帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置的制作方法

本实用新型具体涉及一种帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置。

背景技术：

造成听力衰退的原因繁多且复杂。从年龄的增长，到各种疾病引起的并发症或药物带来的各种损伤，再到长时间处于接触噪音的环境，以及当下很多年轻人长期的用耳习惯不良等都可造成听力衰退。据中国流行病学调查,60岁以上人群中，患有不同程度的听力障碍者的比例已达到35％～55％。有相关研究表明至少有3～5成糖尿病患者会出现不同程度的听力下降。这些数据都表明如今听力衰退人群范围之广、数量之庞大。

对于这些听力衰退的人们来说，正常的学习生活并不会因为听力的略微衰退而受到很大的影响，所以让他们使用助听器未免显得大材小用。再者对绝大多数听力衰退的人们来说，让他们佩戴非必需的助听器等产品有极大的可能会对他们的面试、工作甚至是生活产生一定程度的负面影响。但是在工作生活中，听力衰退者们不可避免地要去到一些对说话音量有所要求的场合，比如博物馆，艺术馆，医院，以及一些私人的会谈上。而听力的衰退会使他们注意不到或者难以控制自己讲话的音量，这不仅仅会对周围的人们造成不必要的影响、干扰，更严重的是这将使他们自身的形象与教养受到误会和质疑——轻则陷入一时尴尬，重则会影响到工作。再者，在日常生活中，无法控制自己的音量还会使听力衰退者在交流时更难向对方很好地传达自己的想法，更容易在交流时被他人误解。目前虽然在某些高端产品中附带有关于帮助听力衰退者控制音量的功能，但显然都不适合普及应用。

同时对于听力正常的人群而言，耳机基本已成为我们日常生活中的常用必需品。但是耳机的使用也会在一定程度上阻碍我们接收声音信号的灵敏程度，从而使我们在佩戴后的交流中不自觉的提升了说话的音量。这种情况的发生有损于我们的形象，不利于我们的沟通。而市面上能够做到不影响使用者交流的耳机价格又十分昂贵，且不具备很好的与不同设备的兼容性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，提供一种能够将使用者不便察觉到的声音信号转化为触觉信号使听力衰退者更清晰地感知的触觉反馈装置，目的在于让使用者们能在某些对交流音量有所要求的场合，能正常与他人交流，并且易于普及给绝大多数的使用者。本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置，用于根据使用者的说话音量形成振动触觉反馈，其特征在于，包括：声音信号转换电路，具有用于采集所述使用者的声音信号并转换为电信号的麦克风元件以及将所述电信号进行输出的电信号输出端子；信号比较电路，将所述电信号与预设的电压阈值进行比较形成比较信号，具有与所述电信号输出端子相连接的电信号输入端子以及将所述比较信号进行输出的比较信号输出端子；数字信号转化电路，将所述比较信号转换为数字信号，具有与所述比较信号输出端子相连接的比较信号输入端子以及用于将所述数字信号进行输出的数字信号输出端子；单片机，用于输出振动控制信号，具有与所述数字信号输出端子相连接的数字信号输入端子以及用于输出所述振动控制信号的振动控制信号输出端子；震动马达，用于在所述振动控制信号的控制下进行振动，具有与所述振动控制信号输出端子相连接的振动控制信号输入端子。

本实用新型提供的帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置，还可以具有这样的技术特征，其中，所述信号比较电路包括一个信号比较器以及一个电位器，所述信号比较器具有电压比较端、作为所述电信号输入端子的信号输出端以及作为所述比较信号输出端子的信号输入端，所述电位器的动触点连接于所述电压比较端且两个固定端分别连接于电源以及接地。

本实用新型提供的帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置，还可以具有这样的技术特征，其中，所述单片机包括一个计时器以及一个寄存器，在所述单片机接收到所述数字信号时，所述计时器就计时0.5秒，若所述数字信号在0.5秒内未中断则所述寄存器的计数加一，进一步所述计时器在延时0.1秒后重复进行所述数字信号的检测，一旦所述寄存器的计数为3，所述单片机就向所述震动马达输出持续1秒的振动控制信号，并将寄存器归零。

