大鼠双视觉线索训练检测实验装置的制作方法

专利名称：大鼠双视觉线索训练检测实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及动物行为学领域，更具体涉及一种利用图形和颜色视觉线索训练 大鼠学习记忆的系统。适用于在生物物理学、动物行为学、生物医学中以啮齿类动物为模型 的学习能力的视觉训练与检测。
背景技术：
迄今为止，国内外在动物视觉的神经生物学实验上取得了丰富的研究成果，但是 科学界对于生物体面对双视觉线索的研究却只限于经典的模式生物_果蝇。目前还没有关 于啮齿类动物特别是大鼠面对双视觉线索取得相关的研究成果。经检索当前对于果蝇的双视觉线索的研究上所取得的成果为中科院生物物理研 究所和德国马普学会制造的“果蝇飞行模拟器系统”。该飞行模拟器系统的核心装置由以下 三个部分构成一，扭矩测量装置1964年，德国科学家卡尔.盖茨发明了利用电磁感应直接测量家蝇扭矩的实验装 置，1984年德国工程师沃尔夫对其进行改进，利用果蝇飞行扭矩测量。该装置安装有一个电 磁线圈以及铁芯，高频电流和直流电流形成复合电流进入电磁线圈，使铁芯产生高频和恒 强的复合磁场。芯轴上装有一个线圈作为检测线圈，其感应的高频电压经过高通滤波，乘法 器以及低通滤波处理，可以得到反映扭矩角度变化的电压信号。一连接杆的一端连接至芯 轴，连接杆的另外一端有一个V形的金属杆，将果蝇的头部以及背部粘连在V形金属杆上， 果蝇由于头部不能运动，只能扇动翅膀，故而果蝇的飞行扭矩将通过连接杆传至芯轴，当 芯轴转动时检测线圈感应到的高频电压经高通滤波、乘法器以及低通滤波处理，得到反映 角度变化的电压信号。此外该线圈还作为反馈线圈，低频反馈电流经电感施加在该线圈上， 与复合磁场中的恒强磁场分量作用，产生反馈力矩。二，训练圆筒训练圆筒由树脂做成，其可以随着反馈力矩转动，前述从芯轴通过连接杆测量果 蝇飞行扭矩的V形金属杆深入至训练圆筒中心，并以训练圆筒为中心将训练圆筒分成四个 象限，在训练圆筒内壁的每个象限的中心处，可以贴上由EpSOnPH0T0710型彩色激光打印 机打出来的一个视觉图形；然后在每个图形所在的象限用Cary 5E型可见光分光光度计投 射不同波长的光，这样就形成了有颜色的图形。通过调节Cary 5E型可见光分光光度计，可 以改变被投射颜色的强度和颜色的波长。三，红外热击装置红外热击装置由电脑控制的发射红外光，其红外光的聚焦点在前述连接杆的末端 V形金属杆粘连的果蝇的背部，当果蝇背部和头部被V形金属杆粘住，其在训练圆筒中飞行 时就会对连接杆产生一定的扭矩，该扭矩被扭矩探测装置探测到，从而由扭矩补偿装置带 动训练圆筒反方向转动。训练圆筒上和外接的设备可以产生一组具有颜色的图形，从而呈 现在果蝇的视觉中，当果蝇朝着之前定义的错误的图形飞行时，电脑探测到从而开动红外
6热击装置对果蝇发出一个热惩罚。以上装置的弊端是不能适用于啮齿类动物，因为将啮齿类动物用固定身体的方 式，检测其运动的扭矩，那样动物会由于难受而乱动，从而严重影响检验的结果，对于啮齿 类动物应当检测其自由活动状态下的行为而不是被动的行为。经检索，未见到一种单纯用 于大鼠或者其他啮齿类动物的双视觉线索学习系统或装置被公开或使用。
发明内容本实用新型的目的是在于提供了一种大鼠双视觉线索训练检测实验系统，(单纯 用于大鼠的双视觉线索的学习)该学习系统具有给于大鼠单纯的颜色刺激或者单纯的形 状刺激或者颜色+图形的复合刺激等不同的学习模式，此外本套学习系统还可外接摄像设 备以全程监测动物状态，实现易拆卸，可外延其它实验设备，操作自动化，训练过程简单、直 观、稳定，显示数据准确。