智能型语音急救盒的研制

李朝波，朱 军，王娜娜，梁 宁，吴洲红，袁世山

智能型语音急救盒的研制

李朝波，朱 军，王娜娜，梁 宁，吴洲红，袁世山

目的：设计一种智能型语音急救盒，为发病后失去行动能力和言语能力的老人及患者提供可靠的报警和药物救助。方法：采用HL7003-2语音识别芯片，结合外围电路，完成对话功能的设计；采用ISD-1420集成电路，完成应答功能的设计。结果：该智能型语音急救盒能够实现人机对话，代替老人及患者诉说病情，指导周围人员正确用药，并能联系家属及报警中心。结论：该装置成本低、制作工艺简单、体积小、方便携带，值得应用推广。

智能型语音急救盒；语音识别芯片；语音录放组件

0 引言

老人在公共场合摔倒后，多数人不知道其摔倒原因，更不知道如何施救，导致救治延误。有数据显示，老人摔倒占意外伤害的1/2左右[1]。实际上，导致老年人摔倒的原因很多，并不都是因为滑倒、绊倒等意外，如平衡能力差、骨关节炎疼痛或肌无力、心脑血管疾病等也可能导致老年人摔倒[1]。

据世界卫生组织公布的2010年统计数据显示，作为慢性病之一的心血管疾病占十大疾病死亡原因的第一位[2]。冠心病是心脏血管性疾病中的常见病、多发病，尤其40岁以上人员发病率越来越高[3]。调查发现，冠心病患者发病时多在家中或者室外公共场所，且身边没有家人或者医护人员陪同。一旦发病，老人多数失去语言能力和行动能力，无法向周围人诉说病因及指导用药，更无力取药，导致救治的延误。另外，发病后的心理恐慌更会加重病情，失去生存机会[4]。

由于发病，老人可能有行动、视力或者语言上的不便或者障碍，在危急情况下自己取药服用或者向外人呼救并且描述病情可能比较困难，随身携带一个救助系统在上述危急情况发生时可及时提供可靠的报警救助和药物救助[5]。因此，研制了智能型语音急救盒，其特点是：（1）随身携带，使用方便；（2）实现人机对话，帮助老人诉说病情；（3）指导周围人员给老人合理用药，并与家人或者急救中心取得联系。

1 结构设计

智能型语音急救盒主要由PVC材料、亚克力材料及金属网制成（如图1所示），尺寸为70 mm（长）× 20 mm（宽）×100 mm（高），质量约100 g。

该急救盒由背挂带、语音报警部分、药品部分组成。背挂带通过挂钩与盒体相连接。

盒体上部为语音报警部分，包括电路板部分、纸式扬声器1个、锂电池（6 V）1块、内嵌式录音开关2个、放音开关1个及电源开关1个。其中，电路板部分由语音识别电路模块、语音报警电路模块及外围电路组成。语音报警部分面板为黑色金属网材料，表面喷红色“急救盒”3个字。其他外壳为PVC材料。

盒体下部为药品部分，由机械按钮锁定开关、药品盒盖及4个装药小瓶组成。药品盒盖由亚克力材料制成，透明，通过合页与盒体连接，能翻开取药。靠近机械按钮锁定开关旁喷有红色“取药开关”字样，提示取药。4个装药小瓶为亚克力材料，方形、透明，尺寸为15 mm（长）×15 mm（宽）×20 mm（高），瓶壁标明药品名称（消心痛、硝酸甘油、心律平、救心丸）。

图1 智能型语音急救盒结构图

2 电路设计

2.1 电路原理图

电路原理图如图2所示。

图2 电路原理图

2.2 电路连接图

电路部分由语音识别芯片和语音录放组件组成。单片语音识别电路如图3所示。

图3 单片语音识别电路HL7003-2

近几年，随着语音识别技术的发展，市场上出现了一系列语音专用芯片[6-7]，为智能型语音急救盒的研制打下了基础。智能型语音急救盒的语音识别部分使用的是HL7003-2专用语音芯片[8]，结合外围电路，实现急救盒语音识别功能[9]。