实用新型作用与效果

根据本实用新型的帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置，由于具有声音信号转换电路、信号比较电路、数字信号转化电路、单片机以及震动马达，声音信号转换电路将采集到的声音信号转换为电信号，并通过信号比较电路将该电信号与电压阈值进行比较形成比较信号，因此可以筛选出对应的声音音量大于一定程度的信号进行后续处理，避免装置在使用者说话音量较低时产生错误反馈。进一步，数字信号转化电路将比较信号转换为数字信号并输入至单片机，并由单片机对数字信号进行判断并控制震动马达进行震动，从而提醒使用者，因此，本实用新型的触觉反馈装置能够将听力衰退者自己不便察觉到的声音信号转化为对他们而言更加敏感的触觉信号，并提醒他们降低自己说话的音量。另外，本实用新型的触觉反馈装置可以方便地集成至各类不同特殊领域的产品中，通过融入各种产品的触觉反馈装置来帮助使用者们控制自己的音量，就能使他们正常地与他人交流，并将会极大地提高他们的生活质量和社会交际效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例中触觉反馈装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例中声音信号转换电路、信号比较电路以及数字信号转化电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例中电压比较器u1的各端口在不同情况下的信号情况；

图4是本实用新型实施例中单片机电路的电路结构图；

图5是本实用新型实施例中触觉反馈装置的工作流程图；以及

图6是本实用新型实施例中单片机进行的周期性检测的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本实用新型的帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置作具体阐述。

<实施例>

图1是本实用新型实施例中触觉反馈装置的结构框图。

如图1所示，触觉反馈装置100用于将使用者的声音信号转换为触觉信号，包括：声音信号转换电路101、信号比较电路102、数字信号转化电路103、单片机电路104以及震动马达105。

图2是本实用新型实施例中声音信号转换电路、信号比较电路以及数字信号转化电路的电路结构示意图。

声音信号转换电路101用于接收声音信号并转换为电信号。

如图2所示，声音信号转换电路101包括一个麦克风元件mic1、电阻r3、电阻r4、电阻r7、电容c3、电容c5以及三极管q1。

本实施例中，麦克风元件mic1为一个bl-mp9767-2c-38db话筒，能够接受使用者说话产生的声音并将声音信号转变为相应的电信号。

麦克风元件mic1与电阻r3、电容c3并联设置，同时，该麦克风元件mic1正极与电阻r4、电容c5的一端连接，负极接地。

电容c5的另一端连接于三极管q1的基极以及电阻r7的一端。

三极管q1的发射极接地，集电极连接于信号比较电路102。

电阻r4的另一端以及电阻r7的另一端连接于电源(即图中接口p1的vcc端)。

本实施例中，声音信号转换电路101通过三极管q1的集电极将对应说话声音的电压信号(即电信号)传输给信号比较电路102。

信号比较电路102用于将声音信号转换电路101转换出的电信号与预设的电压阈值进行比较形成比较信号。

如图2所示，信号比较电路102包括一个电压比较器u1、电阻r5、电阻r6、电阻r10、电阻r11、电位器r12、电容c1以及电容c2。

本实施例中，电压比较器u1的型号为lm393，具有信号输出端1、电压比较端2、信号输入端3、信号地4、端口5、端口6、端口7以及电源端8。

信号输出端1连接于数字信号转化电路103以及电阻r6的一端。

电压比较端2连接于电位器r12的动触点。

信号输入端3连接于三极管q1的集电极以及电阻r5的一端。

信号地4、端口5、端口6以及端口7都接地。

电源端8连接于电源(即图中接口p1的vcc端)。

电位器r12的两个固定端分别连接于电阻r10以及电阻r11的一端。

电阻r5的另一端、电阻r6的另一端以及电阻r10的另一端都连接于电源。

电阻r11的另一端接地。

本实施例中，麦克风元件mic1转换出的电信号会通过三极管q1传输给信号输入端3，并与电压比较端2的电压(即电压阈值，通过电位器r12事先设定)进行比较，进一步通过信号输出端1将相应的比较信号输出给数字信号转化电路103。

图3是本发明实施例中电压比较器u1的各端口在不同情况下的信号情况。

如图3所示，当信号输入端3接收的电信号不超过所设的电压阈值时，则信号输出端1不会输出信号，会由声音信号转换电路101继续接收声音信号；反之，则信号输出端1会将比较信号输出给数字信号转化电路103进行数字信号的转化。

数字信号转化电路103用于将比较信号转化为数字信号并输入至单片机电路104中。

图4是本实用新型实施例中触觉反馈装置的单片机电路的电路结构图。

如图2及图4所示，数字信号转化电路103包括电压比较器u1、以及接口p1和接口p3。

电压比较器u1的信号输出端1连接于接口p1的out端。本实施例中，由于电压比较器u1为比较电压阈值并转化为数字信号一体的元件，因此电压比较器u1的信号输出端1输出的比较信号即为数字信号。