为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术措施电机驱动单元(1)、双线索显示单元(2)、足底电击单元(3)、自动给水控制单元 (4)、数据接收与显示单元(5)、训练圆筒(15)、踩踏板(18)、外臂(19)、白光LED (56)，其特 征在于电机驱动单元中(1)中的第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机 (12c)、第四步进电机(12d)依次分别与第一步进电机驱动器(13a)、第二步进电机驱动器 (13b)、第三步进电机驱动器(13c)、第四步进电机驱动器(13d)连接，第一步进电机驱动器 (13a)的接线口 13aA+和13aA_、第二步进电机驱动器(13b)接线口 13bA+和13bA_、第三步 进电机驱动器(13c)接线口 13cA+和13cA-、第四步进电机驱动器(13d)接线口 13dA+和 13dA-依次分别接第一步进电机(12a)的A相绕组的正负端、第二步进电机(12b)的A相绕 组的正负端、第三步进电机(12c)的A相绕组的正负端、第四步进电机(12d)的A相绕组的 正负端，第一步进电机驱动器(13a)的接线口 13aB+和13aB_、第二步进电机驱动器(13b) 接线口 13bB+和13bB-、第三步进电机驱动器(13c)接线口 13cB+和13cB_、第四步进电机驱 动器(13d)接线口 13dB+和13dB-依次分别接第一步进电机(12a)的B相绕组的正负端、 第二步进电机(12b)的B相绕组的正负端、第三步进电机(12c)的B相绕组的正负端、第 四步进电机(12d)的B相绕组的正负端，第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步 进电机(12c)、第四步进电机(12d)的转动轴分别通过第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三 套锁(7c)、第四套锁(7d)插入到第一转动盘(8a)、第二转动盘(Sb)、第三转动盘(Sc)、第 四转动盘(8d)中，第一转动盘(8a)、第二转动盘(Sb)、第三转动盘(Sc)、第四转动盘(8d) 的前端的中心分别连接第一金属圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第 四金属圆片(IOd)，第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四 步进电机(12d)的转动轴分别穿过第一金属圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆 片(10c)、第四金属圆片(IOd)，第一转动盘(8a)、第二转动盘(Sb)、第三转动盘(Sc)、第四 转动盘(8d)与第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第四套锁(7d)之间用螺丝 固定，第一步进电机驱动器(13a)的电源接口 13aV+和13aGND、第二步进电机驱动器(13b) 的电源接口 13bV+和13bGND、第三步进电机驱动器(13c)的电源接口 13cV+和13cGND、第 四步进电机驱动器(13d)的电源接口 13dV+和13dGND分别与24V5A恒压电源(23)的正 极和接地端相连，第一步进电机驱动器(13a)的13aDir-接口与单片机微处理器(28)的Pl. 0相连，13aENA-接口与单片机微处理器(28)的Pl. 1相连，13a Pul-接口与单片机微 处理器(28)的P0. 0相连，第二步进电机驱动器(13b)的13bDir-接口与单片机微处理器 (28)的Pl. 2相连，13b ENA-接口与单片机微处理器(28)的Pl. 3相连，13bPul_接口与单 片机微处理器(28)的P0. 0相连，第三步进电机驱动器(13c)的13c Dir-接口与单片机微 处理器(28)的？1.4相连，13战嫩-接口与单片机微处理器(28)的Pl. 5相连，13cPul_接 口与单片机微处理器(28)的P0. 0相连，第四步进电机驱动器(13d)的13d Dir-接口与 单片机微处理器(28)的？1.6相连，13(^嫩-接口与单片机微处理器(28)的Pl. 7相连， 13dPul-接口与单片机微处理器(28)的P0. 