應用於環形平臺的數據採集控制裝置的製作方法

2023-05-15 22:41:06

專利名稱：應用於環形平臺的數據採集控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於小鼠的學習記憶能力進行測試的行為學儀器——環形平 臺，能夠完成實驗數據採集、通訊和部件控制的裝置，用於醫學生物學和藥物學領 域的研究。
背景技術：
環形平臺(circular platform, CP)是一種對小鼠的學習記憶能力進行測試的 行為學儀器。環形平臺由Barnes在1979年首次用於大鼠空間學習記憶能力的檢測， 故又稱Barnes迷宮。環形平臺裝置在平臺直徑和開孔數等參數上各不相同，傳統的環形平臺程序採 用人工記錄。記錄的指標僅僅是錯誤數和潛伏期。錯誤數是指搜索無隧道孔的次數。 潛伏期是小鼠找到正確平臺孔道前所耗的時間。人工記錄的效率低、指標少、數據精度低。此時的試驗手段單一，如不能提供 電刺激的試驗手段、不能測定聯合性學習記憶能力、不能準確評價小鼠的活躍程度， 也不能記錄圖像等。在進行老年鼠學習記憶能力的研究時，由於老年小鼠的恐懼和 焦慮性水平增加，雌鼠若缺乏電刺激的手段，往往導致試驗時間過長。因此，在環形平臺應用於小鼠的研究和環形平臺的自動化改造中，研製一種適 應性強，檢測精度高，能實時檢測傳輸數據、並能控制電刺激等必要的實驗條件的 採集控制器，具有重要的應用價值。發明內容為解決環形平臺自動化改造中存在的問題，本發明提供了一種應用於環形平臺的 數據採集控制裝置，該採集控制裝置解決了數據自動傳輸問題，並可提供電剌激和 燈光刺激的控制功能。本發明的技術方案如下一種應用於環形平臺的數據採集控制裝置，其特徵在於包括有單片機89C51(U15)，所述的單片機89C51 (U15)連接有USB接口電路PDIUSBD12 (Ull)、串口 通訊電路MAX232 (U19)、看門狗電路DS1232 (■)、數模轉換器DAC7545 (UIO)、 1/0接口擴展電路；由控制面板輸入的按鍵信號經按鍵輸入電路的三極體(A1015 、 C1213)變換後，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12 (U11)和數模轉換器DAC7545(UIO)、 1/0接口擴展電路掛在同一條總線上；多個輸入接口擴展晶片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環形平臺的各個紅外 線檢測信號輸入及其它信號輸入，晶片74S139 (U17A)、晶片74LS04 (U18)、晶片 74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)組成解碼器電路，晶片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展晶片74LS244 (U6、 U9、 U12、 U13) 的片選端連接，完成輸入端的片選；運算放大器LM741 (U2)為數模轉換器DAC7545(U10)的參考電壓源，運算放大器LM741 (U7)輸出信號接入外圍的電極刺激柵電 路提供符合要求的電流；運算放大器CA3140 (Ul)組成電壓比較器電路，用於電極 刺激柵異常情況下的安全保護。所述USB接口電路與單片機雙向通訊，同時亦可與上級計算機雙向通訊；所述控制面板通過按鍵輸入電路與單片機雙向通訊，以控制和顯示儀器狀態；來自環形 平臺的數據通過輸入接口擴展晶片與數模轉換器進入單片機；所述輔助電源控制、 燈光控制、數模轉換數據由單片機發出，數模轉換電路控制電極刺激柵電路產生出 規定時序、強度、波形的電刺激信號，並將反饋信號傳輸給單片機監控。 有益效果本發明的優點是1、 本發明結構簡單，成本低。採用模塊式結構，易於維護，可靠性高。採用單 片機可以通過修改系統程序，提高本發明的環境適應能力，易於移植應用。2、 本發明的電刺激和數據採集由單片機控制，精度高，數據採集頻率可達50 次/秒。3、 在環形平臺上實現了電刺激這一重要的試驗手段，電極刺激柵電路可以按照 單片機提供的數據產生複雜要求的電脈衝。