接口p1具有out端、gnd端以及vcc端。

接口p3具有in1端、in2端、gnd端以及vcc端。

本实施例中，接口p1与接口p3相连接，信号输出端1输出的数字信号传输至接口p1的out端输出，并通过接口p3的in1以及in2输入至单片机电路104中。接口p1的gnd端通过接口p3的gnd端接地，接口p1以及接口p3的vcc端都为电源端。

单片机电路104用于对接收到的数字信号进行周期性检测并控制震动马达105进行震动。

如图4所示，单片机电路104包括一个单片机stc15l104w、接口p2、有极性电容c4、电容c6、电阻r1以及电阻r2。

本实施例中，单片机stc15l104w包括p3.0引脚、p3.1引脚、p3.2引脚、p3.3引脚、p3.4引脚、p3.5引脚、vcc引脚以及gnd引脚。具体地：

p3.0引脚连接于电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接于接口p2的rx端。

p3.1引脚连接于电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接于接口p2的tx端。

p3.2引脚连接于接口p3的in2端。

p3.3引脚连接于震动马达105。

p3.4引脚连接于一个起重启作用的开关sw1。

p3.5引脚连接于接口p3的in1端。

vcc引脚分别连接于有极性电容c4的一端、电容c6的一端、接口p2的vcc端以及接口p3的vcc端。本实施例中，单片机stc15l104w通过vcc引脚向单片机电路104以及其他电路提供电源。

gnd引脚接地。

本实施例中，单片机stc15l104w通过p3.2引脚以及p3.5引脚接收到数字信号转化电路103向单片机电路104输入的数字信号，并对该数字信号进行周期性检测，该周期性检测的程序事先由接口p2烧录入至单片机stc15l104w中，具体过程为：

单片机stc15l104w在待机状态下对输入信号(即p3.5引脚接收到的数字信号)进行查询，若信号在0.5秒内为超过设定阈值的有效信号则计数变量t加一，并在延时0.1秒后，进入下一个0.5秒的信号查询直至计数变量为3时启动时长为1秒的马达震动。且在震动发生时将计数变量t归零。

在0.5秒内，单片机stc15l104w持续接收到输入信号后暂停0.1秒再开始下一周期的相同的检测。若在连续的三个周期(总时长1.7秒)内都能检测到超出所设阈值的声音信号时，才会通过p3.3引脚传输控制信号给震动马达105。

本实施例中，上述计时可以通过单片机stc15l104w内置的计时器进行计时并产生相应的时钟信号，同时通过寄存器进行计数变量的暂存以及归零，从而使得单片机stc15l104w的内部电路在时钟信号的控制下执行上述周期性检测。

震动马达105用于根据单片机电路104传输的控制信号进行震动。本实施例中，震动马达105为图4中的电机p4，通过1号端口接收单片机stc15l104w从p3.3引脚输出的控制信号，该电机p4的2号端口接地。

另外，本实施例中，在图2所示的电路中，还具有led1与串联的电阻、以及led2与串联的电阻，其中，led1与led2为两个led灯，led1为是否有有效信号输出的标志，只有在存在有效信号输出时才会亮起；led2为电路是否正常工作的标志，在触觉反馈装置100正常工作时一直处于亮的状态。

同时，在如图4所示的电路中，还具有电阻r3以及开关sw1，电阻r3的两端分别连接于单片机stc15l104w的p3.4引脚以及开关sw1，该开关sw1用于重启触觉反馈装置100。

图5是本实用新型实施例中触觉反馈装置的工作流程图。

如图5所示，本实施例的触觉反馈装置100在开机后，工作过程如下：

步骤s1，声音信号转换电路101的麦克风元件mic1采集到声音信号并将其转换为电信号，然后进入步骤s2；

步骤s2，将步骤s1转换出的电信号通过信号比较电路102的电压比较器u1与事先设定的电压阈值进行比较从而判断电信号的电压是否高于电压阈值，若是则电压比较器u1输出一个比较信号并进入步骤s3，若否则返回步骤s1；

