日益普及，拨打电话成了我们生活中不可缺少的行为。传统的手机交互过多的依赖视觉来完成，因此使得盲人和有视觉障碍的人几乎无法使用普通的手机。市面上的盲人手机,比如Squibble手机, Universal Phone手机, 独特盲文键盘的Tactility手机等,大多采用通过触摸屏进行平面化盲文信息或者采用盲点设计，使用者直接通过触摸辨别输入信息等方式操作手机，这种手机需要专门的设备才能完成，售价一般比普通手机高；也有通过语音识别来进行手机的操作的盲人手机[1],通过语音控制与人机交互说出号码自动拨打电话,但是这种手机需要盲人能准确发音输出，目前，语音识别准确率不是很高,从而使这种手机实用性不高。文献[2]提出了以交互式模式对盲人手机界面的输入方式进行了分析,提出了盲人手机输入方案,但方案也需要通过触摸布莱叶盲字来进行输入。

本文实现的一种盲人手机是以重力感应器为基础的。本专利设计是以重力感应器为基础的。重力感应是利用压电原理实现的[3][4],是通过测量内部一片重物（重物和压电片做成一体）的重力在正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。早在几年前就有了重力感应器。如今，纵观主流智能机，重力感应器已经成为了很多手机的标配。重力感应技术早先是通过硬盘保护功能逐渐被消费者所熟知,一旦通过重力加速度侦测到意外,能在摔落的瞬间将磁头撤至安全停泊区,有效确保产品安全[4].现在重力感应器主要用游戏开发中，例如极品飞车系列、现代战争系列等等，在脱离了传统单一的触控式操作之后，这种新玩法显然能给用户带来新鲜的操作体验。在手机操作方面也有一些应用，比如屏幕自动旋转、摇一摇找好友、各种甩歌操作。以重力感应达到拨打电话，目前尚没有应用。本文通过使用重力感应器，来进行手机状态编码从而达到拨打电话，实现了基于重力感应器无视觉盲人手机。

1 本论文手机操作模式

本论文手机的操作模式如下：用手作用于手机，晃动手机，改变手机状态，以手机状态的改变作为输入,对于无视觉人，输入的结果以语音的方式通知操作者，整个过程中不需要眼的参预。对于正常人，也可以屏幕方式通知输入结果，以体验新的输入方式。

图2 本论文手机操作模式

2 总体结构图

本论文手机总体结构如图3所示，手机输入模块通过对重力感应器的检测，完成手机状态识别，并对手机状态进行编码，转化为对手机的输入操作。前台应用模块在手机输入模块的协同下，完成各种应用，在不同的应用下，手机状态编码不同。后台监听模块完成电话的接收；语音模块和屏幕输出模块实现输出，设置模块可以改变输出的方式，输出方式有三种：只语音输出，只屏幕输出和语音和屏幕一起输出。控制模块是系统的核心，完成对各模块的控制，状态的改变等功能。

图3 本论文手机总体结构

2.1 手机输入模块

2.1.1 手机重力感应器检测模块

本论文手机使用线加速度传感器，并结合三轴陀螺仪实现三维测量。三轴重力感应按测量方向分为X,Y,Z轴，X轴是手机底端左侧到右侧的方向，Y坐标轴是手机底端到顶端的方向，z坐标轴正走向则是面向使用者的方向。当重力改变时，便得到各轴上的x,y,z值也会随着改变。当手机屏幕向上（z轴朝天）水平放置的时侯，（x，y，z）的值分别为（0，0，10）；手机屏幕向下（z轴朝地）水平放置的时侯，（x，y，z）的值分别为（0，0，-10）；手机屏幕向左侧放（x 轴朝天）的时候，（x，y，z）的值分别为（10，0，0）；手机竖直（y 轴朝天）向上的时候，（x，y，z）的值分别为（0，10，0）；手机重力感应器检测模块完成各轴上的x,y,z值的检测。

2.1.2 手机状态检测模块

对重力感应器检测模块完成各轴上的x,y,z值的检测进行识别，分类出手机的状态。为了提高分类的准确性和鲁棒性，分成以下六个大类正竖、倒竖、左横、右横, 左斜,右斜六种状态，如图4所示

图4 手机位置状态图

左斜：x变化为负，变化幅度大于某一值，y变化及z变化幅度小于某一值。

右斜：x变化为正，变化幅度大于某一值，y变化及z变化幅度小于某一值。

左横：z变化为正，变化幅度大于某一值，x变化及y变化幅度小于某一值。

右横：z变化为负，变化幅度大于某一值，x变化及y变化幅度小于某一值。

正竖：y变化为正，变化幅度大于某一值，x变化及z变化幅度小于某一值。

倒竖：y变化为负，变化幅度大于某一值，x变化及z变化幅度小于某一值。

每变化一次，要回到初始位置，才算完成一次状态变化。这六种状态可分辩能力不同,在手机使用中,把分辩能力最好的状态用在最重要的输入上。

2.1.3 状态编码模块

可靠分辨的手机位置状态有六种，但是手机按键输入有十多种，所以需要对六种手机状态进行编码与复用。状态编码模块完成手机位置的编码与复用。

2.2 前台应用模块

2.2.1 应用模块切换

前台应用模块如图3所示,共有三个模块：拨号模块、解屏模块、设置模块,要选择切换这三个模块,设计四个键,一是左移键,右移键,确定键, 拨号键，分配如下表1所示：

表1 顶层模块按键编码表

进入前台应用模块，初始为拨号模块，按确定键，将进入拨号模块，按左移键和右移键使当前模块发生左移和右移，移一次，语音模报一次当前模块名；按确定键将执行当前模块操作；在任意状态下，按拨号键将回到拨号模块位置。

2.2.2 拨号模块

拨号模块为状态2，共需要10个数字键，1个确定键，1个删除键和一个发送键。采用手机位置状态编码与复用实现，如表2及表3所示：

表2 拨号模块数字0～9的编码

表3 拨号模块功能键编码

输入：输入1～3，需要两次位置变化，比如输入1，先左横，再正竖；输入完后，根据设置将在屏幕或语音播报当前输入值。输入0及4～9需要三次位置变化，如输入4，先左横，再左横，再正竖。发送：在输入语音播报或屏幕显示出数字后，右斜可发送电话。删除：在输入语音播报或屏幕显示出数字后，左斜可删除刚输入的电话号码。