便攜式數(shù)據(jù)輸入合并康復(fù)輔助交流系統(tǒng)的移動打印機(jī)設(shè)計(jì)

梅燕 湛洋 張路安 陳莉 朱明

（上海健康醫(yī)學(xué)院康復(fù)學(xué)院 上海市 201318）

1 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨使“便攜”成為各式移動產(chǎn)品設(shè)計(jì)的終極方向。這代表著更簡單、更快捷、更方便，也涉及到產(chǎn)品的人性化設(shè)計(jì)，即如何使產(chǎn)品更好地滿足用戶需求，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)以人為本的問題。[1]

在目前的消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場中，依然存在著可觀的掃描與打印需求。相比于其他電子產(chǎn)品的日益便攜性，打印機(jī)由于受限于目前的打印技術(shù)和使用環(huán)境，外觀大多比較笨重，無法滿足大眾消費(fèi)者對于便攜、簡易、高效的需求。

本設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)打印機(jī)體型大，費(fèi)用高，需連接電腦端，靈活性不強(qiáng)等現(xiàn)象，滿足了大眾消費(fèi)者對于便捷、簡易、靈活和高效的需求，是市場上為數(shù)不多的便攜式掃描打印一體機(jī)。本設(shè)計(jì)呈筆型，小巧便捷，可隨身攜帶。前端特殊的掃描部設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能化數(shù)據(jù)輸入，后端打印部負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸出。它應(yīng)用于單調(diào)的、耗時(shí)耗力的碎片化文字搬運(yùn)，在“碎片化”方面比普通整張打印更出彩。就個(gè)人而言，本產(chǎn)品使寶貴時(shí)間用在了更高效的事件上，而不是低效的文字搬運(yùn)工作。從社會意義出發(fā)，它無走紙結(jié)構(gòu)，也無需配置特定的紙張，可以直接在任何紙張上進(jìn)行噴墨打印，很大程度上對紙張進(jìn)行了再利用，有效地節(jié)約了社會資源，產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的組成包括兩個(gè)部分，一個(gè)掃描部，一個(gè)打印部。掃描部包括光源，光學(xué)傳感器(CIS 或CCD)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，中央處理器（CPU）等構(gòu)成。打印部主要由墨盒、主控電路、打印頭、滾輪等結(jié)構(gòu)組成。同時(shí)，本設(shè)計(jì)還有存儲器、兼容可充鋰電池、顯示屏、藍(lán)牙收發(fā)器、顯示屏、指示燈、USB 接口等其它結(jié)構(gòu)（如圖1 所示）。

3 設(shè)計(jì)運(yùn)行原理

具體的結(jié)構(gòu)示意框圖如圖2 所示。由光源發(fā)出光線照在書頁上，書頁會吸收特定的光波，沒有被吸收的光波就被反射回去，這類光波就由光學(xué)讀取裝置感應(yīng)。光學(xué)讀取裝置就把這種光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?電信號又由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號。數(shù)字信號再經(jīng)中央處理器識別處理，變成顯示器能看到的正確文字。中央處理器處理好的代碼傳入打印部的主控系統(tǒng)，在控制程序的控制下，產(chǎn)生字符或圖形的編碼,驅(qū)動打印頭打印一列的點(diǎn)陣圖形。運(yùn)行流程圖如圖3 所示。

4 設(shè)計(jì)核心技術(shù)

4.1 掃描技術(shù)

掃描筆的光學(xué)系統(tǒng)由LED 白光二極管提供光源, 照射到書籍或報(bào)紙等掃描材料的表面后, 所產(chǎn)生的漫反射光通過透鏡聚焦于CMOS 面陣圖像傳感器, 產(chǎn)生分辨率為128×80 像素的掃描圖像。通過圖像數(shù)據(jù)接口直接傳輸?shù)紸RM 微處理器中, 經(jīng)圖像處理后, 再通過USB 接口傳輸?shù)綄W(xué)習(xí)機(jī)或計(jì)算機(jī)中。[2]本設(shè)計(jì)延續(xù)了掃描筆的設(shè)計(jì)原理，只不過文字的最終目的是將文字點(diǎn)陣化在輸入到打印端，作為整個(gè)設(shè)計(jì)便捷式數(shù)據(jù)輸入端。市場上有許多便捷式打印機(jī)，但是他們幾乎都離不開手機(jī)電腦端的數(shù)據(jù)輸入，并不能實(shí)現(xiàn)完全脫機(jī)化，在一些特定場景中并不能使用。比如中小學(xué)生在教室里做錯(cuò)題集時(shí)，題目的抄寫是耗時(shí)耗力且低效的，如果要用市場上的便捷式打印機(jī)，就必須攜帶手機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。