0相连，第一步进电机驱动器(13a)的13aENA+、 13aDir+、13aPul+接口、第二步进电机驱动器(13b)的 13bENA+、13bDir+、13bPul+接口、第 三步进电机驱动器(13c)的13cENA+、13cDir+、13cPul+接口、第四步进电机驱动器(13d) 的13dENA+、13dDir+、13dPul+接口与5V2A恒压电源(24)的正极相连，5V2A恒压电源(24) 负极接地；足底电击单元(3)中第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继 电器(27c)、第四固态继电器(27d)的负载端正极和0-40V可调恒压电源(26)的正极相连； 第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器 (27d)的负载端负极分别与第一外延展臂(20)的第一金属铜棒(36a)、第二外延展臂(20b) 的第二金属铜棒(36b)、第三外延展臂(20c)的第三金属铜棒(36c)、第四外臂延展臂(20d) 的第四金属铜棒(36d)连接；将第一金属饮水管(30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮 水管(30c)、第四金属饮水管(30d)分别插入第一金属饮水管插孔(41a)、第二金属饮水管 插孔(41b)、第三金属饮水管插孔(41c)、第四金属饮水管插孔(41d)中；第一金属饮水管 (30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮水管(30c)、第四金属饮水管(30d)分别用导线 与0-40V可调恒压电源(26)的负极相连，第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、 第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)控制端负极接地；第一固态继电器(27a)、第 二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)控制端正极分别与单 片机微处理器(28)的P2. 4-P2. 7相连； 自动给水控制单元⑷中第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀 (29c)、第四电磁阀(29d)分别与12V1A恒压电源(25)的正极和第一 NPN型三极管(46a) 的集电极C、第二 NPN型三极管(46b)的集电极C、第三NPN型三极管(46c)的集电极C、第 四NPN型三极管(46d)的集电极C相连，12V1A恒压电源(25)负极与第一 NPN型三极管 (46a)的发射极Ε、第二 NPN型三极管(46b)的发射极Ε、第三NPN型三极管(46c)的发射 极E、第四NPN型三极管(46d)的发射极E共接地；第一 NPN型三极管(46a)的基极B、第二 NPN型三极管(46b)的基极B、第三NPN型三极管(46c)的基极B、第四NPN型三极管(46d) 的基极B分别连接第一 470 Ω电阻(44a)、第二 470 Ω电阻(44b)、第三470 Ω电阻(44c)、 第四470 Ω电阻(44(1)，第一 470 0电阻(44a)、第二 470 Ω电阻(44b)、第三470 Ω电阻 (44c)、第四470 Ω电阻(44d)的另一端分别与单片机微处理器(28)的P2. 0、P2. 1、P2. 2、 P2. 3相连；第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀(29c)、第四电磁阀(29d)进 水口分别和第一进水接头(48a)、第二进水接头(48b)、第三进水接头(48c)、第四进水接头 (48d)连接；第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀(29c)、第四电磁阀(29d)出 水口分别和第一出水接头(49a)、第二出水接头(49b)、第三出水接头(49c)、第四出水接头 (49d)连接；第一进水接头(48a)、第二进水接头(48b)、第三进水接头(48c)、第四进水接头(48d)分别和第一塑料进水管(34a)、第二塑料进水管(34b)、第三塑料进水管(34c)、第 四塑料进水管(34d)相连，第一塑料进水管(34a)、第二塑料进水管(34b)、第三塑料进水管 (34c)、第四塑料进水管(34d)的另外一端连到装置总水源(47)；第一出水接头(49a)、第二 出水接头(49b)、第三出水接头(49c)、第四出水接头(49d)分别和第一塑料出水管(35a)、 第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)连接；第一塑料出水 管(35a)、第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)的另一端 分别与第一金属饮水管(30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮水管(30c)、第四金属饮 水管(30d)连接。(1)训练单元的确定。实验装置是一个内径为36cm，外径为36. 8cm，高度为50cm 的内壁贴黑的训练圆筒，训练圆筒底部有四个两两正对的内凹的支架脚，训练圆筒内部的 底部是一个直径35cm的底部中空的圆盘，底部中空的圆盘恰好可以搁在底部的四个两两 正对的内凹的支架脚上；底部中空的圆盘中间有一个直径为IOcm的底部中空圆盘中心圆 孔，一个直径为IOcm的踩踏板的背面粘有3个轻质杆并搁在开关阵列上，踩踏板的正面恰 好可以放置在底部中空的圆盘中直径为IOcm的底部中空圆盘中心圆孔中。当大鼠脚部触 碰踩踏板，其力恰好可以启动踩踏板背面的开关阵列，从而使整套实验装置开始工作。在圆 筒外部的离底部12. 4cm处有四个两两正对的直径8cm的圆孔，在圆筒的外部，以每个圆孔 为中心，有一个长为9. 69cm，宽为10cm，高为12. 4cm的外臂。与外臂相连接的是一个长为 9cm，宽为8cm，高为11. 4cm的外延展臂，外臂和外延展臂的下面铺满金属铜棒，外延展臂的 顶部开有两个直径不同的圆形孔，直径为1.6cm的圆形口可插入红外传感器，靠近外臂顶 部末端的是直径Icm的圆形口，圆形口可插入金属饮水管。外臂和外延展臂之间用一个直 径Φ4的螺丝固定。(2)大鼠路径的确定。通过安装在外臂顶部的红外传感器，区分大鼠是否进入外 臂，即在的外延展臂的顶部，离圆筒壁5. 2cm处安装一个红外传感器。当大鼠进入的外延展 臂饮水时，外延展臂顶部的红外传感器将检测到大鼠，红外传感器信号端向单片机微处理 器输出高电压信号，如大鼠没有进入外臂，外臂顶部的红外传感器则没有信号输出。(3)足底电激单元。足底电击单元由四部分构成0-40V可调恒压电源、外臂和外 延展臂下端的金属铜棒、外延展臂顶部的金属饮水管、固态继电器。外臂下端的金属铜棒和 0-40V可调恒压电源正极相连，外延展臂顶部的金属饮水管与固态继电器负载端正极相连， 固态继电器负载端负极与恒流0-40V可调恒压电源的负极相连；固态继电器控制端正极与 单片机微处理器相连，固态继电器控制端负极接地。(4)自动给水控制单元。自动给水控制单元由九个部分构成电磁阀、NPN型三极 管、470 Ω电阻、12V直流恒压电源、金属饮水管、PC4-02型进水接头与出水接头、透明水管、 装置总水源。电磁阀的一端与12V直流恒压电源的正极相连，电磁阀的另外一端与NPN型 三极管集电极C相连，NPN型三极管的发射极E接地，基极B与470Ω电阻相连，470Ω电阻 的另外一端作为信号端与单片机微处理器相连。电磁阀的进水口和出水口用PC4-02型接 头拧紧，进水接头和出水接头均与直径4mm的透明水管相连，进水口一端水管的另一边与 装置总水源相通；出水口一端的水管的另一边与金属饮水管相连。(5)双线索显示单元。步进电机随机转动会通过自身的转动轴带动固定在转动轴 上的转动盘转动，与步进电机的转动轴固定在一起的转动盘上有两个相隔120°的，边长为
