專利名稱：應(yīng)用于環(huán)形平臺的數(shù)據(jù)采集控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于小鼠的學習記憶能力進行測試的行為學儀器——環(huán)形平 臺，能夠完成實驗數(shù)據(jù)采集、通訊和部件控制的裝置，用于醫(yī)學生物學和藥物學領(lǐng) 域的研究。
背景技術(shù)：
環(huán)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(huán)形平臺由Barnes在1979年首次用于大鼠空間學習記憶能力的檢測， 故又稱Barnes迷宮。環(huán)形平臺裝置在平臺直徑和開孔數(shù)等參數(shù)上各不相同，傳統(tǒng)的環(huán)形平臺程序采 用人工記錄。記錄的指標僅僅是錯誤數(shù)和潛伏期。錯誤數(shù)是指搜索無隧道孔的次數(shù)。 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(shù)據(jù)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(lián)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，由于老年小鼠的恐懼和 焦慮性水平增加，雌鼠若缺乏電刺激的手段，往往導(dǎo)致試驗時間過長。因此，在環(huán)形平臺應(yīng)用于小鼠的研究和環(huán)形平臺的自動化改造中，研制一種適 應(yīng)性強，檢測精度高，能實時檢測傳輸數(shù)據(jù)、并能控制電刺激等必要的實驗條件的 采集控制器，具有重要的應(yīng)用價值。發(fā)明內(nèi)容為解決環(huán)形平臺自動化改造中存在的問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于環(huán)形平臺的 數(shù)據(jù)采集控制裝置，該采集控制裝置解決了數(shù)據(jù)自動傳輸問題，并可提供電剌激和 燈光刺激的控制功能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種應(yīng)用于環(huán)形平臺的數(shù)據(jù)采集控制裝置，其特征在于包括有單片機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(shù)模轉(zhuǎn)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(jīng)按鍵輸入電路的三極管(A1015 、 C1213)變換后，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12 (U11)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7545(UIO)、 1/0接口擴展電路掛在同一條總線上；多個輸入接口擴展芯片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環(huán)形平臺的各個紅外 線檢測信號輸入及其它信號輸入，芯片74S139 (U17A)、芯片74LS04 (U18)、芯片 74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)組成譯碼器電路，芯片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展芯片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(shù)模轉(zhuǎn)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，用于電極 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(tài)；來自環(huán)形 平臺的數(shù)據(jù)通過輸入接口擴展芯片與數(shù)模轉(zhuǎn)換器進入單片機；所述輔助電源控制、 燈光控制、數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)由單片機發(fā)出，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路控制電極刺激柵電路產(chǎn)生出 規(guī)定時序、強度、波形的電刺激信號，并將反饋信號傳輸給單片機監(jiān)控。 有益效果本發(fā)明的優(yōu)點是1、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低。采用模塊式結(jié)構(gòu)，易于維護，可靠性高。采用單 片機可以通過修改系統(tǒng)程序，提高本發(fā)明的環(huán)境適應(yīng)能力，易于移植應(yīng)用。2、 本發(fā)明的電刺激和數(shù)據(jù)采集由單片機控制，精度高，數(shù)據(jù)采集頻率可達50 次/秒。3、 在環(huán)形平臺上實現(xiàn)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(shù)據(jù)產(chǎn)生復(fù)雜要求的電脈沖。


圖1是本發(fā)明用于小鼠的學習記憶能力測試的環(huán)形平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明環(huán)形平臺的電控制原理框圖之一。 圖3是本發(fā)明環(huán)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、信息采集控制 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。用于小鼠的學習記憶能力測試的環(huán)形平臺，包括安裝于支架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;用于圖像記錄的攝 像機5;完成平臺控制和信息采集的信息采集控制器7;以及用于指揮與調(diào)度整個工 作平臺協(xié)調(diào)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(nèi)側(cè)面均安裝有紅外檢測組件；所述工作平臺2的表面鑲嵌有用于對實驗動物 提供刺激的電極刺激柵12和用于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(shè)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均接入信息采集控制器7;所述音箱6、攝 像機5、信息采集控制器7與計算機8相連接，計算機8按設(shè)計的實驗程序輸出控制 信號，并將檢測數(shù)據(jù)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(gòu)成；柵間距可以調(diào)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 引出于平臺的下方。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(shù)，通過通訊接口模 塊，驅(qū)動音箱和采集控制器7工作；采集控制器7接收到燈光、電刺激信號的時序、 強度數(shù)據(jù)后，通過內(nèi)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采集卡進入計算機8，并顯示在操作界面上；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采集控制器7，編碼后 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(shù)據(jù)和 圖像可以保存，回放、分析。參見圖2、 3。一種應(yīng)用于環(huán)形平臺的數(shù)據(jù)采集控制裝置(信息采集控制器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(shù)模轉(zhuǎn)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(jīng)按鍵輸入電路的三 極管(A1015 、 C1213)變換后，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12 (U11)和數(shù) 模轉(zhuǎn)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 芯片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環(huán) 形平臺的各個紅外線檢測信號輸入，芯片74S139 (U17A)、芯片74LS04 (U18)、芯 片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)組成譯碼器電路，芯片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展芯片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(shù)模轉(zhuǎn)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，用于電極 刺激柵異常情況下的安全保護。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于環(huán)形平臺的數(shù)據(jù)采集控制裝置，其特征在于包括有單片機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(shù)模轉(zhuǎn)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(jīng)按鍵輸入電路的三極管(A1015、C1213)變換后，進入單片機；USB接口電路PDIUSBD12(U11)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7545(U10)、I/O接口擴展電路掛在同一條總線上；多個輸入接口擴展芯片74LS244(U5、U6、U9、U12、U13)組成所述的I/O接口擴展電路，分別外接環(huán)形平臺的各個紅外線檢測信號輸入及其它信號輸入，芯片74S139(U17A)、芯片74LS04(U18)、芯片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)組成譯碼器電路，芯片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)的各輸出分別與各個輸入接口擴展芯片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(shù)模轉(zhuǎn)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，用于電極刺激柵異常情況下的安全保護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于環(huán)形平臺的數(shù)據(jù)采集控制裝置，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)、譯碼器電路74S139(U17A)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7545(U10)、直流放大器CA3140(U1)、按鍵輸入電路，可產(chǎn)生電剌激，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低。采用模塊式結(jié)構(gòu)，易于維護，可靠性高。采用單片機可以通過修改系統(tǒng)程序，提高本發(fā)明的環(huán)境適應(yīng)能力，易于移植應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者旭 吳, 周江寧, 白永勝, 陳貴海 申請人:中國科學技術(shù)大學