步骤s3，通过数字信号转化电路103将步骤s2输出的比较信号以数字信号的形式输出到单片机电路104，然后进入步骤s4；

步骤s4，单片机电路104对接收到的数字信号进行周期性检测，若该数字信号能够被连续检测到三个有效周期则进入步骤s5，若不能够则进入步骤s1；

步骤s5，单片机电路104向震动马达105单向输出控制信号从而启动并使震动马达105工作，以此向使用者传递触觉信号，并返回步骤s1。

图6是本实用新型实施例中单片机进行的周期性检测的流程图。

如图6所示，单片机电路104中单片机stc15l104w进行周期性检测的具体工作流程如下：

步骤t1，单片机stc15l104w进入待机状态，并将寄存器中寄存的计数变量t设为0，一旦p3.5引脚接收到数字信号则进入步骤t2；

步骤t2，通过计时器计时0.5秒并判断数字信号是否在0.5秒内中断，若未中断则认为该数字信号为有效信号并进入步骤t3，若中断则认为无有效信号并进入步骤t1；

步骤t3，寄存器中的计数变量t加一，然后进入步骤t4；

步骤t4，单片机stc15l104w判断计数变量t的值，若t<3则进入步骤t5，若t＝3则进入步骤t7；

步骤t5，通过计时器延时0.1秒，然后进入步骤t6；

步骤t6，通过计时器计时0.5秒并判断数字信号是否在0.5秒内中断，若未中断则认为该数字信号为有效信号并进入步骤t3，若中断则认为无有效信号并进入步骤t1；

步骤t7，单片机stc15l104w通过p3.3引脚向震动马达105输出持续1秒的控制信号从而让震动马达105震动1秒，然后进入步骤t1。

实施例作用与效果

根据本实施例提供的帮助使用者控制说话音量的触觉反馈装置，由于具有声音信号转换电路、信号比较电路、数字信号转化电路、单片机以及震动马达，声音信号转换电路将采集到的声音信号转换为电信号，并通过信号比较电路将该电信号与电压阈值进行比较形成比较信号，因此可以筛选出对应的声音音量大于一定程度的信号进行后续处理，避免装置在使用者说话音量较低时产生错误反馈。进一步，数字信号转化电路将比较信号转换为数字信号并输入至单片机，并由单片机对数字信号进行判断并控制震动马达进行震动，从而提醒使用者，因此，本实用新型的触觉反馈装置能够将听力衰退者自己不便察觉到的声音信号转化为对他们而言更加敏感的触觉信号，并提醒他们降低自己说话的音量。另外，本实用新型的触觉反馈装置可以方便地集成至各类不同特殊领域的产品中，通过融入各种产品的触觉反馈装置来帮助使用者们控制自己的音量，就能使他们正常地与他人交流，并将会极大地提高他们的生活质量和社会交际效率。

另外，本实用新型的触觉反馈装置的接口应用范围广，由于只需为该触觉反馈装置提供3v电源，因此与各项成熟不同特殊领域的产品有很好的兼容性。例如该触觉反馈装置可兼容到博物馆的讲解器中，必要时提醒所有游客轻声交谈。

实施例中，触觉反馈装置在总电源开启后能够持续工作，系统续航时间长。市面上各种规格的普通纽扣电池的能量在25mah～210mah范围内,而所述系统的工作电流大小在15ma以下。在满足3v电压的条件下，常使用一片能量含量在120mah的cr1632纽扣电池，就可以满足触觉反馈装置持续工作至少八个小时以上的要求，这使得在集成到如博物馆的入耳式讲解器等公共设备中能够更加便利地管理与应用。

实施例中，由于单片机会进行周期性检测，即在0.5秒内持续接收到声音信号后暂停0.1秒再开始下一周期的相同的检测。若在连续的三个周期(总时长1.7秒)内都检测到超出所设阈值的声音信号时，会启动震动马达并转化为触觉信号来提醒使用者。因此，使用者的咳嗽声、喷嚏声等无需提醒的短暂的声音信号会因为持续时间不足，而通过周期性检测被单片机筛出，从而使得震动马达的启动信号只来源于使用者发出的过大的说话音量，令外界的其他噪音不会干扰系统的正常检测，提高了该装置运行的抗干扰性。

上述实施例仅用于举例说明本实用新型的具体实施方式，而本实用新型不限于上述实施例的描述范围。

例如，在上述实施例中，单片机电路通过周期性检测对数字信号转化电路输出的数字信号进行处理，并在检测到三次有效信号时控制震动马达进行震动。然而，在本实用新型的其他方案中，单片机电路也可以不进行周期性检测，并在接收到数字信号时直接发送相应的控制电信号给震动马达，此时，触觉反馈装置也可以在使用者说话音量较大时产生相应的触觉反馈，从而提醒使用者降低音量。

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