【物联网项目】基于行空板的智能视力检测助手

一、项目背景

随着中小学生年级的不断提高，近视率呈上升趋势，能否准确测量学生（孩子）视力，做到随时追踪、时刻提醒，是一件值得我们重视的事情。

本项目是基于行空板、物联网和人工智能的简易视力检测助手，既可以用于个人家庭检测，又可以增加终端设备用于学校班级检测，并收集检测数据发送到物联网服务器供分析使用，如追踪学生视力情况，计算年段近视率，近视率预警等。项目主要能实现按照视力表随机出示不同朝向的字母E，被测试人员通过语音反馈字母方向，程序通过语音识别判断与出示的字母是否一致，当达到一定的正确率，则继续缩小字母的尺寸，直到看不清楚为止或达到最高视力值。

由于行空板的尺寸大小有限，可通过两种方式实现正常的测量，一种是外接更大的屏幕，另一种是根据字母大小，同测量人员与屏幕之间的距离进行一个换算，这样就可以不采用标准的5米测量距离。本项目采用后面一种方法，直接使用行空板屏幕出示字母进行测量。

二、项目演示

三、材料清单

• 行空板1块
• 百度AI账号1个
  
  

四、项目实施

(一)  准备百度AI账号用于语音识别

本项目将使用到人工智能中的语音识别技术，这里采用百度智能云中的语音能力引擎，请注意新账号有一定的赠送量，否则需要充值使用。

步骤1：浏览器打开网址https://ai.baidu.com/，注册一个百度账号，在右上角单击“控制台”链接登录。

步骤2：单击左上角导航按钮，在左侧的导航窗格中单击“语音能力引擎”按钮。

步骤3：单击页面中间的“创建应用”下面的“去创建”链接，然后在创建页面，输入应用名称，选择人工智能相关的功能，此处因为创建的是语音能力引擎的应用，所以语音技术内所有的项目都已经默认勾选。

步骤4：应用创建成功后，在应用列表中会显示已经创建的一些应用，可以复制“API Key”和“Secret Key”到记事本备用，特别要注意，复制Secret Key时一定要显示后再复制。

(二)  软硬件准备

考虑到本项目只是一个小小的演示，因此许多硬件并没有准备充分，比如大屏幕，比如usb音箱，比如行空板独立供电等，可在适当的时候采购使用。

因此只要使用一根USB连接线与电脑连接即可。然后在电脑浏览器中输入http://10.1.2.3进入行空板的网页管理界面，打开SIoT服务，因为行空板提供了该项物联网服务，因此我们无须使用其他物联网服务器。

在下面的网络设置中，使行空板通过Wifi与网络连接，如果周围没有无线网络，也可以使用手机热点。

此外也可以进入https://wiki.unihiker.com/随时查阅相关的资料。

(三)  程序编写

根据项目构思，确定本项目的程序主要包括三个部分：字母生成部分、检测判断部分和语音识别与物联网发布部分，如思维导图所示。

1.       字母生成

一开始我打算采用图片的方式来直接呈现字母E，通过图片大小缩放来实现不同视力值的测量。结果发现这样做并不理想，首先考虑不同视力值用不同大小的图片，到底是准备一张还是多张图片？其次，如果准备一张，缩放后会失真，同时也比较难确定字母的大小。思路至此打断……

经过多日思考、查阅资料，突然想到之前学习计算机基础知识时，有接触过点阵字符的原理，在一个点阵中，通过某些点填充黑色，某些点填充白色，最终呈现字符。因此，我想是否采用点阵的方式来呈现字母E？我在Excel中进行了尝试，发现是可行的。只要将5X5点阵的一些格子填充黑色，就可以实现不同朝向E的呈现。至于大小，通过控制格子的大小来确定。而每个格子就是一个正方形。

