基于语音识别的AI病房管理系统设计

蔡旭刚; 付鹏屹; 蒋陈

【期刊名称】《《电子世界》》 【年(卷),期】2019(000)019 【总页数】2页(P162-163) 【作 者】蔡旭刚; 付鹏屹; 蒋陈 【作者单位】湖北理工学院 【正文语种】中 文

现如今科学技术的快速发展，现代智能化病房开始摆脱传统病房的控制模式，各种智能化病房管理系统相继问世，通过语音识别技术来管理病房的模式，具有智能性而且增加了病房体验乐趣性。该智能系统是一种基于单片机的智能语音病房管理系统，此病房管理系统具有语音控制系统、AI交互系统、APP云端控制系统以及外界信息交互系统。STM32F103C8T6单片机作为此系统的核心主控，SYN7318语音交互模块、HC-05模块、ESP8266模块、NRF-24L01模块和OLED屏共同辅佐，进而形成远程语音控制与远程WIFI控制并进行交互的AI病房管理系统。SYN7318语音模块具有识别率高的优点，STM32C8T6的性能稳定且功耗低，便于开发，对于病房管理系统具有较高的实用价值与推广性。 1.引言

随着着信息化时代的飞速发展，医院对与病房的监护以及病人身体状况的实时监测将面临着重大改变。利用智能化技术等现代科技的先进手段，改善传统病房监护系

统的趋势与日俱增，智能化的医院病房监护系统的实现将极大地改善病房问题，并且对病人的康复也有着必不可少的作用。通过智能化的病房监护系统，医生可以通过云端来得知病人的身体状况，不方便行动病人也可以通过语音来操控智能系统来呼叫医生护士以及操控一些基本的病房内的一些电气设备例如门窗，风扇，点灯等其它设备。智能化系统通过远程对病房进行监测不仅提高了工作效率而且也减少了不必要的人力投入，更加适应现代发展的要求。 2.系统整体设计

系统总分为语音识别交互系统、病房电器控制系统、显示反馈系统。

语音识别交互系统采用STM32F103C8T6和SYN7318芯片通过UART接口通信方式接收与发送数据帧，STM32F103C8T6解析完成，将传送放入串口发送寄存器，通过HC-05蓝牙模块（主）远程传输到病房电器控制系统，OLED辅佐配合将模式实时显示（谭浩强，C语言程序设计：清华大学出版社）。

病房电器控制系统以STM32F103C8T6为主控，待HC-05蓝牙模块（从）接收到语音识别交互系统的数据后，主控芯片进行数据解析，内容数据通过NRF-24L01（主）远程传输到显示反馈系统，控制数据解算比对并做相应控制。中断接收监控数据，在OLED上实时显示，亦可通过APP端进行云端控制与监测。 显示反馈系统采用STM32F103ZET6为核心主控，NRF-24L01（从）接收到病房电器控制系统传来的内容数据，主控芯片对所接收数据进行运算解析，将所解析指令通过TFT显示屏上实时显示，伴有语音播报用于提醒，外界用户可触摸按键做出反馈指令。

系统整体框图如图1所示。 3.硬件电路

整体硬件电路由三部分组成，第一部分由驻极体话筒、SYN7318语音交互模块、STM32F103C8T6最小系统模块、OLED屏、HC-05蓝牙模块和电源模块组成的

语音部分。第二部分由OLED屏、HC-05蓝牙模块、NRF24L01模块、

STM32F103C8T6最小系统模块WIFI-ESP8266模块和电源电路组成的控制部分，第三部分为STM32F103ZET6最小系统模块、NRF24L01模块、YS-M3语音播放模块、TFT显示屏和电源电路组成的显示部分。 图1 系统整体框图

3.1 STM32F103C8T6与STM32F103ZET6最小系统模块

该模块是整个设计的核心控制CPU，STM32F103C8T6与STM32F103ZET6均为STM32系列32位的控制器，程序存储容量64K，工作频率72M，能耗低，拥有大量快速的I/O接口，具有很高的拓展性，满足此次设计所需。

STM32F103C8T6和STM32F103ZET6的最小系统外围电路包括晶体振荡器电路，复位电路以及ISP一键下载电路。

STM32F103C8T6与STM32F103ZET6使用在这三部分系统中，语音部分MCU主要作为语音识别模块的指令发送端和接收端，将收到的数据解析后通过蓝牙模块发送到控制部分（刘火良，杨森，STM32库开发实践指南：机械工业出版社）。控制部分MCU在串口中断接收数据并解析分类，将控制数据内部比对后操作引脚控制电器，内容数据通过无线模块传输到显示部分，显示部分MCU将无线模块所接收数据进行数据比对，在TFT显示屏上显示并控制语音播放模块播放相应语音（高吉祥，黄智伟，陈和，高频电子线路：电子工业出版社）。 3.2 SYN7318语音交互模块

SYN7318语音识别交互模块集合了语音合成、语音识别和语音唤醒三个模块功能。此模块由SYN7318芯片、迷你MIC头、喇叭及电源电路组成，支持最高115200波特率的UART通讯传输。SYN7318支持10000条词条的语音识别，大大满足人机交互领域对交互内容丰富程度的强烈需求。唤醒模式的加入可以减少误识别造成的干扰，并可设置自定义唤醒名满足用户的个性化需求，可应用大部分场

所。

模块内部集成MP3音频文件的播放功能，可外接最大32GB的TF卡槽，扩大了语音播放的音频数量。

该设计预设唤醒名“病房管家”，存在唤醒指令可防止由外界影响造成的不必要的识别错误，且在识别模式三次识别“用户静音”则返回唤醒模式，防止无限识别引起的误解错误。识别模式下分属多级指令，增加识别正确率。 4.软件设计

4.1 语音识别交互系统软件设计

本系统基于STM32F103C8T6单片机，单片机将串口、定时器、SYN7318、OLED、IIC总线等必要模块进行初始化，单片机与SYN7318串口发送设置唤醒名与词条数组等指令对其模式初始化，串口轮询式收发命令帧，获取到语音控制指令后，将数据经单片机处理后经由蓝牙模块发送至病房电气系统（吴运昌，模拟集成电路原理与应用：华南理工大学出版社）。 4.2 病房电器系统软件设计

本系统基于STM32F103C8T6单片机，单片机将串口、OLED、IIC总线、PWM、定时器等必要模块初始化，串口中断接受到语音数据，单片机进行数据分析，将数据分为内容数据与控制数据，内容数据经由无线模块传入显示反馈系统，控制数据解析并执行控制操作。此部分可分为WIFI控制与语音控制，默认为语音控制。 4.3 显示反馈系统软件设计

本系统基于STM32F103ZET6单片机，单片机将SPI协议、GPIO等必要模块初始化，轮询查询NRF-24L01是否收到数据，待收到数据后进行内部比对，比对完成发送控制指令到YS-M3语音播放模块进行相关语音播报并在TFT屏上显示，亦可通过触摸将反馈指令经由NRF24L01反馈到病房电器控制系统。