94cm，深度为Imm的正方形凹槽，凹槽中可以放置不同型号的滤色片，在两个正方形的凹槽 上分别覆盖一个刻有三角形和圆形的边长为7. 5cm的正方形隔板，正方形隔板与转动盘之 间通过4个直径Φ4螺丝固定。静止时，转动盘每次中心定标脚位于电机支架上中心红色 标记处，步进电机每次转动60°，步进电机每次转动时，与转动盘上另外的两个定标脚会精 确地与电机支架上中心红色标记正对，这样被固定在转动盘上带有滤色片的并且刻有图形 的正方形隔板同时也会精确地被转动到和外延展臂末端正对。在转动盘的另外一端，一根 光纤被固定在正对于圆筒外延展臂的末端。转动盘与步进电机转动轴之间通过套锁和金属 圆片连接，该套锁可以固定于步进电机转动轴上并用螺丝固定，套锁的两翼上分别有2个 直径Φ4的圆孔，套锁的两翼、转动盘以及转动盘另一端的具有三个直径为Φ4的圆孔的金 属小圆片一起用直径为Φ4的螺丝固定。(6)白光光源。本实验装置中用到的白光光源是350W可调节强度的医用氙灯光 源，该医用氙灯光源色温6000K，像平面照度大于200000LX，用一根单头四分叉光纤连接。(7)电机驱动单元。本实验装置中用于带动转动盘转动的电机为57BYGH633-13型 两相3A步进电机，该电机最小步进角为0. 9°，最大相电流3A，复位时扭矩为13. 5kg. cm,电 机转动轴长为29mm，电机转动轴直径为Φ 6. 35，步进电机的A相绕组和B相绕组的四根导 线分别连接步进电机驱动器的A+，A-, B+, B-接口。步进电机驱动器的PUL-，DIR-, ENA-与 单片机微处理器相连接，步进电机驱动器的PUL+，DIR+, ΕΝΑ+，连接5V2A的恒压电源的正 极。步进电机驱动器的+V接口和GND接口分别连接24V5A恒压电源正极和接地。(8)数据接收和处理以及显示单元。采用51系列的C8051F020单片机微处理器控 制整个系统，采用12864Η液晶显示模块作为显示单元。(9)设备供电电源。整个实验装置不同部位由不同的电源供电。24V5A恒压电源 正极与负极与步进电机驱动器相连接，该恒压电源通过步进电机驱动器给步进电机供电； 12V1A恒压电源的正极与电磁阀相连，负极接地，该恒压电源提供给电磁阀启动电压；5V2A 的恒压电源的正极分别与单片机微处理器、传感器、步进电机驱动器、IOK下拉电阻相连接； 0-40V可调恒压电源分别与固态继电器和实验装置外延展臂下端的金属铜棒相连。该系统中作为线索的颜色与形状可根据具体实验的要求给与不同选取，其可以实 现大鼠放入装置之后操作自动化，实验者可以放入“不管”；圆筒型外加四个外延臂设计提 供大鼠丰富的视觉环境与均勻稳定的背景环境、可以有效的消除弱刺激条件下带来的位置 偏好；当训练或者检测完毕后，实验系统可自动发光报警；并且所给予的图形的颜色强度 可以通过调节两片偏振膜的相互之间的角度，从而改变氙灯光纤中入射光的光强来实现， 这样做避免了购买滤光片等昂贵的光学器件，从而有效的控制成本。本实用新型具有以下优点和效果(1)大鼠选择行为的优化大鼠不必像在传统的T迷宫、Y迷宫中做选择的那样，面 临非此即彼的视觉线索即要做出选择，由于外延有4个臂，大鼠的视觉环境可以得到极大 的丰富，并且可以根据不同的实验范式进行选择多样化选择。(2)避免了在弱刺激条件下，当大鼠在传统的T迷宫、Y迷宫中面临非此即彼的选 择时容易出现左右偏好这一致命弊端。采取圆筒型设计，使得在T迷宫、Y迷宫中由于角度 等带来的其他视觉线索，大鼠在训练场中的视觉背景均一致。(3)实验的无人化，大鼠每做一次选择之后，可自己踩动启动开关，系统自动开始工作，而不需要每做一次实验，人为地把大鼠拿出来，再重新放进实验装置，该装置排除了 上述人为因素的干扰，实验可信性提高。(4)实验装置自动记录大鼠每次进入外臂所对应的图形和颜色的次数，避免了在 统计数据时，长时间观察大鼠行为视频录像的繁琐的操作，使实验操作更加简单。(5)通过单片机微处理器，将大鼠每次进入外臂的数据文件传送至指定的液晶显 示屏，读数简单，直观。(6)可外延其他设备，结构简单，操作自动化，检测稳定，数据准确，易于清扫以及 故障排查。

