部分用于将接收自传感部分的可变电压信号转换为方向信号和脉 冲数，并输出至驱动部分的步进电机驱动器，通过步进电机驱动器控制步进电机转动，至少 包括单片机12和步进电机驱动器17。驱动部分用于根据接收自控制部分的方向信号和脉 冲数，驱动载物台上放置的动物实验平台向连接线打圈缠绕的反方向转动，实现连接线的 解旋，包括步进电机20、底盘24、伞形齿轮21、支撑柱22、大轴承23、载物台18和动物实验 平台25。
[0027] 通过将可能打圈缠绕的连接线10 (电线和/或光纤）穿过并固定在传感部分的小 轴承9的内圈（轴承外圈固定在支架上，支架固定在旋转平台外）上，同时通过中央有小 孔的橡皮塞8串联到齿轮系统的小齿轮7上，打圈缠绕的螺旋连接线10产生的扭力会带 动小轴承9内圈及齿轮系统转动，从而使与齿轮系统的大齿轮1相连的电位器3产生角位 移，角位移会让电位器3产生可变电压信号输出，控制部分的单片机12采集该可变电压信 号，并通过该可变电压信号判断连接线打圈缠绕的方向及程度，并以此通过步进电机驱动 器17控制步进电机20驱动载物台18上承载实验动物的动物实验平台25向连接线打圈缠 绕的反方向转动，以解除连接线打圈缠绕产生的螺旋，从而释放连接线上的扭力，达到解旋 目的。
[0028] 以下分别对传感部分、控制部分和驱动部分进行详细介绍。
[0029] 1)传感部分
[0030] 如图2所示，传感部分至少包括小轴承9、橡皮塞8、小齿轮7、大齿轮1、电位器3 和支架4。传感部分主要功能为转换连接线打圈缠绕情况为可变电压信号并输出到控制部 分。小轴承9的外圈固定于支架4上，并通过橡皮塞8与小齿轮7连接；橡皮塞8经过加工 后形成凸字形，中央有小孔，可能打圈缠绕的连接线10被夹在橡皮塞8中央的小孔中；橡皮 塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入小齿轮7的内孔；电位器3固定于支架4上，大齿轮 1固定于电位器3上。
[0031] 橡皮塞8主要功能为夹持待解旋连接线10并连接小轴承9和小齿轮7,小轴承9、 橡皮塞8、小齿轮7和大齿轮1构成了感应打圈缠绕情况的机械感应部分，电位器3将连接 线的打圈缠绕情况转换为可变电压信号，并输出至控制部分。
[0032] 小轴承9为塑料轴承，优选地，内径X外径X厚度为20 X 42 X 12mm，其滚珠采用 玻璃质地的滚珠。这种小轴承小巧轻便，有助于减少旋转力矩。由于该小轴承9是由可能 打圈缠绕的连接线10来带动，且连接线10打圈缠绕能产生的力矩非常小，所以小轴承9的 旋转力矩是越小越好。小轴承9外圈固定于支架（支架固定于旋转平台外）上，并通过橡 皮塞8和齿轮系统的小齿轮7连接到一起。
[0033] 橡皮塞8经过加工后形成凸字形，中央有小孔（小孔大小依据可能打圈缠绕的连 接线而定），橡皮塞8上直径15mm、下直径20mm，可能打圈缠绕的连接线10被牢固的夹在橡 皮塞8中央的小孔中。橡皮塞8大头塞入小轴承9内圈，小头塞入齿轮系统小齿轮7的内 孔。
[0034] 齿轮系统的小齿轮7和大齿轮1均是尼龙齿轮，优选地，小齿轮7的内孔径X外 径X厚度为15 X 22 X 10mm，大齿轮1的内孔X外径X厚度为6 X 102 X 10mm，大齿轮1与 小齿轮7的直径比例为4. 63:1，即小齿轮7旋转一周大齿轮1只旋转0.22周。大齿轮1固 定于轴径6mm的电位器3上。
[0035] 该电位器3为WDC35非接触式数字电位器，线性度为0. 1%，内部装有两个轴承， 旋转力矩〈0. 5mN m。电位器3实际上类似于或等同于一个滑动变阻器，使用时给电位器3 接入5V直流电压，输出电压会根据轴的角位移旋转而变化。可变电压输出由单片机12接 收，单片机12由此判断连接线的螺旋程度及方向，并发出控制信号驱动步进电机20运动。
[0036] 当连接线10打圈缠绕时，带动小轴承9以及大齿轮1与小齿轮7转动，该转动通过 大齿轮1传递到电位器3,从而使电位器3发生角位移；由于设计要求电位器3需要能够判 断打圈缠绕的方向，所以电位器3初始值设在正中位置，即输出为2. 5V电压处。打圈缠绕的 方向（顺时针和逆时针）可由电压输出的变大和变小来确定。如果小轴承9旋转在一圈以 内并不会对实验造成影响，无需解旋，只有小轴承9旋转超过一圈时才需要解旋。小轴承9 旋转一圈，即电位器3旋转0. 22周，电压输出改变I. 08V。所以，电压输出在2. 5±1. 08V (即 1.42-3. 58V)之间时，步进电机20是不需要转动的，只有超出上述范围时才向小轴承9旋转 的反方向驱动平台运动。
