李錦明，李文景，陳紅梅，駢 根

（哈爾濱理工大學(xué) 榮成學(xué)院，山東 威海 264300）

0 引言

中國是全世界盲人最多的國家之一，據(jù)統(tǒng)計約有900萬盲人［1］。盲人接受文字信息的途徑主要有利用語音合成發(fā)聲軟件閱讀和觸摸盲文凸字兩種形式。語音合成發(fā)聲感情生硬，缺乏閱讀快感，較晦澀的文字和公式更是難以理解記憶。同時，供盲人閱讀的新版圖書只有104種，盲文期刊僅8種，品種數(shù)量可謂奇缺［2］。另一方面，現(xiàn)有的盲文助讀器由于采用壓電陶瓷，其價格也頗為昂貴。本文基于51單片機設(shè)計了一種新型的盲文助讀器。

1 新型盲文助讀器的總體架構(gòu)設(shè)計

目前廣泛應(yīng)用的盲文有現(xiàn)行盲文和雙拼盲文兩種，現(xiàn)行盲文以三行兩列的6個凸點為一個基本單位，6個凸點之間通過不同的排列組合形成不同的文字，本文基于流行最廣的現(xiàn)行盲文設(shè)計了一種8方的盲文助讀器。因微型步進電機具有體積小、利于控制、價格低廉等優(yōu)點，機械部分采用步進電機來實現(xiàn)凸點的起落，控制部分則采用STC89C51單片機，通過6個LB1848M步進電機驅(qū)動芯片來控制6個步進電機，每個步進電機控制1個凸點的起降，每6個步進電機控制的凸點表示1個盲文單元（即盲文的1方），每個盲文單元可以顯示1個阿拉伯?dāng)?shù)字或英文字母，2個或3個單元可以顯示1個漢字。電路連接部分采用自行設(shè)計的PCB板，將電機驅(qū)動芯片、步進電機、單片機有序地連接。單片機通過內(nèi)部程序控制來實現(xiàn)盲文單元內(nèi)6個步進電機間以及每個盲文單元間的協(xié)調(diào)組合，從而實現(xiàn)盲文的表達輸出。新型盲文助讀器的總體框架如圖1所示。

圖1 新型盲文助讀器的總體框架

2 機械整體架構(gòu)

采用微型步進電機作為原動機（即控制終端），通過單片機發(fā)送的信號控制電機的旋轉(zhuǎn)，帶動螺旋機構(gòu)控制螺母和凸點的升降運動。將微型步進電機鑲嵌在底盤內(nèi)，焊接在PCB板上，利用導(dǎo)軌板壁和與之配合的電機限制螺母沿x，y，z軸平動和繞x，y軸轉(zhuǎn)動，使之只能繞z軸轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)沿導(dǎo)軌板壁的上下移動，每6個凸點為1個單元，通過不同凸點的起降變化，顯示不同的文字。盲文助讀器的機械整體構(gòu)架如圖2所示。

步進電機是四線二項混合式（Hybrid Stepping，HS）微型步進電機，此款電機屬于二相四拍式步進電機。通過LB1848M芯片產(chǎn)生的驅(qū)動信號驅(qū)動步進電機，帶動絲軸上的螺母上下運動，距離控制在2mm的統(tǒng)一高度。步進電機結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

3 控制部分設(shè)計

3.1 多機通訊的硬件設(shè)計

PC機作為上位機，主機和從機都為51單片機。PC機與主機通過串口通訊。由于通訊距離較短，所以本項目采用RS232進行串口通訊，波特率為9 600b/s，數(shù)據(jù)位為8位。

圖2 盲文助讀器的機械整體構(gòu)架

圖3 步進電機結(jié)構(gòu)示意圖

主機利用緩沖寄存器SBUF接收PC機發(fā)來的字符數(shù)據(jù)后經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)碼處理，將字符數(shù)據(jù)翻譯為對應(yīng)的電機控制碼，通過串行通訊發(fā)送給從機。從機接收完主機發(fā)來的數(shù)據(jù)后，實時控制相應(yīng)步進電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。主、從機通訊的電路節(jié)點設(shè)計見圖4，其中從機部分只顯示出了一個單片機和1個電機。

PCB板的設(shè)計是本項目硬件系統(tǒng)的重要部分，使用Protel DXP2004，實現(xiàn)了SCH（原理圖）設(shè)計、SCH仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計、Auto Router（自動布線器）和FPGA設(shè)計。

在PCB的制作過程中，芯片LB1848M的封裝根據(jù)技術(shù)手冊完成。為了減小盲人助讀器的整體尺寸并且配合微型步進電機的焊接，實際制作時，采用兩層PCB板作為信號層，其主要的工藝指標如下：PCB板寬為24mil；最小線寬為6mil；走線與焊盤的最小距離為12mil；過孔最小內(nèi)徑為16mil。

3.2 多機通訊的軟件設(shè)計

通過對51單片機內(nèi)部的多機通訊控制位SM2、SM1的控制實現(xiàn)多機通訊。多機通訊流程圖如圖5所示。

利用串行通訊來實現(xiàn)主機與從機間的通訊，主機先利用串口向所有從機發(fā)送地址，在從機接收到地址時進行判斷。若地址不符則不作為，地址相符則繼續(xù)接收主機發(fā)來的電機控制信息，進而對電機進行控制以實現(xiàn)盲文的顯示。

圖4 主、從機通訊的電路節(jié)點設(shè)計

圖5 多機通訊流程圖

在進行多機通訊時，主機依次對從機進行控制，實現(xiàn)8組步進電機的依次控制，先控制第1個從機，令電機顯示第1個盲文，再控制第2個從機，令電機顯示第2個盲文，……

在8組從機依次控制完畢后將所有從機的控制位SM2、SM1恢復(fù)為初始狀態(tài)，準備進行下一次通訊命令的接收。

4 結(jié)論

本文從我國盲文使用現(xiàn)狀入手，指出了現(xiàn)有語音合成發(fā)聲軟件和紙質(zhì)書籍的弊端，并詳細介紹了新型盲文助讀器的具體設(shè)計原理。利用微型步進電機控制凸點，用單片機控制電機，通過PCB進行電路搭建，實現(xiàn)了新型盲文助讀器的設(shè)計。它能很方便地將電子版文字轉(zhuǎn)化為盲文凸起形式，價格低廉，對盲人的學(xué)習(xí)、生活有很大的幫助。

［1］張映娣，張小慰.誰來關(guān)注盲人的閱讀需求［J］.出版參考，2005（36）：7.

［2］李然，武俊峰.電動公交客車CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2012，17（1）：68-72.