手語翻譯智能裝置及其使用方法
【專利摘要】手語翻譯智能裝置，包括單片機(jī)和電源模塊，單片機(jī)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、彎曲傳感器模塊、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)引腳連接，單片機(jī)串口與語音模塊相連，語音模塊外接揚(yáng)聲器；電源模塊為各模塊供電，手部產(chǎn)生手語動作時，通過彎曲傳感器模塊檢測五個手指的彎曲狀況，三軸加速度傳感器模塊偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺儀模塊用于測量手掌在X、Y、Z方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量；各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊，語音模塊合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器進(jìn)行播報。
【專利說明】手語翻譯智能裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療電子儀器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種聾啞人用手語翻譯智能裝置，還涉及這種裝置的使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]手語是用手勢比量動作，根據(jù)手勢的變化模擬形象或者音節(jié)以構(gòu)成一定意思和語句。目前，全世界有I億2000萬聾啞人，中國有2057萬聾啞人,手語是聾啞人最重要的交際手段。然而由于手語不是社會大多數(shù)人的常用語言，手語推廣的滯后在很大程度上制約了他們與社會的交流，也減少了他們獲取受教育的機(jī)會。
[0003]目前已出現(xiàn)多種帶有手語翻譯功能的智能裝置，基于人機(jī)交互的模式，通過計(jì)算機(jī)感知手勢語言，處理后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行播報。由于人機(jī)交互體積龐大，不易攜帶，且成本昂貴、功能較差、手語翻譯不準(zhǔn)確等原因，還沒有一個產(chǎn)品能夠投入市場供聾啞人使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種手語翻譯智能裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的體積龐大，不易攜帶的問題。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供上述裝置的使用方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，手語翻譯智能裝置，包括單片機(jī)和電源模塊，單片機(jī)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、彎曲傳感器模塊、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)引腳連接，單片機(jī)串口與語音模塊相連，語音模塊外接揚(yáng)聲器；電源模塊為各模塊供電，手部產(chǎn)生手語動作時,通過彎曲傳感器模塊檢測五個手指的彎曲狀況,三軸加速度傳感器模塊偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺儀模塊用于測量手掌在不同方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量，各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊，語音模塊合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器進(jìn)行播報。
[0007]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于:
[0008]彎曲傳感器模塊為五個，分別與五個手指連接。
[0009]電源模塊使用的是鋰電池。
[0010]五個彎曲傳感器縫制在手套的五個手指套里。
[0011]單片機(jī)最小系統(tǒng)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、電源模塊、語音模塊集成在一個盒子里，該盒子縫制在手套的手背處或手腕處。
[0012]本發(fā)明的第二個技術(shù)方案是，手語翻譯智能裝置的使用方法，包括單片機(jī)和電源模塊，單片機(jī)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、彎曲傳感器模塊、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)引腳連接，單片機(jī)串口與語音模塊相連，語音模塊外接揚(yáng)聲器；電源模塊為各模塊供電；手部產(chǎn)生手語動作時，通過彎曲傳感器模塊檢測手指的彎曲狀況，三軸加速度傳感器模塊偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺儀模塊用于測量手掌在X、Y、Z方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量；各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊，語音模塊合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器進(jìn)行播報。
[0013]單片機(jī)自帶AD轉(zhuǎn)換器，通過電路將手指的彎曲程度轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號通過AD轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，分辨率為1/2'
[0014]三軸加速度模塊、陀螺儀模塊通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)。
[0015]電源模塊包括供電電路，供電電路使用的是鋰電池，鋰電池電壓為3.3V至4.2V,通過電源模塊將鋰電池電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的3.3V，直接給各部件供電。
[0016]彎曲傳感器模塊為五個，分別與五個手指連接。
