便攜式數據輸入合并康復輔助交流系統的移動打印機設計

梅燕 湛洋 張路安 陳莉 朱明

（上海健康醫學院康復學院 上海市 201318）

1 引言

隨著移動互聯網時代的來臨使“便攜”成為各式移動產品設計的終極方向。這代表著更簡單、更快捷、更方便，也涉及到產品的人性化設計，即如何使產品更好地滿足用戶需求，使產品設計以人為本的問題。[1]

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

本設計打破了傳統打印機體型大，費用高，需連接電腦端，靈活性不強等現象，滿足了大眾消費者對于便捷、簡易、靈活和高效的需求，是市場上為數不多的便攜式掃描打印一體機。本設計呈筆型，小巧便捷，可隨身攜帶。前端特殊的掃描部設計實現了智能化數據輸入，后端打印部負責數據輸出。它應用于單調的、耗時耗力的碎片化文字搬運，在“碎片化”方面比普通整張打印更出彩。就個人而言，本產品使寶貴時間用在了更高效的事件上，而不是低效的文字搬運工作。從社會意義出發，它無走紙結構，也無需配置特定的紙張，可以直接在任何紙張上進行噴墨打印，很大程度上對紙張進行了再利用，有效地節約了社會資源，產生巨大的社會和經濟價值。

2 整體設計

本設計的組成包括兩個部分，一個掃描部，一個打印部。掃描部包括光源，光學傳感器(CIS 或CCD)，模數轉換器(ADC)，中央處理器（CPU）等構成。打印部主要由墨盒、主控電路、打印頭、滾輪等結構組成。同時，本設計還有存儲器、兼容可充鋰電池、顯示屏、藍牙收發器、顯示屏、指示燈、USB 接口等其它結構（如圖1 所示）。

3 設計運行原理

具體的結構示意框圖如圖2 所示。由光源發出光線照在書頁上，書頁會吸收特定的光波，沒有被吸收的光波就被反射回去，這類光波就由光學讀取裝置感應。光學讀取裝置就把這種光信號轉變為電信號,電信號又由模數轉換器轉換成計算機能識別的數字信號。數字信號再經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，在控制程序的控制下，產生字符或圖形的編碼,驅動打印頭打印一列的點陣圖形。運行流程圖如圖3 所示。

4 設計核心技術

4.1 掃描技術

掃描筆的光學系統由LED 白光二極管提供光源, 照射到書籍或報紙等掃描材料的表面后, 所產生的漫反射光通過透鏡聚焦于CMOS 面陣圖像傳感器, 產生分辨率為128×80 像素的掃描圖像。通過圖像數據接口直接傳輸到ARM 微處理器中, 經圖像處理后, 再通過USB 接口傳輸到學習機或計算機中。[2]本設計延續了掃描筆的設計原理，只不過文字的最終目的是將文字點陣化在輸入到打印端，作為整個設計便捷式數據輸入端。市場上有許多便捷式打印機，但是他們幾乎都離不開手機電腦端的數據輸入，并不能實現完全脫機化，在一些特定場景中并不能使用。比如中小學生在教室里做錯題集時，題目的抄寫是耗時耗力且低效的，如果要用市場上的便捷式打印機，就必須攜帶手機來實現數據輸入。

4.2 噴墨打印技術

噴墨打印技術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。這種技術與其他打印技術相比,形成的圖像更加清晰,效果更好。[3]

本設計運用的是液體壓電式噴墨技術。這項技術在噴墨時由壓電元件控制,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，它的整個過程不需要對噴嘴進行加熱，是通過壓力來完成，大大降低了能量的消耗，也就在側面提升了打印機的使用壽命。

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

4.3 導航技術

本設計的導航技術包含了光敏感和慣性傳感技術。慣性導航系統是一種利用慣性敏感器件、基準方向及最初的位置信息來確定運載體在慣性空間中的位置、方向和速度的自主式導航系統，也簡稱為慣導。它主要是涉及到了慣性測量 (導航) 部件、控制顯示器、工作方式選擇單元幾大部分。慣性導航系統工作原理為建立在牛頓力學定律基礎上所實現的, 慣導系統把處在當地水平坐標系平臺之上東向的以及北向感測到的加速度計, 實施相應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：設計結構圖

