(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.02.12
C N 103578329
A (21)申请号 201310511624.5
(22)申请日 2013.10.25
G09B 21/00(2006.01)
G06F 3/0346(2013.01)
(71)申请人西安理工大学
地址710048 陕西省西安市金花南路5号
(72)发明人杨宇祥 边和 陶坤 王联欢
郭跃 郑艳秋 罗晨光
(74)专利代理机构西安弘理专利事务所 61214
代理人
李娜
(54)发明名称
(57)摘要
曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块
相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块
供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块
检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模
块侦测手部在X 、Y 、Z 方向上的加速度分量，陀螺
仪模块用于测量手掌在X 、Y 、Z 方向的旋转角速度
分量；各模块将数据传给单片机，单片机将数据
处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块
合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)申请公布号CN 103578329 A
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1.手语翻译智能装置，其特征在于：包括单片机（1）和电源模块（2），单片机（1）与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机（1）引脚连接，单片机（1）串口与语音模块（6）相连，语音模块（6）外接扬声器
（7）；电源模块（2）为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X 、Y 、Z 方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机（1），单片机（1）将数据处理后把相应字符串发送给语音模块（6），语音模块（6）合成相应的语音信号并发送给扬声器（7）进行播报。
2.如权利要求1所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
3.如权利要求2所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里，将单片机（1）最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在所述手套的手背处或手腕处。
4.如权利要求1-3任一项所述的手语翻译智能装置，其特征在于：所述电源模块（1）使用的是锂电池（8）。
5.手语翻译智能装置的使用方法，包括单片机（1）和电源模块（2），单片机（1）与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机（1）引脚连接，单片机（1）串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器（7）；电源模块（2）为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X 、Y 、Z 方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片机（1），单片机（1）将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器（7）进行播报。
6.如权利要求5所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述单片机（1）自带AD 转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号，再将电信号通过AD 转化成数字量，分辨率为1/210。
7.如权利要求5或6所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述三轴加速度模块、陀螺仪模
块通过I 2C 总线将数据传给单片机（1）。
8.如权利要求7所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述电源模块（2）包括供电电路，供电电路使用的是锂电池（8），所述锂电池（8）电压为3.3V 至4.2V ，通过电源模块（2）将锂电池（8）电压转换为系统需要的3.3V ，直接给各部件供电。
9.如权利要求7所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：所述弯曲传感器模块包括五个弯曲传感器（5），分别与五个手指连接。
10.如权利要求9所述的手语翻译智能装置的使用方法，其特征在于：三轴加速度传感器模块包括三轴加速度计（3），陀螺仪模块包括三轴陀螺仪（4），所述五个弯曲传感器（5）缝制在手套的五个手指套里，将单片机（1）最小系统与三轴加速度计（3）、三轴陀螺仪（4）、电源模块（2）、语音模块（6）集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。权 利 要 求 书CN 103578329 A
手语翻译智能装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明属于医疗电子仪器技术领域，涉及一种聋哑人用手语翻译智能装置，还涉及这种装置的使用方法。
背景技术
[0002] 手语是用手势比量动作，根据手势的变化模拟形象或者音节以构成一定意思和语句。目前，全世界有1亿2000万聋哑人，中国有2057万聋哑人，手语是聋哑人最重要的交际手段。然而由于手语不是社会大多数人的常用语言，手语推广的滞后在很大程度上制约了他们与社会的交流，也减少了他们获取受教育的机会。
[0003] 目前已出现多种带有手语翻译功能的智能装置，基于人机交互的模式，通过计算机感知手势语言，处理后由计算机进行播报。由于人机交互体积庞大，不易携带，且成本昂贵、功能较差、手语翻译不准确等原因，还没有一个产品能够投入市场供聋哑人使用。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种手语翻译智能装置，解决现有技术存在的体积庞大，不易携带的问题。
[0005] 本发明的另一个目的是提供上述装置的使用方法。
[0006] 本发明的技术方案是，手语翻译智能装置，包括单片机和电源模块，单片机与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机引脚连接，单片机串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯
曲传感器模块检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量，各模块将数据传给单片机，单片机将数据处理后把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。
[0007] 本发明的特点还在于：
[0008] 弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