[0017]為了使用方便，五個彎曲傳感器縫制在手套的五個手指套里；單片機(jī)最小系統(tǒng)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、電源模塊、語音模塊集成在一個盒子里，該盒子縫制在手套的手背處或手腕處。
[0018]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]1、本發(fā)明手語翻譯智能裝置基于三大傳感器(陀螺儀，彎曲傳感器，三軸加速度傳感器)進(jìn)行手語識別，利用多種傳感器數(shù)據(jù)綜合判斷當(dāng)前手掌姿態(tài)，并在語音數(shù)據(jù)庫中選擇相應(yīng)的語音數(shù)據(jù)，因此手語翻譯較為準(zhǔn)確，單片機(jī)運(yùn)算速度高，從測量各個傳感器數(shù)據(jù)到發(fā)送語音數(shù)據(jù)至語音模塊都可以在IOms內(nèi)完成，可快速實(shí)現(xiàn)手語翻譯。
[0020]2、本發(fā)明通過鋰電池供電，系統(tǒng)中各傳感器模塊工作電壓均為3.3V，能耗小，供電時間長，攜帶方便，使用時只需要打開電源開關(guān)即可，操作方便簡單。系統(tǒng)中除彎曲傳感器夕卜，其他模塊均封裝在5*7*2 (cm)的盒子中并可固定在手套背部或腕部，使得穿戴非常方便。
[0021]3、本發(fā)明對攜帶本產(chǎn)品人員出現(xiàn)突發(fā)事故時具有緊急處理功能，比如當(dāng)使用者跌倒或被撞擊時，加速度傳感器可檢測到該沖擊量并將該沖擊量數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)可控制語音模塊播報報警聲音或者配合其他系統(tǒng)發(fā)出報警。
[0022]4、本發(fā)明成本低，體積小，攜帶方便，易普及，解決了聾啞人交流問題，真正給聾啞人帶來了生活上的便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明聾啞人手語翻譯智能裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明聾啞人手語翻譯智能裝置的軟件流程圖。
[0025]圖中，1.單片機(jī)，2.電源模塊，3.三軸加速度計(jì)，4.三軸陀螺儀，5.彎曲傳感器，
6.語音模塊，7.揚(yáng)聲器,8.鋰電池。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]手語翻譯智能裝置，參見圖1，包括單片機(jī)I和電源模塊2，單片機(jī)I與三軸加速度計(jì)3、三軸陀螺儀4、彎曲傳感器5、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)I引腳連接，單片機(jī)I串口與語音模塊6相連，語音模塊6外接揚(yáng)聲器7 ；電源模塊2為各模塊供電，手部產(chǎn)生手語動作時，通過彎曲傳感器5檢測五個手指的彎曲狀況，三軸加速度計(jì)3偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，三軸陀螺儀4用于測量手掌在不同方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量，各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)1，單片機(jī)I將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊6，語音模塊6合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器7進(jìn)行播報,完成手部動作翻譯過程
[0028]單片機(jī)I型號STC12C5410AD，電源模塊2使用的是鋰電池8，各個模塊供電電壓均為 3.3V。
[0029]彎曲傳感器5屬于柔韌性彎曲傳感器，該傳感器在發(fā)生彎曲時，它的導(dǎo)通電阻會發(fā)生變化。在正常不彎曲的狀態(tài)時，導(dǎo)通電阻為10k，隨著傳感器的彎曲，電阻會逐漸增大。在彎曲90度時增大到35k。傳感器長11.4cm，寬6.35mm，厚度小于0.5mm?？梢猿惺?60度以上的彎曲。三軸加速度傳感器，型號ADXL330，供電為3.3v時，X、Y軸靜態(tài)輸出為1.65ν左右，Z軸靜態(tài)輸出為1.95ν左右。而在本設(shè)計(jì)的實(shí)際運(yùn)用中，各軸軸向加速度變化范圍約為+/-1g,因?yàn)閄、Y軸最終輸出范圍為1.65V+/-0.3v, Z軸最大輸出范圍為1.95ν+/-0.3ν,系統(tǒng)AD為12位，能夠檢測到0.6Imv的信號變化。AD參考電壓為2.5ν，傳感器輸出在AD輸入范圍以內(nèi)，無須進(jìn)行放大。手部運(yùn)動引起的加速度信號頻率低于50Hz，因此在應(yīng)用中信號輸出帶寬設(shè)為50Hz，有效濾去高頻噪聲。本發(fā)明的電子羅盤，霍尼韋爾HMC5883L是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片。HMC5883L包括最先進(jìn)的高分辨率HMC118C系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在1°到2°的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0030]參見圖2，本發(fā)明手語翻譯智能裝置的工作流程框圖，上電啟動之后，手部產(chǎn)生手語動作，通過各傳感器采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)I進(jìn)行處理，再由程序控制語音模塊發(fā)出相應(yīng)的聲音，完成手部動作翻譯過程。
[0031]該手語翻譯智能裝置的工作原理:首先手部產(chǎn)生手語動作，通過彎曲傳感器5檢測五個手指的彎曲狀況，單片機(jī)I自帶AD轉(zhuǎn)換器，通過電路將手指的彎曲程度轉(zhuǎn)換為電信號(彎曲程度越大，電壓越高)，再將電信號通過AD轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，分辨率為1/2'三軸加速度計(jì)3偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)I ;單片機(jī)I將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊6，此字符串可通過語音模塊6自帶軟件編譯形成。語音模塊6收到字符串之后通過自帶算法，語音合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器7進(jìn)行播報。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例將5個彎曲傳感器5縫制在手套的五個手指套里，將單片機(jī)I最小系統(tǒng)與三軸加速度計(jì)3、三軸陀螺儀4、電源模塊2、語音模塊6等集成在一個盒子里，該盒子縫制在手套的手背處或手腕處。使用者將該手套戴在手上即可使用。