图1为一种大鼠双视觉线索训练检测实验系统结构示意图图2为一种大鼠双视觉线索训练检测实验系统的构造示意图图3为训练圆筒结构示意图4为训练圆筒俯视图图5为训练圆筒侧视图图6为训练圆筒仰视图图7为足底电激单元连接示意图图8为自动给水单元连接示意图图9为外延展臂连接示意图图10为转动盘结构示意图图11为刻有三角圆形的隔板结构示意图图12为刻有圆形的隔板正面结构示意图图13为转动盘及其连接装置过程示意图图14转动盘及其连接装置结果示意图图15为踩踏板与轻质杆连接示意图图16为开关阵列示意图图17为踩踏板与开关阵列以及屏蔽盒连接方式示意图图18为一种单片机程序总体流程示意图其中1_电机驱动单元中、2-双线索显示单元、3-足底电击单元、4-自动给水控 制单元、5-数据接收与显示单元、6-正方形隔板、7-套锁、8-转动盘、9-正方形凹槽、10-金 属圆片，11-定标角、12-步进电机(常州合泰电机电器有限公司57BYGH633-13型)、13-步 进电机驱动器(深圳雷塞机电技术开发有限公司的M542型)、14_内凹的支架脚、15-训练 圆筒、16-底部中空圆盘、17-底部中空圆盘中心圆孔、18-踩踏板、19-外臂、20-外臂延展 臂、21-外臂大凹槽、22-外臂小凹槽、23-24V5A恒压电源、24-5V2A恒压电源、25-12V1A恒压 电源、26-0-40V可调恒压电源、27-固态继电器(SSR-10DD 10A)、28_单片机微处理器(西 安铭朗电子科技有限责任公司80C51F020)、29-电磁阀、30-金属饮水管、31-红外传感器 (南京施科传感器有限责任公司GY10-W3-3E4)、32_液晶显示屏、33-轻质杆、34_4号塑料 进水管、35-4号塑料出水管、36-金属铜棒、37-圆筒外壁圆孔、38-铁屏蔽盒、39-外延展臂 支脚、40-传感器插孔、41-金属饮水管插孔、42-电机支架、43-开关阵列、44-470 Ω电阻、45-10K Ω上拉电阻、46-ΝΡΝ型三极管、47-装置总水源、48-进水接头、49-出水接头、50-氙 灯光源、51-四分叉光纤、52-偏振膜、53-蓝色滤色片QB29、54-绿色滤色片LB1、55-红色标 记、56-白光LED
具体实施方式
实施例1
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述根据图1、图2可知，一种大鼠双视觉线索训练检测实验系统，该系统主要包括电 机驱动单元中1、双线索显示单元2、足底电击单元3、自动给水控制单元4、数据接收与显示 单元5、训练圆筒15、氙灯光源50。其连接关系和作用如下电机驱动单元中1中的第一步 进电机12a、第二步进电机12b、第三步进电机12c、第四步进电机12d依次分别与第一步进 电机驱动器13a、第二步进电机驱动器13b、第三步进电机驱动器13c、第四步进电机驱动器 13d相连接。第一步进电机驱动器13a的接线口 13aA+和13aA_、第二步进电机驱动器13b 接线口 13bA+和13bA-、第三步进电机驱动器13c接线口 13cA+和13cA_、第四步进电机驱 动器13d接线口 13dA+和13dA-依次分别接第一步进电机12a的A相绕组的正负端、第二 步进电机12b的A相绕组的正负端、第三步进电机12c的A相绕组的正负端、第四步进电机 8d的A相绕组的正负端。第一步进电机驱动器13a的接线口 13aB+和13aB_、第二步进电机 驱动器13b接线口 13bB+和13bB-、第三步进电机驱动器13c接线口 13cB+和13cB_、第四 步进电机驱动器13d接线口 13dB+和13dB-依次分别接第一步进电机12a的B相绕组的正 负端、第二步进电机12b的B相绕组的正负端、第三步进电机12c的B相绕组的正负端、第 四步进电机12d的B相绕组的正负端。第一步进电机12a、第二步进电机12b、第三步进电 机12c、第四步进电机12d的转动轴分别通过第一套锁7a、第二套锁7b、第三套锁7c、第四 套锁7d插入到第一转动盘8a、第二转动盘Sb、第三转动盘Sc、第四转动盘8d。第一转动盘 8a、第二转动盘Sb、第三转动盘Sc、第四转动盘8d的前端的中心分别是第一金属圆片10a、 第二金属圆片10b、第三金属圆片10c、第四金属圆片10d。第一步进电机12a、第二步进电 机12b、第三步进电机12c、第四步进电机12d的转动轴同样也分别穿过第一金属圆片10a、 第二金属圆片10b、第三金属圆片10c、第四金属圆片10d。第一金属圆片10a、第二金属圆 片10b、第三金属圆片10c、第四金属圆片IOd与第一转动盘8a、第二转动盘Sb、第三转动盘 8c、第四转动盘8d之间，第一转动盘8a、第二转动盘8b、第三转动盘8c、第四转动盘8d与 第一套锁7a、第二套锁7b、第三套锁7c、第四套锁7d之间用3个直径Φ4的螺丝固定。