[0009] 电源模块使用的是锂电池。
[0010] 五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里。
[0011] 单片机最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。
[0012] 本发明的第二个技术方案是，手语翻译智能装置的使用方法，包括单片机和电源模块，单片机与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、弯曲传感器模块、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机引脚连接，单片机串口与语音模块相连，语音模块外接扬声器；电源模块为各模块供电；手部产生手语动作时，通过弯曲传感器模块检测手指的弯曲状况，三轴加速度传感器模块侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，陀螺仪模块用于测量手掌在X、Y、Z方向的旋转角速度分量；各模块将数据传给单片
机，单片机将数据处理后
把相应字符串发送给语音模块，语音模块合成相应的语音信号并发送给扬声器进行播报。[0013] 单片机自带AD转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号，再将电信号通过AD转化成数字量，分辨率为1/210。
[0014] 三轴加速度模块、陀螺仪模块通过I2C总线将数据传给单片机。
[0015] 电源模块包括供电电路，供电电路使用的是锂电池，锂电池电压为3.3V至4.2V，通过电源模块将锂电池电压转换为系统需要的3.3V，直接给各部件供电。
[0016] 弯曲传感器模块为五个，分别与五个手指连接。
[0017] 为了使用方便，五个弯曲传感器缝制在手套的五个手指套里；单片机最小系统与三轴加速度传感器模块、陀螺仪模块、电源模块、语音模块集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。
[0018] 本发明具有如下有益效果：
[0019] 1、本发明手语翻译智能装置基于三大传感器（陀螺仪，弯曲传感器，三轴加速度传感器）进行手语识别，利用多种传感器数据综合判断当前手掌姿态，并在语音数据库中选择相应的语音数据，因此
手语翻译较为准确，单片机运算速度高，从测量各个传感器数据到发送语音数据至语音模块都可以在10ms内完成，可快速实现手语翻译。
[0020] 2、本发明通过锂电池供电，系统中各传感器模块工作电压均为3.3V，能耗小，供电时间长，携带方便，使用时只需要打开电源开关即可，操作方便简单。系统中除弯曲传感器外，其他模块均封装在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、本发明对携带本产品人员出现突发事故时具有紧急处理功能，比如当使用者跌倒或被撞击时，加速度传感器可检测到该冲击量并将该冲击量数据发送至单片机，单片机可控制语音模块播报报警声音或者配合其他系统发出报警。
[0022] 4、本发明成本低，体积小，携带方便，易普及，解决了聋哑人交流问题，真正给聋哑人带来了生活上的便利。
附图说明
[0023] 图1为本发明聋哑人手语翻译智能装置的电路结构示意图；
[0024] 图2为本发明聋哑人手语翻译智能装置的软件流程图。
[0025] 图中，1.单片机，2.电源模块，3.三轴加速度计，4.三轴陀螺仪，5.弯曲传感器，6.语音模块，7.扬声器，8.锂电池。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0027] 手语翻译智能装置，参见图1，包括单片机1和电源模块2，单片机1与三轴加速度计3、三轴陀螺仪4、弯曲传感器5、稳压模块构成主控单元，各个模块分别与单片机1引脚连接，单片机1串口与语音模块6相连，语音模块6外接扬声器7；电源模块2为各模块供电，手部产生手语动作时，通过弯曲传感器5检测五个手指的弯曲状况，三轴加速度计3侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，三轴陀螺仪4用于测量手掌在不同方向的旋转角速度分量，各模块将数据传给单片机1，单片机1将数据处理后把相应字符串发送给语音模块6，语
音模块6合成相应的语音信号并发送给扬声器7进行播报，完成手部动作翻译过程[0028] 单片机1型号STC12C5410AD，电源模块2使用的是锂电池8，各个模块供电电压均为3.3V。
[0029] 弯曲传感器5属于柔韧性弯曲传感器，该传感器在发生弯曲时，它的导通电阻会发生变化。在正常不弯曲的状态时，导通电阻为10k，随着传感器的弯曲，电阻会逐渐增大。在弯曲90度时增大到35k。
传感器长11.4cm，宽6.35mm，厚度小于0.5mm。可以承受360度以上的弯曲。三轴加速度传感器，型号ADXL330，供电为3.3v时,X、Y轴静态输出为1.65v 左右，Z轴静态输出为1.95v左右。而在本设计的实际运用中，各轴轴向加速度变化范围约为+/-1g，因为X、Y轴最终输出范围为1.65v+/-0.3v，Z轴最大输出范围为1.95v+/-0.3v，系统AD为12位，能够检测到0.61mv的信号变化。AD参考电压为2.5v，传感器输出在AD 输入范围以内，无须进行放大。手部运动引起的加速度信号频率低于50Hz，因此在应用中信号输出带宽设为50Hz，有效滤去高频噪声。本发明的电子罗盘，霍尼韦尔HMC5883L是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁传感器芯片。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118C系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°到2°的12位模数转换器。
[0030] 参见图2，本发明手语翻译智能装置的工作流程框图，上电启动之后，手部产生手语动作，通过各传感器采集数据并将数据传送给单片机1进行处理，再由程序控制语音模块发出相应的声音，完成手部动作翻译过程。
[0031] 该手语翻译智能装置的工作原理：首先手部产生手语动作，通过弯曲传感器5检测五个手指的弯曲状况，单片机1自带AD转换器，通过电路将手指的弯曲程度转换为电信号（弯曲程度越大，电压越高），再将电信号通过AD转化成数字量，分辨率为1/210。三轴加速度计3侦测手部在X、Y、Z方向上的加速度分量，通过I2C总线将数据传给单片机1；单片机1将数据处理后把相应字符串发送给语音模块6，
此字符串可通过语音模块6自带软件编译形成。语音模块6收到字符串之后通过自带算法，语音合成相应的语音信号并发送给扬声器7进行播报。
[0032] 本发明实施例将5个弯曲传感器5缝制在手套的五个手指套里，将单片机1最小系统与三轴加速度计3、三轴陀螺仪4、电源模块2、语音模块6等集成在一个盒子里，该盒子缝制在手套的手背处或手腕处。使用者将该手套戴在手上即可使用。
[0033] 本发明使用单片机内部自带AD转换器测量5个弯曲传感器的弯曲程度，并接收当前加速度模块的数据，通过单片机处理后得到手指当前的状态，识别配比出当前使用者需要表达的内容，并通过串口将语音数据发送至语音模块，通过扬声器发出使用者需要表达的语音信息，可快速实现手语翻译。
[0034] 本发明对携带本产品人员出现突发事故时具有紧急处理功能，比如当使用者跌倒或被撞击时，加速度传感器可检测到该冲击量并将该冲击量数据发送至单片机，单片机可控制语音模块播报报警声音或者配合其他系统发出报警。
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