因此，可以创建一个包含4个元素的元组，每个元素是一个由0和1组成的长度为25的字符串，程序中根据字符值来创建四个方向的E。

xz=("1111110000111111000011111"  #朝右，下，左，上

  ,"1111110101101011010110101"

  ,"1111100001111110000111111"

  ,"1010110101101011010111111")

另外，每个E的大小是根据上面点阵大小决定的，根据网上资料的查询，考虑到行空板屏幕相对于普通的视力表较小，因此，需要经过距离和大小的换算，得出视力值与大小的对应值（测试距离为1.5米，）。

视力值5分记录	4	4.3	4.5	4.6	4.7	4.8	4.9	5.0	5.1	5.2	5.3
视力值2分记录	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.8	1.0	1.2	1.5	2.0
屏幕上正方形边长	47.52	23.76	15.84	11.88	9.5	7.92	5.94	4.752	3.96	3.17	2.38

所以我们继续创建2个元组，将上面两项值存入元组中备用（元组sl1是2分记录值，sl2是五分记录值，选择其中一种即可）。

sl1=(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8,1.0,1.2,1.5,2.0)

sl2=(4,4.3,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3)

width1=(47.52,23.76,15.84,11.88,9.504,7.92,5.94,4.752,3.96,3.168,2.376)

另外，为了使产生的E字能始终显示在行空板屏幕的正中间，经过计算，得到正方形边长与屏幕尺寸之间的关系，从而确定最左上角正方形起始位置的坐标（x1,y1）是：

x1=120-2.5*width   #width是正方形边长

y1=160-2.5*width

通过以上分析和研究，我们可以编写一个函数，根据方向（方向在主程序中将随机生成）和边长，来呈现字母E：

2.       检测和判断部分

根据平时我们上医院或学校里检测视力的流程，通常医生会从上往下（字符从大到小）指向测试字符，然后同一排连续正确，则往下一排继续测试，直到测试到最下一排（最高视力值）或中间某一排看不清为止（上一排即为视力值）。因此在我们的程序中，规定同一排在5个字符内有3个指向正确，则缩小字符的大小，最后确定视力值。

在此我们写一个函数，模拟手工视力测试的方式，并结合语音识别进行判断。

反馈正确则显示一个对勾，错误则显示错叉，也是采用点阵显示方法。编写一个函数实现。

3.       语音识别和物联网发布部分

判断部分相对简单，但需要用到人工智能中的语音识别技术，最终将某个学生的测试视力值上传到物联网平台供存储和分析。此处我们撰写两个函数，一个是实现语音识别并返回识别后的文字，另一个是发送消息到物联网平台。

• 语音识别函数：
  
  

这里使用了百度AI中的短语音识别python库，

具体可以参考文档：https://ai.baidu.com/ai-doc/SPEECH/1k4o0bmc7

• 上传消息到物联网平台函数：
  
  

4.       调用模块和主函数

本程序需要调用一些第三方模块，如unihiker模块，pinpong模块，百度语音识别模块等，在程序的开头调用。而主函数放在最后，根据用户按下行空板上的A键开始测试，同时会出示一些提示信息，并在每一个完成测试后清屏供下一个同学测试。

• 模块调用和初始化
  
  

• 主函数
  
  

五、项目拓展

通过本项目，可以完成简单的视力测试，在此基础上，可以进行一些拓展，如：

• 多块行空板下的学校批量视力自测，也就是比如每班一个终端，依次测试学生视力，测试视力数据上传到物联网服务器。
  
  

• 多种交互判断方式。本程序只是使用了语音识别进行判断，其实也可以通过手势识别，结合二哈进行图像识别，当然，还可以通过更简单的按钮。
• 数据分类存储。保护学生视力任重道远，对于每一个学生的检测数据，如果能以个人身份信息作为区分，保存在数据库中则更佳。可以探索在测试前确定身份，测试结束将数据保存在数据库中。
  
  

源程序：

终于。。。。终于。。。。辛苦徐老师啦

学习学习

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