第 一步进电机驱动器13a的电源接口 13aV+和13aGND、第二步进电机驱动器13b的电源接口 13bV+和13bGND、第三步进电机驱动器13c的电源接口 13cV+和13cGND、第四步进电机驱动 器13d的电源接口 13dV+和13d GND分别外接24V5A恒压电源23的正极和接地端。第一 步进电机驱动器13a的13a Dir-接口与单片机微处理器28的Pl. 0相连，13aENA_接口与 单片机微处理器28的Pl. 1相连，13a Pul-接口与单片机微处理器28的P0. 0相连；第二 步进电机驱动器13b的13b Dir-接口与单片机微处理器28的Pl. 2相连，13b ENA-接口与 单片机微处理器28的Pl. 3相连，13bPul-接口与单片机微处理器28的P0. 0相连；第三步 进电机驱动器13c的13c Dir-接口与单片机微处理器28的Pl. 4相连，13cENA_接口与单 片机微处理器28的Pl. 5相连，13cPul-接口与单片机微处理器28的P0. 0相连；第四步进电机驱动器13d的13d Dir-接口与单片机微处理器28的Pl. 6相连，13d ENA-接口与单片 机微处理器28的Pl. 7相连，13d Pul-接口与单片机微处理器28的P0. 0相连。第一步进 电机驱动器13a的13aENA+、13aDir+、13aPul+接口、第二步进电机驱动器13b的13bENA+、 13bDir+、13bPul+接口、第三步进电机驱动器 13c 的 13cENA+、13cDir+、13cPul+接口、第四 步进电机驱动器13d的13dENA+、13dDir+、13dPul+接口与外接5V2A恒压电源24的正极相 连，5V2A恒压电源24负极接地。根据图10、图11、图12、图13、图14可知，一种双线索显示单元2中转动盘以及与 转动盘连接的相关零件的连接关系是电机驱动单元1中的第一、第二、第三、第四步进电 机驱动器13A、13B、13C、13D采用的是深圳雷塞机电技术开发有限公司的M542型步进电机 驱动器，第一、第二、第三、第四步进电机12&、128、12(、120采用的是常州合泰电机电器公 司的57BYGH633-13型2相3A步进电机，其步进角为1. 8°，复位时扭矩为13. 5kg. cm。M542 型步进电机驱动器的工作峰值电流范围为1. OA-4. 2A，输出电流共有8档，每档电流可通过 步进电机驱动器上带有的SW1-SW3三个档位的状态调节，其微步细分数有15种，具体细分 步数可通过步进电机驱动器上带有的SW5-SW8四个档位的状态调节，SW4的状态决定半流 或者全流模式，M542型步进电机驱动器为直流24V供电。步进电机驱动器的步数和工作电 流的确定要根据步进电机的性能来确定，本系统中考虑到随着电机转动的转动盘质量比较 轻，并且转动盘的转动需要平稳的进行，转动的角度需要比较准确，因而设置型步进电机驱 动器的 SWl、Sff2, Sff3, Sff4, Sff5, Sff6, Sff7, SW8 分别为 on/off/on/off/ofT/on/on/on。根据图3、图4、图5、图6可知，训练圆筒15是一个内径为36cm,外径为36. 8cm,高 度为50cm的内壁贴黑的中空的圆筒，训练圆筒15底部有四个两两正对的内凹的支架脚14 第一内凹的支架脚14a、第二内凹的支架脚14b、第三内凹的支架脚14c、第四内凹的支架脚 14d。训练圆筒15内部的底部是一个直径36cm的底部中空圆盘16，底部中空圆盘16恰好 可以搁在底部内凹的第一支架脚14a、内凹的第二支架脚14b、内凹的第三支架脚14c、内凹 的第三支架脚14d上；底部中空圆盘16中间是一个直径为IOcm的底部中空圆盘中心圆孔 17，底部中空圆盘中心圆孔17恰好可以放置图6中所描述的搁在开关阵列43上的直径为 IOcm的踩踏板18。在离圆筒外底部12. 4cm处有四个两两正对的直径8cm的圆筒外壁圆孔 37 第一圆筒外壁圆孔37a、第二圆筒外壁圆孔37b、第三圆筒外壁圆孔37c、第四圆筒外壁 圆孔37d。在训练圆筒15的外部，分别以外第一圆筒外壁圆孔37a、第二圆筒外壁圆孔37b、 第三圆筒外壁圆孔37c、第四圆筒外壁圆孔37d为中心，各有一个长为9cm、宽为10cm、高为 12. 