圖2：設計示意框圖

圖3：設計運行流程圖

在此技術的應用下，隨意移動打印技術的內置導航傳感器，能夠跟蹤打印頭的位置，進行打印輸出。打印部在進行手持移動時，不會因為移動快慢而發生字體的變形。

4.4 功能設計

本設計具有多樣功能，首先是產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。當然未來也可以加入語音識別輸入數據。最后是APP 的各類功能，你可以在APP 上直接打開相應文字或圖案，通過藍牙傳輸到打印端驅動打印，當然，你也可以通過掃描端實現數據向電腦與手機的反向輸入過程。還有一些APP 翻譯，題目搜索，圖像設計等模塊可以增加。

5 設計市場定位

據國家統計局2018年國民經濟和社會發展統計公報顯示，在校研究生298.5 萬人，普通本專科2868.7 萬人，中等職業教育1624.9 萬人，普通高中2388.9 萬人，初中生4887.4 萬人，普通小學生10590.1 萬人，總計22658.5 萬人（約2 億人）。[5]在這巨大的學生群體中，他們有筆記整理、錯題訂正、閱讀摘錄、復習整理等需求。傳統的打印機笨拙，昂貴，不可脫機化，還必須在特定A4 紙上打印。而掃描打印筆它沒有走紙結構，可以直接在課本練習本上進行掃描和移動打印。

除了巨大的學生群體外，老師可以用來備課開會，辦公白領可以進行文件處理，閱讀愛好者可以進行名句摘錄，小型商家可以進行簡單的產品生產日期和二維碼打印，藝術創造者可以進行圖畫和文字創作，言語障礙患者可以用本設計進行簡易日常交流……

6 智能康復輔助交流系統

言語能力正常的人在現實生活中能夠聽懂、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導致對于言語的表達、理解能力出現了嚴重的問題，亦或是衰退，這種現象稱之為言語障礙(speech disorder)。[6]

言語障礙患者語言恢復過程漫長，不利于患者日常與外界進行有效地溝通交流[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治療師的一對一的指導下口頭交流進行言語訓練，也會用到一些圖片，訓練時間有限。結束治療后病房內護士雖有相關知識宣教指導，但言語訓練未能進一步的落實、鞏固訓練,不利于言語的康復。言語障礙的病人康復周期長，出院后，家屬不具備幫助病人進行言語訓練的能力,同時也缺乏良好的言語訓練工具。[10]

本設計可以在言語障礙治療上發揮一定的功能，主要體現在康復輔助與康復訓練兩個方面。康復輔助方面，患者可以在 APP 中輸入想要表達的日常用語，APP 會為其設計語音二維碼圖標，在二維碼中央有可供理解的圖標，患者用本設計把圖標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。在康復訓練方面，本設計可以設計并掃讀二維碼手冊，可以讓言語障礙者不停地居家練習發音，這是一個不錯的言語訓練工具。

言語交流是人類最重要的交流手段。暫時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。隨著計算機科學的發展,特別是便攜式電子設備的普及應用,輔助溝通訓練儀讓言語障礙患者實現無障礙溝通帶來希望[11、12]。人們對醫療服務的要求不再只是基本的生命延續,更重視于生活質量的維持。[13]

7 結論

21 世紀是高速發展的時代，Al 技術的高速發展使人們的生活更加便捷，大數據使得城市都能擁有自己的大腦，阿里云更是將“計算”的價值發揮到極致……同樣，本設計順應了時代的要求，為創建一個更加便捷智能的打印世界增磚添瓦。隨著生活節奏的加快，物聯網和互聯網的加速發展，便攜式打印需求也會越來越多，其實用性和市場前景值得被進行推廣應用。