[0037] 考虑到动物可能在短时间内旋转多圈，导致电位器3角位移超过360度的情况，本 实用新型提供的自由活动动物实验连接线解旋装置在大齿轮1上进一步粘了一根突出边 缘的有机玻璃棒2,初始位置时（电压输出2. 5V)玻璃棒2突出端正对着小齿轮7与大齿轮 1咬合处，在正对咬合处的大齿轮1侧设置挡板6,将电位器3的旋转范围限制在一圈内，以 防止电位器3旋转超出量程而导致电位器3判断紊乱。这样，电位器3量程被限制为4. 63 圈（±2. 32圈，对小轴承9而言）。若连接线10螺旋超过该量程，则螺旋被保留在连接线 10上等待解旋。如果想要改变电位器3的量程，则可通过改变大、小齿轮的外径比例来实 现。比如将大齿轮1外径改为152mm，则大齿轮1转一周小齿轮7可转6. 91周，量程提高 为±3. 46周（对小轴承9而言）。当然，相应的开始解旋的阈值也要更改2. 5±0. 72V，以 此类推。
[0038] 2)控制部分
[0039] 如图3所示，控制部分至少包括单片机12和步进电机驱动器17,其中单片机12将 电位器3传来的可变电压信号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17,通过步 进电机驱动器17控制驱动部分的步进电机20转动。控制部分主要功能是实现转换电位器 3传来的可变电压信号为步进电机20的驱动信号，单片机12将电位器3传来的可变电压信 号转换为方向信号和脉冲数后输入步进电机驱动器17,通过步进电机驱动器17控制步进 电机20转动。
[0040] 优选地，本实用新型采用Arduino UNO型单片机12,其主要原因是该单片机编程 简单易学易用，可读性强，且该单片机的性能足够达到本实用新型的要求。Arduino上有地 线脚（GND)和5V直流电压输出脚，可以给电位器3供电。电位器3输出的0-5V可变电压 模拟信号由单片机AO引脚接收，这在程序中可以定义，并可改为模拟信号输入端（A0-A5) 的其他引脚。数字信号输入输出端[2]号引脚定义为脉冲信号输出，一个脉冲使步进电机 20转动一步，脉冲上升沿有效，脉冲宽度需大于1.5us。该脉冲输出到驱动器PUL-接口， 脉冲频率可决定步进电机20运行速度。[4]号引脚定义为方向信号输出，高电平使步进电 机20正向转动，即顺时针转动（从前往后看，突出轴为前，下同）；低电平反向转动，即逆 时针转动，信号由驱动器DIR- 口接收。[2]号和[4]号引脚也可换成数字信号输入输出端 ([0]-[13])的其他引脚。驱动器I3UL+和DIR+接口所需的5V直流电压仍由上述5V电压引 脚提供。驱动器使能信号接口 ENA+和ENA-(高电平输入电机可以运转，低电平不能运转） 悬空不接，自动使能。
[0041] 步进电机驱动器17采用M542步进电机驱动器，外接20-50V直流电源，本实用新 型选用24V交流转直流电源供电。剩下的4个接口用来连接步进电机20。A+和A-接口为 一相，分别接红线和绿线；B+和B-接口为一相，分别接黄线和蓝线。以下是本实用新型一 个实施例中控制部分采用的程序：
[0042]
[0044] 开始define三句分别为定义模拟信号输入脚AO用invol表示，脉冲信号输出 脚[2]号脚用pulse表示，方向信号输出脚[4]号脚用direct表示。这样是为了方便以 后换用不同的引脚，直接在这里修改。下面是定义整形变量（int)a和sensor，浮点型变 量（float)voltage，以供后面使用。voltage是用来存储电位器的可变电压输入的。void setup部分是给系统赋初值。Serial, begin(9600)是开启串口，并设置波特率为9600。 pinMode (pulse, OUTPUT)表不设定 pulse ([2]号脚）为输出模式，pinMode (direct, OUTPUT) 表示设定direct ([4]号脚）为输出模式。
[0045] void loop部分为主程序，loop表示只要供电，单片机12就会不断重复执行该程 序。用analogRead指令读入invol (A0引脚）的可变电压输入。由于单片机12只能处理 数字信号，所以该模拟信号会被单片机12采样转化成数字信号，范围是0-1023。为了方便 编程以及提高程序的可读性，本实用新型再把该数值换算成0-5的模拟信号范围，由变量 voltage存储，并用Serial, println(voltage)语句输出显示，以便监控。这里voltag