HL7003-2语音芯片具有12块记忆空间，可以通过键区来选择不同的记忆空间记录不同特征的目标字，每个记忆空间可以存储长达1.5 s的语句。目标字被记录之后即可进行语音识别。通过外部设备输入被识别的关键字词，经过放大、数模转换等一系列处理，HL7003-2最终会接收相关语音信号，摘取被识别的关键字词的特征，与存储在记忆空间中的目标字词相比较，作出识别。识别结果将会以高、低电压的形式从输出端口输出，作为下一级语音录放组件的触发信号。

语音录放组件电路如图4所示。语音录放组件的核心为ISD-1420芯片[10]。该芯片具有一系列优点，如体积小巧（厚度仅为9 mm）、语音任意抹放、断电语音保存等，多用于语音报警及语音提示装置中。语音录放组件电路如图4所示。

图4 语音录放组件电路ISD-1420

ISD-1420供电电源为6 V，录音使用普通话筒，放音使用16 Ω喇叭，静态电流0.5 mA，工作电流25 mA[11]。

使用前，将需要播放的内容通过话筒录制到芯片中，当按钮开关闭合或者前端语音识别组件传来触发信号时，ISD-1420自动播放存储的语音内容。

3 使用方法

3.1 语音识别芯片的“训练”

该智能型语音急救盒使用语音识别芯片完成应答功能的设计。使用前，应先对语音识别芯片进行“训练”。用户通过话筒依次录入一些语音内容，如“大爷，您怎么了？”、“您生病了吗？”或“您哪里不舒服？”等，以此类推，直到语音识别芯片的1～12键全部学习完毕，即可以进行语音识别操作。当再次说出相同的语音内容时，语音识别芯片即会自动识别并从输出端口A或者其他输出端口输出一个低电压，作为下级语言模块的触发信号。

3.2 语音录放组件录音准备

该智能型语音急救盒使用语音录放组件完成对话功能的设计。使用前，用户可以根据实际情况使用话筒录入需要的内容。如针对患有冠心病的老人，可以事先录入“您好，我有冠心病，请从急救盒中取出硝酸甘油一片，含在我口中，接下来再取出消心痛一片服用，非常感谢您的帮助！”或者“您好，我有心律失常型冠心病，请您从急救盒中取出硝酸甘油一片，含在我口中，再取出消心痛一片、心律平一片服用，非常感谢您的帮助！”[12]。针对患有脑血管病的老人，可以事先录入“我有脑血管病，请帮助我平躺，解开上衣纽扣，把头侧向一边，保持呼吸顺畅，同时拨打120急救，并且通知我的家人，家人电话XXXXXXX，谢谢！”。

4 查新情况

（1）通过海军医学研究所和海军医药卫生科技查新站查新，目前尚无此种智能型语音急救盒。

（2）药店出售的冠心病急救盒大部分为药品急救盒，内装5～6种药物，价格在10元左右，这种急救盒在外形和药品种类上都已经不适应当今时代。

（3）某大学与医院合作，研制了一种能报警的急救盒。当老人发病倒地后，急救盒会向该医院自动报警。此种急救盒价格昂贵，且必须由相关医院急救，具有局限性，不利于推广应用。

（4）还有一种智能型急救盒，当老人发病倒地后，急救盒会发出闪烁的光及警报声通知其他人，但是在其他人不懂得如何给药的情况下，会导致救治延误。

（5）Choi J M等[13]设计了一种基于蓝牙技术和无线局域网技术的生理参数采集系统；Salvador CH等[14]描述了一种基于全球移动网络的监护系统，该监护系统可以对不在医院的心脏病患者的健康状况进行监护；HUANG Mao-cheng等[15]介绍了一种基于低功耗ZigBee传感器网络技术的健康参数采集系统。这些系统均依托于医院急救和社区服务，患者发病后等待时间长，易延误病情救治。

5 评估

该智能型语音急救盒具有以下优点：

（1）体积小巧、携带方便，具有应答、对话功能，能代替老人诉说病情，指导他人帮助及时用药，并且联系急救中心及患者家属。

（2）具有2种触发方式：一种是当老人自感不舒服时，可以及时使用放音开关触发语音录放组件，向路人发出警报；另外一种是当老人失去行动能力后，由语音识别芯片识别路人的询问并发出触发信号触发语音录放组件，寻求帮助并指导用药。

（3）到目前为止，市场上没有功能相似的急救盒出现。

（4）外型新颖、美观，制作过程与所需材料简单。

（5）投资经费适中，后期容易推广。

[1]吴毅.老年人摔倒后不要急于挪动[J].保健与生活，2012（2）：16.

