技术领域
[0001] 本发明属于智能材料应用技术领域，特别是一种基于PVC gel驱动传感一体化设计的盲文读写器。
相关背景技术
[0002] 盲文读写器是一种能够同时实现盲文写入和显示的电子设备，其上不同触点伸出或收回的动态排列组成不同的盲文字符。视障人群通过抚摸触点阅读盲文或按下触点写入盲文。然而，由于驱动方式和信号采集方式不同，传统的盲文读写器阅读和写入盲文需要依赖不同设备，结构复杂、笨重。因此，现有的盲文读写器亟待一种能够实现读写一体化的轻量化的解决方案。
[0003] PVC gel作为一种新型驱动传感一体化材料正在兴起，通常与夹在其两边的两个电极组成驱动传感器，能够将电能转换为机械能用作驱动，反之也能将机械能转换为电信号用作传感。PVC gel具有高介电常数和低粘性等特点以及出色的驱动传感特性，有望解决盲文读写器存在的上述问题。(Huang J,Zhang X,Liu R,Ding Y,Guo D.Polyvinyl chloride‑based dielectric elastomer with high permittivity and low viscoelasticity for actuation and sensing.Nat Commun.2023Mar 17；14(1):1483.)发明内容
[0004] 为解决传统盲文读写器阅读和写入盲文需要依赖不同设备，结构复杂、笨重等问题，本发明基于PVC gel驱动传感一体化的特性，设计了一种能够实现读写一体化的盲文读写器，具有小型、轻质、便携、舒适等优点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种基于PVC gel的驱动传感器，自下而上依次设有底层电极、PVC gel、固定架、顶层电极和触点，未通电状态下各模块相互接触但不挤压，所述底层电极和固定架固结于底板上，限制PVC gel水平方向的移动自由度。
[0007] 作为优选，PVC gel包括基础层与表面结构层，所述基础层为薄平板结构，所述表面结构层阵列排布圆锥结构，能够在驱动电场下伸缩。
[0008] 作为优选，固定架置于PVC gel基础层上、表面结构层之间，与底层电极固结在底板上，限制PVC gel水平方向的移动自由度但不限制PVC gel竖直方向上的伸缩。
[0009] 作为优选，顶层电极下端贴在PVC gel表面结构层上，上端固结于触点下端，触点上端与上盖贯穿设有的触点孔间隙配合。
[0010] 本发明还公开了一种基于PVC gel驱动传感一体化设计的盲文读写器，包括上述的驱动传感器，包括依次电连接的控制模块、驱动模块、信号采集模块和执行模块。驱动模块通过电信号驱动PVC gel伸缩，执行模块利用PVC gel驱动传感一体化特性实现阅读和写入盲文信息的功能，信号采集模块采集PVC gel在不同压力作用下的电阻变化，所述控制模块输出控制PVC gel伸缩的电信号和处理PVC gel的动态电阻数据。
[0011] 作为优选，控制模块包括微控制器、扩展控制电路和模式切换开关，微控制器和扩展控制电路用于控制驱动模块的基本驱动单元，同时接收和处理信号采集模块所采集的数据，所述模式切换开关用于切换阅读模式和写入模式。
[0012] 作为优选，驱动模块包括集成升压模块和驱动电路，所述集成升压模块提供能使PVC gel明显伸缩的驱动电压，与执行模块分别连接在驱动电路高压端两侧；驱动电路低压端连接在控制模块和低压正极之间，受控制模块控制。
[0013] 作为优选，驱动电路包括(m+n)个基本驱动单元，采用矩阵驱动的方式控制PVC gel伸缩，分别以m个和n个基本驱动单元控制m行n列共(m x n)个PVC gel的伸缩，从而驱动盲文的显示；基本驱动单元包括光电耦合器和保护电阻，光电耦合器串联以获取更高的耐压性能。
[0014] 作为优选，信号采集模块采用矩阵信号采集方式，通过采集每个PVC gel电阻变化来识别对应触点是否被按下。
[0015] 本发明还公开了一种基于PVC gel驱动传感一体化设计的盲文读写器的工作方法，按下模式切换开关，盲文读写器将在阅读模式与写入模式下切换。在阅读模式下，控制模块控制驱动模块产生驱动电场，驱动PVC gel收缩或恢复，带动触点相对于上盖收回或伸出，完成盲文的显示；在写入模式下，人手按下触点，PVC gel受压收缩，相较于为被压缩的PVC gel电阻发生显著变化，控制模块接收并处理信号检测模块所采集的电阻变化数据，完成盲文的写入。
[0016] 有益效果：
[0017] 本发明利用PVC gel的驱动传感一体化特性，将阅读盲文与写入盲文集成到一个设备中，解决了传统盲文读写器阅读和写入盲文需要依赖不同设备的问题，相应盲文读写器具有结构简单、轻质、便携等优点。相较于传统盲文读写器多采用的电磁式、气动式驱动方式，本发明所采用的PVC gel驱动传感器柔性更好，触感更佳。为视障人士提供更便捷、舒适、高效的读写体验。
