梅燕 湛洋 张路安 陈莉 朱明

（上海健康医学院康复学院 上海市 201318）

1 引言

随着移动互联网时代的来临使“便携”成为各式移动产品设计的终极方向。这代表着更简单、更快捷、更方便，也涉及到产品的人性化设计，即如何使产品更好地满足用户需求，使产品设计以人为本的问题。[1]

在目前的消费类电子产品市场中，依然存在着可观的扫描与打印需求。相比于其他电子产品的日益便携性，打印机由于受限于目前的打印技术和使用环境，外观大多比较笨重，无法满足大众消费者对于便携、简易、高效的需求。

本设计打破了传统打印机体型大，费用高，需连接电脑端，灵活性不强等现象，满足了大众消费者对于便捷、简易、灵活和高效的需求，是市场上为数不多的便携式扫描打印一体机。本设计呈笔型，小巧便捷，可随身携带。前端特殊的扫描部设计实现了智能化数据输入，后端打印部负责数据输出。它应用于单调的、耗时耗力的碎片化文字搬运，在“碎片化”方面比普通整张打印更出彩。就个人而言，本产品使宝贵时间用在了更高效的事件上，而不是低效的文字搬运工作。从社会意义出发，它无走纸结构，也无需配置特定的纸张，可以直接在任何纸张上进行喷墨打印，很大程度上对纸张进行了再利用，有效地节约了社会资源，产生巨大的社会和经济价值。

2 整体设计

本设计的组成包括两个部分，一个扫描部，一个打印部。扫描部包括光源，光学传感器(CIS 或CCD)，模数转换器(ADC)，中央处理器（CPU）等构成。打印部主要由墨盒、主控电路、打印头、滚轮等结构组成。同时，本设计还有存储器、兼容可充锂电池、显示屏、蓝牙收发器、显示屏、指示灯、USB 接口等其它结构（如图1 所示）。

3 设计运行原理

具体的结构示意框图如图2 所示。由光源发出光线照在书页上，书页会吸收特定的光波，没有被吸收的光波就被反射回去，这类光波就由光学读取装置感应。光学读取装置就把这种光信号转变为电信号,电信号又由模数转换器转换成计算机能识别的数字信号。数字信号再经中央处理器识别处理，变成显示器能看到的正确文字。中央处理器处理好的代码传入打印部的主控系统，在控制程序的控制下，产生字符或图形的编码,驱动打印头打印一列的点阵图形。运行流程图如图3 所示。

4 设计核心技术

4.1 扫描技术

扫描笔的光学系统由LED 白光二极管提供光源, 照射到书籍或报纸等扫描材料的表面后, 所产生的漫反射光通过透镜聚焦于CMOS 面阵图像传感器, 产生分辨率为128×80 像素的扫描图像。通过图像数据接口直接传输到ARM 微处理器中, 经图像处理后, 再通过USB 接口传输到学习机或计算机中。[2]本设计延续了扫描笔的设计原理，只不过文字的最终目的是将文字点阵化在输入到打印端，作为整个设计便捷式数据输入端。市场上有许多便捷式打印机，但是他们几乎都离不开手机电脑端的数据输入，并不能实现完全脱机化，在一些特定场景中并不能使用。比如中小学生在教室里做错题集时，题目的抄写是耗时耗力且低效的，如果要用市场上的便捷式打印机，就必须携带手机来实现数据输入。

4.2 喷墨打印技术

喷墨打印技术是使墨滴由小孔定向喷射至纸张的指定位置,形成图像的技术。这种技术与其他打印技术相比,形成的图像更加清晰,效果更好。[3]

本设计运用的是液体压电式喷墨技术。这项技术在喷墨时由压电元件控制,可以精确控制墨滴的大小及喷射位置,大大避免了打印图像模糊的问题。相对于热喷墨技术，它的整个过程不需要对喷嘴进行加热，是通过压力来完成，大大降低了能量的消耗，也就在侧面提升了打印机的使用寿命。

市场上便携式打印机基本上都是使用热敏打印技术。热敏打印必须使用特定的热敏纸，且时间长的话字迹会消退，相对于喷墨打印技术来说，它并不稳定。

4.3 导航技术

本设计的导航技术包含了光敏感和惯性传感技术。惯性导航系统是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体在惯性空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，也简称为惯导。它主要是涉及到了惯性测量 (导航) 部件、控制显示器、工作方式选择单元几大部分。惯性导航系统工作原理为建立在牛顿力学定律基础上所实现的, 惯导系统把处在当地水平坐标系平台之上东向的以及北向感测到的加速度计, 实施相应的一次积分以及二次积分, 再分别获取东向速度位置、北向速度位置。[4]