4.2 噴墨打印技術(shù)

噴墨打印技術(shù)是使墨滴由小孔定向噴射至紙張的指定位置,形成圖像的技術(shù)。這種技術(shù)與其他打印技術(shù)相比,形成的圖像更加清晰,效果更好。[3]

本設(shè)計(jì)運(yùn)用的是液體壓電式噴墨技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在噴墨時(shí)由壓電元件控制,可以精確控制墨滴的大小及噴射位置,大大避免了打印圖像模糊的問題。相對于熱噴墨技術(shù)，它的整個(gè)過程不需要對噴嘴進(jìn)行加熱，是通過壓力來完成，大大降低了能量的消耗，也就在側(cè)面提升了打印機(jī)的使用壽命。

市場上便攜式打印機(jī)基本上都是使用熱敏打印技術(shù)。熱敏打印必須使用特定的熱敏紙，且時(shí)間長的話字跡會消退，相對于噴墨打印技術(shù)來說，它并不穩(wěn)定。

4.3 導(dǎo)航技術(shù)

本設(shè)計(jì)的導(dǎo)航技術(shù)包含了光敏感和慣性傳感技術(shù)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種利用慣性敏感器件、基準(zhǔn)方向及最初的位置信息來確定運(yùn)載體在慣性空間中的位置、方向和速度的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，也簡稱為慣導(dǎo)。它主要是涉及到了慣性測量 (導(dǎo)航) 部件、控制顯示器、工作方式選擇單元幾大部分。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理為建立在牛頓力學(xué)定律基礎(chǔ)上所實(shí)現(xiàn)的, 慣導(dǎo)系統(tǒng)把處在當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系平臺之上東向的以及北向感測到的加速度計(jì), 實(shí)施相應(yīng)的一次積分以及二次積分, 再分別獲取東向速度位置、北向速度位置。[4]

圖 1：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

圖2：設(shè)計(jì)示意框圖

圖3：設(shè)計(jì)運(yùn)行流程圖

在此技術(shù)的應(yīng)用下，隨意移動打印技術(shù)的內(nèi)置導(dǎo)航傳感器，能夠跟蹤打印頭的位置，進(jìn)行打印輸出。打印部在進(jìn)行手持移動時(shí)，不會因?yàn)橐苿涌炻l(fā)生字體的變形。

4.4 功能設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)具有多樣功能，首先是產(chǎn)品本身的掃描打印功能。然后就是顯示屏上的拼音和手寫功能，你可以直接在屏幕上編輯你所需要打印的文字。當(dāng)然未來也可以加入語音識別輸入數(shù)據(jù)。最后是APP 的各類功能，你可以在APP 上直接打開相應(yīng)文字或圖案，通過藍(lán)牙傳輸?shù)酱蛴《蓑?qū)動打印，當(dāng)然，你也可以通過掃描端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向電腦與手機(jī)的反向輸入過程。還有一些APP 翻譯，題目搜索，圖像設(shè)計(jì)等模塊可以增加。

5 設(shè)計(jì)市場定位

據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，在校研究生298.5 萬人，普通本?？?868.7 萬人，中等職業(yè)教育1624.9 萬人，普通高中2388.9 萬人，初中生4887.4 萬人，普通小學(xué)生10590.1 萬人，總計(jì)22658.5 萬人（約2 億人）。[5]在這巨大的學(xué)生群體中，他們有筆記整理、錯(cuò)題訂正、閱讀摘錄、復(fù)習(xí)整理等需求。傳統(tǒng)的打印機(jī)笨拙，昂貴，不可脫機(jī)化，還必須在特定A4 紙上打印。而掃描打印筆它沒有走紙結(jié)構(gòu)，可以直接在課本練習(xí)本上進(jìn)行掃描和移動打印。

