一种基于静电吸引力的盲文再现装置及方法

技术领域

本发明涉及盲文显示设备技术领域，具体为一种基于静电吸引力的盲文再现装置及方法。

背景技术

长期以来，盲人主要通过手指触摸盲文凸点进行阅读，当前，盲人进行阅读的主要工具仍然是纸质书籍，纸质书籍存在的厚重、价格贵、数量少、易损坏等缺点已导致其逐渐无法满足盲人的阅读需求，随着信息技术的发展，盲文点凸起状态可刷新的盲文再现装置成为代替盲文书籍向盲人传递信息的良好载体，盲文再现装置可以帮助盲人以盲文字符和图形的形式方便地获取实时、海量的信息，这些盲文字符和图形由许多的盲文点组成，盲人通过阅读盲文进行学习，还可以通过触摸图形信息辅助学习，国内外研究者研制了各种驱动形式的盲文点显器，也有部分成果已经转化成面向市场的产品，但仍存在如刷新率低等问题，因此研究一种基于静电吸引力的盲文再现装置，对于盲文点显器的开发具有非常重要的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于静电吸引力的盲文再现装置及方法，可利用静电吸引力使下电极带动探针迅速上弹，刷新率高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于静电吸引力的盲文再现装置，包括：

上电极，所述上电极的上下两侧均安装有绝缘膜，所述上电极的下方安装有框架，所述框架的底部安装有控制组件；

下电极，所述下电极滑动连接在所述框架内部，所述下电极的上下两侧均安装有绝缘膜，所述下电极的底部固定连接有弹性件，所述下电极的顶部安装有探针；

柱头螺钉，所述柱头螺钉固定连接在所述控制组件的底部；

所述上电极与下电极、控制组件之间电性连接。

进一步的，所述上电极的侧壁上开设有第一螺纹孔和多个第一盲文孔，所述第一螺纹孔分别开设在上电极的四角。

进一步的，所述六个第一盲文孔为一方，上电极上一行为15方，共设为9行。

进一步的，所述第一盲文孔的直径设置为1.5mm，点距为2.5mm，方距为3.8mm，行距为5mm。

进一步的，所述探针包括盲文点和支撑柱，探针通过支持柱安装在下电极上，可随下电极在框架内部上下移动，所述盲文点直径为1.5mm，点高为0.5mm，所述支撑柱直径为1mm。

进一步的，所述框架包括第二盲文孔，所述第二盲文孔开设在框架的侧壁上，且其位于第一盲文孔的下方，所述框架的内部开设有凹槽，所述凹槽的内壁上开设有安装孔；

所述框架的侧壁上开设有第一出线孔和第二出线孔，第一出线孔用于汇总三个盲文点的导线，第二出线孔用于将三个盲文点导线按照顺序进行走线。

进一步的，所述控制组件包括：

驱动模块，用于输出电压使上电极与下电极之间产生静电吸引力驱动盲文点运动；

控制器，用于对驱动模块进行控制；

蓝牙模块，用于与外部设备建立蓝牙连接，以便对数据的无线传输；

供电模块，用于分别给驱动模块、控制器和蓝牙模块进行供电。

进一步的，所述驱动模块、控制器、蓝牙模块、供电模块之间均电性连接。

进一步的，所述控制组件的四角开设有第三螺纹孔。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种基于静电吸引力的盲文再现方法，包括：

探针处于最低位时，将直流电的正极接入下电极，负极接入上电极，通过在两个电极之间外加电压形成静电场；由于上电极已被固定，在静电吸引力作用下，下电极带动探针迅速上弹，此时，弹性件被拉伸，基于多个探针的组成，即可使得盲人通过触摸获取信息；

