基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手

基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手当前医院里一个普遍的现象是，病人输液结束后需要看护人员及时按呼叫按钮通知护士来病房处理。目前市场上有一种便携式输液报警器，可以夹挂在输液管上，陪护人员听到报警音后能立即通知护士，但还是离不开人员的陪护。通过查阅文献，我發现输液报警系统是一个研究热点，比如，有专利公开了一种智能病房输液监控系统，可通过蓝牙传输等技术，远程监测病床的输液结束信号并在前台提醒护士，前提是需要对医院的现有硬件设备进行大规模改造，因改造成本太高，医院并未采用。我想利用医院的现有条件，通过设计一个...

基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手当前医院里一个普遍的现象是，病人输液结束后需要看护人员及时按呼叫按钮通知护士来病房处理。目前市场上有一种便携式输液报警器，可以夹挂在输液管上，陪护人员听到报警音后能立即通知护士，但还是离不开人员的陪护。通过查阅文献，我發现输液报警系统是一个研究热点，比如，有专利公开了一种智能病房输液监控系统，可通过蓝牙传输等技术，远程监测病床的输液结束信号并在前台提醒护士，前提是需要对医院的现有硬件设备进行大规模改造，因改造成本太高，医院并未采用。我想利用医院的现有条件，通过设计一个小装置来实现静脉输液时无需人员看护。为了实现这种想法，我设计了一个基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手，并与输液报警器、呼叫按钮一起构成一个输液结束自主呼叫系统。它能通过对报警音的即时识别，控制执行器实现对护士台的自动呼叫。一、设计原理自主呼叫系统由一个基于声音识别的输液报警助手、输液报警器、呼叫按钮三部分组成。输液报警助手主要由控制器、声音采集预处理模块、驱动模块、执行模块组成，并由可充电电池供电。该系统工作原理如图1所示。当输液将要结束时，输液报警器触发蜂鸣器发出“滴滴滴”的报警音，声音采集预处理模块采集报警音并经过预处理后将结果传至控制器，信号识别软件将分析收到的声音信号，当识别到报警音的特定声波信号时触发驱动和执行模块，执行器按动呼叫按钮，呼叫护士台。二、设计方案 1.声音信号的采集声音信号的采集和预处理可采用听筒和简单的信号处理电路来完成，该模块将采集到的一定强度的声音转变成控制器能接收的电平信号，并通过图2中的IN口送出。该模块成本低，可作为标准件购买。2.报警音信号的识别蜂鸣器发出的声音是有间隔的连续声，因此，可通过提取报警音的时间间隔特征，与设定的间隔特征或声音密码进行比较。如果相符，则判定为蜂鸣器报警;如果不符，则判定为外界杂音干扰，并通过软件过滤掉噪声，保证对输液报警音的正确识别。通过试验发现，蜂鸣器两声之间的间隔约为650毫秒，采集4声3个间隔的识别效果较优，考虑到测量精度和容错性要求，我设置了100毫秒的密码容错范围。工作中，连续采集4声声音信号，判断两两之间的声音时间差，如果3个时间差均符合设立的声音密码，通过控制器的输出口输出呼叫执行信号，并准备下一次的报警音识别。3.驱动和执行当识别到报警音后，控制器输出高电平信号，如图4所示，继电器的输入引脚连接在控制器的输出口上也将变为高电平，从而触发继电器，继电器的常开触点闭合，电磁铁线圈通电，电磁铁铁芯在电磁力作用下按动呼叫按钮，完成自主呼叫的任务。4.报警助手结构的人机工学设计我将输液报警助手设计为固定式与便携式。固定式输液报警助手与固定呼叫按钮配合，可安装在墙上，如图5所示。便携式报警助手与便携式呼叫面板配合使用，工作中将呼叫面板置于报警助手的预留空间，即电磁铁的下方。报警助手本体采用分层设计，有机布置各功能单元，使结构更紧凑。三、样机制作和测试固定式输液报警助手样机模型如图6所示。壳体采用亚克力板，输液报警助手和输液报警器、呼叫按钮面板一起构成输液结束自动呼叫系统，并采用一个面板开关模拟前台接收和复位报警信号。将呼叫按钮置于电磁铁下方，当按动输液报警器时，输液报警器发出规律的“滴滴”报警音，同时人为加入语音等噪声信号，输液报警助手能即时识别报警音，并触发电磁铁按动呼叫按钮，前台模拟面板指示灯亮，通知护士及时处理。经过多次调试，输液报警助手执行准确，满足了使用要求，下一步将在医院实际环境中测试完善。四、创新点1.利用医院病房的现有条件，只需添加一个输液报警辅助小装置与便携式输液报警器巧妙配合，就能实现病人输液结束自动呼叫前台护士。2.利用声音采集和报警音特征信号的快速提取方法，有效滤除噪声干扰，实现对输液报警音的实时准确识别。专家点评许雯祺同学《基于声音识别的静脉输液结束自主报警小助手》项目，属于“老题新做”的发明作品。青少年涉及输液自动报警技术约有40年了，让我印象深刻的作品有两件，第一件是获第四届全国青少年科技创新大赛一等奖的“医用输液报警器”，由上海市第三女子中学裘苑同学发明，该作品的独到之处在于液位探测器的发明。这种液位探测器巧妙运用了电路的分布电容原理，用两块铜片作为极板，以输液瓶中的药液为介质，构成一个特殊的电容器。由于水的介电常数远大于空气的介电常数，药液输完，该电容器的介质变成空气，其容量显著减小。将电容变化量引入到电子振荡电路便可以控制电路的起振与否，从而进一步控制输出电路的导通或断开，达到报警的目的。第二件是获第十届全国青少年科技创新大赛二等奖的“滴注完了自动呼叫器”，由江西省萍矿矿业集团公司机关小学曾赛同学发明。当然，许雯祺同学该项作品的技术成熟度、先进性、实用性比上述两款都有实质性的超越，这正是“老题新做”的意义所在。 -全文完-

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