圖1是本發明用於小鼠的學習記憶能力測試的環形平臺系統結構示意圖。 圖2是本發明環形平臺的電控制原理框圖之一。 圖3是本發明環形平臺的電控制原理框圖之二。
具體實施方式
圖1中有支架l、工作平臺2、光源3、 4、攝像機5、音箱6、信息採集控制 器7、計算機8、開孔9、軌道IO、逃跑隧洞ll、電極刺激柵12、動物活動探頭13。參見圖l、 2。用於小鼠的學習記憶能力測試的環形平臺，包括安裝於支架l上 的工作平臺2;為平臺2提供聲、光信號的音箱6和光源3、 4;用於圖像記錄的攝 像機5;完成平臺控制和信息採集的信息採集控制器7;以及用於指揮與調度整個工 作平臺協調工作的計算機8和它的操作界面。所述工作平臺2，周邊均勻開有開孔9，在某幾個開孔9的下方，安裝有供小鼠 躲藏的逃跑隧洞11，逃跑隧洞11是可以抽取下來的活動部件；開孔9和逃跑隧洞 11的內側面均安裝有紅外檢測組件；所述工作平臺2的表面鑲嵌有用於對實驗動物 提供刺激的電極刺激柵12和用於檢測實驗開始時間點的動物活動探頭13，在工作平 臺2上方的支架1上設有攝像機5、音箱6和光源3、 4;所述電極刺激柵12、動物 活動探頭13、紅外檢測組件、光源3、 4均接入信息採集控制器7;所述音箱6、攝 像機5、信息採集控制器7與計算機8相連接，計算機8按設計的實驗程序輸出控制 信號，並將檢測數據和圖像實時在操作界面上顯示。所述的電極刺激柵12是在絕緣、耐水的平臺材料表面，按槽間距3mm刨3腿X 3mm的方槽，嵌入3mmX3mm尺寸的銅方線，表面磨平構成；柵間距可以調整，以試 驗小鼠在平臺上能受到有效的電刺激為準；通過平臺中的孔，將電極刺激柵的引線 引出於平臺的下方。在輸出部分，計算機8的總控模塊讀取方案庫中的實驗參數，通過通訊接口模 塊，驅動音箱和採集控制器7工作；採集控制器7接收到燈光、電刺激信號的時序、 強度數據後，通過內電路變換，送入光源3、 4和電極刺激柵12。在輸入部分，攝像 機5所釆集的圖像信號通過採集卡進入計算機8，並顯示在操作界面上；動物活動探 頭13、平臺各開孔9、逃跑隧洞11的紅外檢測信號首先進入採集控制器7，編碼後 傳輸至計算機8的總控模塊，最終顯示在操作界面上。顯示在操作界面上的數據和 圖像可以保存，回放、分析。參見圖2、 3。一種應用於環形平臺的數據採集控制裝置(信息採集控制器7):包括有單片機 89C51 (U15)，所述的單片機89C51 (U15)連接有USB接口電路PDIUSBD12 (Ull)、 串口通訊電路MAX232 (U19)、看門狗電路DS1232 (U20)、數模轉換器DAC7545 (UIO)、 1/0接口擴展電路、按鍵輸入電路；由控制面板輸入的按鍵信號經按鍵輸入電路的三 極管(A1015 、 C1213)變換後，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12 (U11)和數 模轉換器DAC7545 (UIO)、 I/O接口擴展電路掛在同一條總線上；多個輸入接口擴展 晶片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環 形平臺的各個紅外線檢測信號輸入，晶片74S139 (U17A)、晶片74LS04 (U18)、芯 片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)組成解碼器電路，晶片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展晶片74LS244 (U6、 U9、 U12、 U13) 的片選端連接，完成輸入端的片選；運算放大器LM741 (U2)為數模轉換器DAC7545 (U10)的參考電壓源，運算放大器LM741 (U7)輸出信號接入外圍的電極刺激柵電 路提供符合要求的電流；運算放大器CA3140 (Ul)組成電壓比較器電路，用於電極 刺激柵異常情況下的安全保護。
權利要求
1、一種應用於環形平臺的數據採集控制裝置，其特徵在於包括有單片機89C51(U15)，所述的單片機89C51(U15)連接有USB接口電路PDIUSBD12(U11)、串口通訊電路MAX232(U19)、看門狗電路DS1232(U20)、數模轉換器DAC7545(U10)、I/O接口擴展電路；由控制面板輸入的按鍵信號經按鍵輸入電路的三極體(A1015、C1213)變換後，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12(U11)和數模轉換器DAC7545(U10)、I/O接口擴展電路掛在同一條總線上；多個輸入接口擴展晶片74LS244(U5、U6、U9、U12、U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環形平臺的各個紅外線檢測信號輸入及其它信號輸入，晶片74S139(U17A)、晶片74LS04(U18)、晶片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)組成解碼器電路，晶片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展晶片74LS244(U6、U9、U12、U13)的片選端連接，完成輸入端的片選；運算放大器LM741(U2)為數模轉換器DAC7545(U10)的參考電壓源，運算放大器LM741(U7)輸出信號接入外圍的電極刺激柵電路提供符合要求的電流；運算放大器CA3140(U1)組成電壓比較器電路，用於電極刺激柵異常情況下的安全保護。
全文摘要
本發明公開了一種應用於環形平臺的數據採集控制裝置，包括有單片機89C51(U15)，所述的單片機89C51(U15)連接有USB接口電路PDIUSBD12(U11)、串口通訊電路MAX232(U19)、看門狗電路DS1232(U20)、解碼器電路74S139(U17A)、數模轉換器DAC7545(U10)、直流放大器CA3140(U1)、按鍵輸入電路，可產生電剌激，本發明結構簡單，成本低。採用模塊式結構，易於維護，可靠性高。採用單片機可以通過修改系統程序，提高本發明的環境適應能力，易於移植應用。
文檔編號G09B5/00GK101313845SQ20081002501
公開日2008年12月3日 申請日期2008年4月23日 優先權日2008年4月23日
發明者旭 吳, 周江寧, 白永勝, 陳貴海 申請人:中國科學技術大學