图 1：设计结构图

图2：设计示意框图

图3：设计运行流程图

在此技术的应用下，随意移动打印技术的内置导航传感器，能够跟踪打印头的位置，进行打印输出。打印部在进行手持移动时，不会因为移动快慢而发生字体的变形。

4.4 功能设计

本设计具有多样功能，首先是产品本身的扫描打印功能。然后就是显示屏上的拼音和手写功能，你可以直接在屏幕上编辑你所需要打印的文字。当然未来也可以加入语音识别输入数据。最后是APP 的各类功能，你可以在APP 上直接打开相应文字或图案，通过蓝牙传输到打印端驱动打印，当然，你也可以通过扫描端实现数据向电脑与手机的反向输入过程。还有一些APP 翻译，题目搜索，图像设计等模块可以增加。

5 设计市场定位

据国家统计局2018年国民经济和社会发展统计公报显示，在校研究生298.5 万人，普通本专科2868.7 万人，中等职业教育1624.9 万人，普通高中2388.9 万人，初中生4887.4 万人，普通小学生10590.1 万人，总计22658.5 万人（约2 亿人）。[5]在这巨大的学生群体中，他们有笔记整理、错题订正、阅读摘录、复习整理等需求。传统的打印机笨拙，昂贵，不可脱机化，还必须在特定A4 纸上打印。而扫描打印笔它没有走纸结构，可以直接在课本练习本上进行扫描和移动打印。

除了巨大的学生群体外，老师可以用来备课开会，办公白领可以进行文件处理，阅读爱好者可以进行名句摘录，小型商家可以进行简单的产品生产日期和二维码打印，艺术创造者可以进行图画和文字创作，言语障碍患者可以用本设计进行简易日常交流……

6 智能康复辅助交流系统

言语能力正常的人在现实生活中能够听懂、理解他人的语言，看懂文字信息，流畅地表达自己的想法或朗读文字。然而，有些人由于某些不可抗力的原因导致对于言语的表达、理解能力出现了严重的问题，亦或是衰退，这种现象称之为言语障碍(speech disorder)。[6]

言语障碍患者语言恢复过程漫长，不利于患者日常与外界进行有效地沟通交流[7,8,9]。目前，对于该病情的治疗方法，是言语障碍的病人在康复治疗师的一对一的指导下口头交流进行言语训练，也会用到一些图片，训练时间有限。结束治疗后病房内护士虽有相关知识宣教指导，但言语训练未能进一步的落实、巩固训练,不利于言语的康复。言语障碍的病人康复周期长，出院后，家属不具备帮助病人进行言语训练的能力,同时也缺乏良好的言语训练工具。[10]

本设计可以在言语障碍治疗上发挥一定的功能，主要体现在康复辅助与康复训练两个方面。康复辅助方面，患者可以在 APP 中输入想要表达的日常用语，APP 会为其设计语音二维码图标，在二维码中央有可供理解的图标，患者用本设计把图标打印在随身携带交流小册上，以后只要用扫描端扫描二维码，就可以翻译出语音，解决基本的沟通问题，可操作性高。在康复训练方面，本设计可以设计并扫读二维码手册，可以让言语障碍者不停地居家练习发音，这是一个不错的言语训练工具。

言语交流是人类最重要的交流手段。暂时的或永久的言语交流障碍,都不利于患者与外界的沟通交流。随着计算机科学的发展,特别是便携式电子设备的普及应用,辅助沟通训练仪让言语障碍患者实现无障碍沟通带来希望[11、12]。人们对医疗服务的要求不再只是基本的生命延续,更重视于生活质量的维持。[13]

7 结论

21 世纪是高速发展的时代，Al 技术的高速发展使人们的生活更加便捷，大数据使得城市都能拥有自己的大脑，阿里云更是将“计算”的价值发挥到极致……同样，本设计顺应了时代的要求，为创建一个更加便捷智能的打印世界增砖添瓦。随着生活节奏的加快，物联网和互联网的加速发展，便携式打印需求也会越来越多，其实用性和市场前景值得被进行推广应用。