探针复位时，对上电极和下电极断电，两个电极之间的吸引力消失，在下电极和探针的重力以及弹性件的作用下，即可使探针快速复位。

本发明至少具备以下有益效果：

1、本发明通过盲文点的组成，可以帮助盲人方便、实时地获取以盲文字符、图形等形式显示的海量数字化信息；

2、本发明通过将直流电的正极接入下电极，负极接入上电极，装置可利用静电吸引力使下电极带动探针迅速上弹，反应灵敏，且上电极和下电极吸引在一起后具有很强的静电吸引力，可为手指与盲文点的接触提供较大的锁止力；

3、本发明在探针复位时，对上电极和下电极断电，两个电极之间的吸引力消失，在下电极和探针的重力以及弹性件的作用下，探针可快速复位，因而具有较高的刷新频率；

4、本发明具有便携、锁止力大、能耗低、刷新率高、成本低、控制简单等特点，可动态生成可触摸的盲文字符和图形，符合盲人阅读习惯，便于盲文再现装置的推广。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构的立体示意图；

图2为本发明的整体结构的局部正视示意图；

图3为本发明的上电极结构示意图；

图4为本发明的框架结构示意图；

图5为本发明的控制组件结构示意图；

图6为本发明的单个盲文点内部结构示意图；

图7为本发明的剖面结构示意图；

图8为本发明的六个盲文点结构的立体示意图；

图9为本发明的上电极部分结构示意图；

图10为本发明的探针结构示意图；

图11为本发明的六个盲文点框架结构示意图；

图12为本发明的六个盲文点框架侧面结构示意图。

附图标记：

1、上电极；101、第一螺纹孔；102、第一盲文孔；2、绝缘膜；3、探针；301、盲文点；302、支撑柱；4、下电极；5、弹性件；6、框架；601、第二盲文孔；602、第二螺纹孔；603、凹槽；604、安装孔；605、出线孔；7、控制组件；701、第三螺纹孔；702、驱动模块；703、控制器；704、供电模块；705、蓝牙模块。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于静电吸引力的盲文再现装置，包括：上电极1，上电极1的上下两侧均安装有绝缘膜2，上电极1的下方安装有框架6，框架6的底部安装有控制组件7；

下电极4，下电极4滑动连接在框架6内部，下电极4的上下两侧均安装有绝缘膜2，下电极4的底部固定连接有弹性件5，下电极4的顶部安装有探针3；

柱头螺钉，柱头螺钉固定连接在控制组件7的底部；

上电极1与下电极4、控制组件7之间电性连接。

如图1-2所示，从上往下依次为上电极1、绝缘膜2、框架6、控制组件7和柱头螺钉，上电极1正反面粘贴的绝缘膜2主要起到保护人体的作用，当通入直流电时，手指不会直接接触上电极1；框架6内开设有放置下电极4和弹性件5的腔体，内集成各部分零件，用来实现盲文再现功能；控制组件7集成各控制模块，提供驱动、控制、供电等功能；柱头螺钉用来固定上电极1、绝缘膜2、框架6和控制组件7。

如图3所示为本发明的上电极1结构示意图，上电极1的侧壁上开设有第一螺纹孔101和多个第一盲文孔102，第一螺纹孔101分别开设在上电极1的四角，起到固定作用，六个第一盲文孔102为一方，上电极1一行有15方，一列有9方，一共有135方，810个点位，利用第一盲文孔102，便于在上弹过程中对探针3起到限位作用。

如图4所示，框架6包括开设的第二盲文孔601，第二盲文孔601开设在框架6的侧壁上，且其位于第一盲文孔102的下方，框架6的内部开设有凹槽603，凹槽603的内壁上开设有安装孔604，框架6的四角还开设有第二螺纹孔602，主要起到固定作用，凹槽603主要用于放置探针3和下电极4，安装孔604内部主要用于放置弹性件5，同时也作为下电极4导线的出线孔605。

如图11-12所示，框架6的侧壁上开设有第一出线孔605和第二出线孔605，第一出线孔605用于汇总三个盲文点301的导线，第二出线孔605用于将三个盲文点301导线按照顺序进行走线。