[0033]本發(fā)明使用單片機(jī)內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換器測量5個彎曲傳感器的彎曲程度，并接收當(dāng)前加速度模塊的數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)處理后得到手指當(dāng)前的狀態(tài)，識別配比出當(dāng)前使用者需要表達(dá)的內(nèi)容，并通過串口將語音數(shù)據(jù)發(fā)送至語音模塊，通過揚(yáng)聲器發(fā)出使用者需要表達(dá)的語音信息，可快速實(shí)現(xiàn)手語翻譯。
[0034]本發(fā)明對攜帶本產(chǎn)品人員出現(xiàn)突發(fā)事故時具有緊急處理功能，比如當(dāng)使用者跌倒或被撞擊時，加速度傳感器可檢測到該沖擊量并將該沖擊量數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)可控制語音模塊播報報警聲音或者配合其他系統(tǒng)發(fā)出報警。
【權(quán)利要求】
1.手語翻譯智能裝置，其特征在于:包括單片機(jī)(I)和電源模塊(2)，單片機(jī)(I)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、彎曲傳感器模塊、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)(I)引腳連接，單片機(jī)(I)串口與語音模塊(6)相連，語音模塊(6)外接揚(yáng)聲器(7);電源模塊(2)為各模塊供電，手部產(chǎn)生手語動作時，通過彎曲傳感器模塊檢測五個手指的彎曲狀況，三軸加速度傳感器模塊偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺儀模塊用于測量手掌在不同方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量；各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)(I )，單片機(jī)(I)將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊(6)，語音模塊(6)合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器(7 )進(jìn)行播報。
2.如權(quán)利要求1所述的手語翻譯智能裝置，其特征在于:所述彎曲傳感器模塊為五個，分別與五個手指連接。
3.如權(quán)利要求2所述的手語翻譯智能裝置，其特征在于:所述五個彎曲傳感器縫制在手套的五個手指套里，將單片機(jī)(I)最小系統(tǒng)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、電源模塊、語音模塊集成在一個盒子里，該盒子縫制在所述手套的手背處或手腕處。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的手語翻譯智能裝置，其特征在于:所述電源模塊(I)使用的是鋰電池(8)。
5.手語翻譯智能裝置的使用方法，包括單片機(jī)(I)和電源模塊(2)，單片機(jī)(I)與三軸加速度傳感器模塊、陀螺儀模塊、彎曲傳感器模塊、穩(wěn)壓模塊構(gòu)成主控單元，各個模塊分別與單片機(jī)(I)引腳連接，單片機(jī)(I)串口與語音模塊相連，語音模塊外接揚(yáng)聲器(7);電源模塊(2 )為各模塊供電，手部產(chǎn)生手語動作時，通過彎曲傳感器模塊檢測五個手指的彎曲狀況，三軸加速度傳感器模塊偵測手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺儀模塊用于測量手掌在不同方向的旋轉(zhuǎn)角速度分量；各模塊將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)(I)，單片機(jī)(I)將數(shù)據(jù)處理后把相應(yīng)字符串發(fā)送給語音模塊，語音模塊合成相應(yīng)的語音信號并發(fā)送給揚(yáng)聲器(7)進(jìn)行播報。
6.如權(quán)利要求5所述的手語翻譯智能裝置的使用方法，其特征在于:所述單片機(jī)(I)自帶AD轉(zhuǎn)換器，通過電路將手指的彎曲程度轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號通過AD轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，分辨率為1/21CI。
7.如權(quán)利要求5或6所述的手語翻譯智能裝置的使用方法，其特征在于:所述三軸加速度模塊、陀螺儀模塊通過I2C總線將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)(I)。
8.如權(quán)利要求7所述的手語翻譯智能裝置的使用方法，其特征在于:所述電源模塊(2)包括供電電路，供電電路使用的是鋰電池(8 )，所述鋰電池(8 )電壓為3.3V至4.2V，通過電源模塊(2)將鋰電池(8)電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)需要的3.3V，直接給各部件供電。
9.如權(quán)利要求7所述的手語翻譯智能裝置的使用方法，其特征在于:所述彎曲傳感器模塊包括五個彎曲傳感器(5 )，分別與五個手指連接。
10.如權(quán)利要求9所述的手語翻譯智能裝置的使用方法，其特征在于:三軸加速度傳感器模塊包括三軸加速度計(jì)(3)，陀螺儀模塊包括三軸陀螺儀(4)，所述五個彎曲傳感器(5)縫制在手套的五個手指套里，將單片機(jī)(I)最小系統(tǒng)與三軸加速度計(jì)(3)、三軸陀螺儀(4)、電源模塊(2)、語音模塊(6)集成在一個盒子里，該盒子縫制在手套的手背處或手腕處。
【文檔編號】G09B21/00GK103578329SQ201310511624
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】楊宇祥, 邊和, 陶坤, 王聯(lián)歡, 郭躍, 鄭艷秋, 羅晨光 申請人:西安理工大學(xué)