[2]WHO.Data and statistics[EB/OL].[2013-07-19].http：//www.who. int/research/en/.

[3]陈灏珠.实用内科学[M].10版.北京：人民卫生出版社，1997：1235-1 236.

[4]王保华.危重患者监护系统——八十年代的回顾与展望[J].国外医学：生物医学分册，1991，14（3）：125-127.

[5]张赛，董海强，杜宏伟，等.一种通用健康监护及医疗服务机器人系统设计[J].中国医疗器械杂志，2010，34（1）：29-34.

[6]朱民雄.计算机语音技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

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[7] 任致程.语音录放和识别集成电路应用与制作实例[M].北京：人民邮电出版社，1999.

[8] 何湘智.语音识别研究与发展[J].计算机与现代化，2002（3）：3-6.

[9] 周季华，史媛媛，刘润生.语音识别在家电遥控器中的应用[J].电子技术应用，2002（4）：23-25.

[10]周湘峻.数码语音芯片、产品及应用电路资料汇编[M].北京：北京中青世纪科技发展公司，2001.

[11]齐颂扬.医学仪器[M].北京：高等教育出版社，1994.

[12]李焕章.诊断学基础[M].3版.北京：人民卫生出版社，2005：78-79.

[13]Choi J M，Choi B H，Seo J W，et al.A system for ubiquitous health monitoringinthebedroomviaaBluetoothnetworkandwirelessLAN[J]. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2004，5：3 362-3 365.

[14]Salvador C H，Pascual Carrasco M，Gonzalez de Mingo M A，et al. Airmed-cardio：a GSM and Internet services-based system for outof-hospital follow-up of cardiac patients[J].IEEE Trans Inf Technol Biomed，2005，9（1）：73-85.

[15]HUANG Mao-Cheng，HUANG Jyun-Ciang，YOU Jing-Cyun，et al. The third international conference on intelligent information hiding and mul-timedia signal processing，Kaohsiung，November 26-28，2007[C].USA：IEEE Computer Society，2007.

（收稿：2014-03-14 修回：2014-11-20）

Development of intelligent voice first-aid kit

LI Chao-bo1,ZHU Jun1,WANG Na-na1,LIANG Ning1,WU Zhou-hong2,YUAN Shi-shan2
(1.Beidaihe Sanatorium of Beijing Military Area Command,Qinhuangdao 066100,Hebei Province,China; 2.Qinhuangdao Hospital of Navy,Qinhuangdao 066000,Hebei Province,China)

ObjectiveTo design an intelligent voice first-aid kit to provide aid in alarming and medication for the elderly or patient difficult in action and speaking.MethodsHL7003-2 voice recognition chip and peripheral circuit were used to realize the function of conversing.ISD-1420 integrated circuit was applied to the implementation of the function of response.ResultsThe kit could complete complaints for the elderly or patient,direct the persons around for medication and contact the families or emergency center.ConclusionThe kit has low cost,simple structure,small size and high portability,and thus is worth popularizing.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（3）：47-49，56]

intelligent voice first-aid kit;voice recognition chip;voice recording module

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2015）03-0047-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.03.047

李朝波（1963—），男，副主任技师，主要从事医疗设备管理、使用、维修、计量、质控方面的研究工作，E-mail：13933955905@163.com。

066100河北秦皇岛，北京军区北戴河疗养院（李朝波，朱 军，王娜娜，梁 宁）；066000河北秦皇岛，解放军海军秦皇岛医院（吴洲红，袁世山）

王娜娜，E-mail：huahang1de@sina.com