如图5所示，控制组件7包括第三螺纹孔701、驱动模块702、控制器703、供电模块704和蓝牙模块705，第三螺纹孔701位于控制组件7的四个角上，起到固定作用；驱动模块702通过导线连接到每个盲文点301上，对盲文点301直接驱动；控制器703对数据进行处理，然后将控制指令发送给驱动模块702；供电模块704分别给驱动模块702、控制器703和蓝牙模块705供电；蓝牙模块705可以与外部设备建立蓝牙连接，以便对数据的无线传输；控制器703作为上位机将数据处理转化为控制指令，然后将控制指令发送给驱动模块702，驱动模块702输出相应的电压驱动盲文点301进行运动。

需要说明的是，驱动模块702、控制器703、蓝牙模块705、供电模块704之间均电性连接；针对于本申请的技术方案，控制器703优选为单片机，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用；

针对于本申请的技术方案，驱动模块702优选为ULN2003A驱动模块702，主要用于输出电压使上电极1与下电极4之间产生静电吸引力驱动盲文点301运动；蓝牙模块705优选为低功耗BLE蓝牙模块705(cc2540或cc2541)，蓝牙模块705，是一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯，按功能分为蓝牙数据模块和蓝牙语音模块。蓝牙模块705是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，用于无线网络通讯；供电模块704优选为蓄电电源。

进一步的，第一螺纹孔101、第二螺纹孔602和第三螺纹孔701均为M2的螺纹孔。

如图6所示为单个盲文点301内部结构，探针3下端与下电极4固定连接，可随下电极4在框架6内部上下移动；探针3和框架6均采用3D打印制成。

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造[1]，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

如图7所示，本发明提供一种基于静电吸引力的盲文再现方法，具体实施原理如下：当探针3处于最低位时，将直流电的正极接入下电极4，负极接入上电极1，通过在两个电极之间外加电压形成静电场，利用电吸引力原理带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极移动，由于上电极1已被固定，此时下电极4便会带动探针3迅速上弹，此时，弹性件5会被拉伸；当探针3处于最高位时，上电极1和下电极4吸引在一起后具有很强的静电吸引力，可为手指与探针3的接触提供较大的锁止力；当需要探针3复位时，对上电极1和下电极4断电，两个电极之间的吸引力消失，在下电极4和探针3的重力以及弹性件5的作用下，探针3可快速复位。

如图8所示，本申请提供的基于静电吸引力的盲文再现装置由多方组成，驱动模块702可以控制每个盲文点301的弹起和下降；该装置可以在接触面上显示动态的盲文字符和图形，盲人通过指尖从左向右触摸装置表面，可以按照页面的排版顺序从上往下逐行进行阅读，并且有可触摸的图形信息进行辅助学习。

如图9所示，第一盲文孔102可为探针3在上弹过程中起到限位作用，六个第一盲文孔102形成一方，按照中国盲文国家标准(GB/T15720-2008)中盲符的尺寸参数将第一盲文孔102的直径设置为1.5mm，点距为2.5mm，方距为3.8mm，行距为5mm。

如图10所示探针3包括盲文点301和支撑柱302，盲文点301直径为1.5mm，点高为0.5mm，支撑柱302直径为1mm，可为探针3在移动过程中提供行程距离。

本发明的使用流程及原理：当探针3处于最低位时，将直流电的正极接入下电极4，负极接入上电极1，通过在两个电极之间外加电压形成静电场，利用电吸引力原理带电粒子在静电场中受到静电力而被迫向带相反电荷的电极移动，由于上电极1已被固定，此时下电极4便会带动探针3迅速上弹，此时，弹性件5会被拉伸；当探针3处于最高位时，上电极1和下电极4吸引在一起后具有很强的静电吸引力，可为手指与探针3的接触提供较大的锁止力；当需要探针3复位时，对上电极1和下电极4断电，两个电极之间的吸引力消失，在下电极4和探针3的重力以及弹性件5的作用下，探针3可快速复位。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。