除了巨大的學(xué)生群體外，老師可以用來備課開會，辦公白領(lǐng)可以進(jìn)行文件處理，閱讀愛好者可以進(jìn)行名句摘錄，小型商家可以進(jìn)行簡單的產(chǎn)品生產(chǎn)日期和二維碼打印，藝術(shù)創(chuàng)造者可以進(jìn)行圖畫和文字創(chuàng)作，言語障礙患者可以用本設(shè)計(jì)進(jìn)行簡易日常交流……

6 智能康復(fù)輔助交流系統(tǒng)

言語能力正常的人在現(xiàn)實(shí)生活中能夠聽懂、理解他人的語言，看懂文字信息，流暢地表達(dá)自己的想法或朗讀文字。然而，有些人由于某些不可抗力的原因?qū)е聦τ谘哉Z的表達(dá)、理解能力出現(xiàn)了嚴(yán)重的問題，亦或是衰退，這種現(xiàn)象稱之為言語障礙(speech disorder)。[6]

言語障礙患者語言恢復(fù)過程漫長，不利于患者日常與外界進(jìn)行有效地溝通交流[7,8,9]。目前，對于該病情的治療方法，是言語障礙的病人在康復(fù)治療師的一對一的指導(dǎo)下口頭交流進(jìn)行言語訓(xùn)練，也會用到一些圖片，訓(xùn)練時(shí)間有限。結(jié)束治療后病房內(nèi)護(hù)士雖有相關(guān)知識宣教指導(dǎo)，但言語訓(xùn)練未能進(jìn)一步的落實(shí)、鞏固訓(xùn)練,不利于言語的康復(fù)。言語障礙的病人康復(fù)周期長，出院后，家屬不具備幫助病人進(jìn)行言語訓(xùn)練的能力,同時(shí)也缺乏良好的言語訓(xùn)練工具。[10]

本設(shè)計(jì)可以在言語障礙治療上發(fā)揮一定的功能，主要體現(xiàn)在康復(fù)輔助與康復(fù)訓(xùn)練兩個(gè)方面?？祻?fù)輔助方面，患者可以在 APP 中輸入想要表達(dá)的日常用語，APP 會為其設(shè)計(jì)語音二維碼圖標(biāo)，在二維碼中央有可供理解的圖標(biāo)，患者用本設(shè)計(jì)把圖標(biāo)打印在隨身攜帶交流小冊上，以后只要用掃描端掃描二維碼，就可以翻譯出語音，解決基本的溝通問題，可操作性高。在康復(fù)訓(xùn)練方面，本設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)并掃讀二維碼手冊，可以讓言語障礙者不停地居家練習(xí)發(fā)音，這是一個(gè)不錯(cuò)的言語訓(xùn)練工具。

言語交流是人類最重要的交流手段。暫時(shí)的或永久的言語交流障礙,都不利于患者與外界的溝通交流。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展,特別是便攜式電子設(shè)備的普及應(yīng)用,輔助溝通訓(xùn)練儀讓言語障礙患者實(shí)現(xiàn)無障礙溝通帶來希望[11、12]。人們對醫(yī)療服務(wù)的要求不再只是基本的生命延續(xù),更重視于生活質(zhì)量的維持。[13]

7 結(jié)論

21 世紀(jì)是高速發(fā)展的時(shí)代，Al 技術(shù)的高速發(fā)展使人們的生活更加便捷，大數(shù)據(jù)使得城市都能擁有自己的大腦，阿里云更是將“計(jì)算”的價(jià)值發(fā)揮到極致……同樣，本設(shè)計(jì)順應(yīng)了時(shí)代的要求，為創(chuàng)建一個(gè)更加便捷智能的打印世界增磚添瓦。隨著生活節(jié)奏的加快，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的加速發(fā)展，便攜式打印需求也會越來越多，其實(shí)用性和市場前景值得被進(jìn)行推廣應(yīng)用。