4cm的第一外臂19a、第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d，第一外臂19a、第二外 臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d的下面分别铺满金属铜棒36a、金属铜棒36b、金属铜棒 36c、金属铜棒36d，分别在外臂19a、外臂19b、外臂19c、外臂19d的顶部的中心开一个长为 56cm,宽为16cm的第一外臂大凹槽21a、第二外臂大凹槽21b、第三外臂大凹槽21c、第四外 臂大凹槽21d和离右边缘17. 6cm,离外边缘4cm处的一个长为80cm，宽为4cm第一外臂小 凹槽22a、第二外臂小凹槽22b、第三外臂小凹槽22c、第四外臂小凹槽22d。第一外臂19a、 第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d的底部与之前所述的搁在底部内凹的第一支架 脚9a、内凹的第二支架脚％、内凹的第三支架脚9c、内凹的第四支架脚9d上的底部中空圆 盘16恰好在同一水平面上。由图3、图4、图5、图6可知，训练圆筒15包括第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d，第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延 展臂15c、第四外延展臂15d分别与第一外臂19a、第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂 19d相连(长为90cm，宽为88cm，高度为144cm)，在第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、 第三外延展臂15c、第四外延展臂15d顶端的对称轴上装有直径为1. 6cm的第一传感器插孔 40a、第二传感器插孔40b、第三传感器插孔40c、第四传感器插孔40d。在离第一外延展臂支 脚39a、第二外延展臂支脚39b、第三外延展臂支脚39c、第四外延展臂支脚39d端15cm的对 称轴上分别装有直径为Icm的第一金属饮水管插孔41a、第二金属饮水管插孔41b、第三金 属饮水管插孔41c、第四金属饮水管插孔41d。在离第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、 第三外延展臂15c、第四外延展臂15d顶端右边缘1. 4cm处有一个直径为Φ4的螺丝孔，通 过该螺丝孔的螺丝可以分别插到第一外臂小凹槽22a、第二外臂小凹槽22b、第三外臂小凹 槽22c、第四外臂小凹槽22d中，从而可以实现延展臂的伸缩条件下的固定功能。第一外延 展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d均中空，离第一外延展臂 15a、第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d顶端9. 4cm处有相隔0. 8cm 的直径为Φ3的小孔，这些小孔中插入供足底电击用的金属铜棒36。第一外延展臂15a、 第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d的下端分别与第一外延展臂支脚 39a、第二外延展臂支脚39b、第三外延展臂支脚39c、第四外延展臂支脚39d相连。 根据图2、图10、图13、图14可知，双线索显示单元2包括正方形隔板6、套锁7、转 动盘8、转动盘凹槽9、金属圆片10、定标角11、氙灯光源50、四分叉光纤51、偏振膜52、蓝 色滤色片QB2953、绿色滤色片LB154。第一步进电机12a、第二步进电机12b、第三步进电机 12c、第四步进电机12d的转动轴分别用直径Φ4的螺丝与第一套锁7a、第二套锁7b、第三 套锁7c、第四套锁7d固定在一起，第一套锁7a、第二套锁7b、第三套锁7c、第四套锁7d的两 翼分别与第一转动盘8a、第二转动盘Sb、第三转动盘Sc、第四转动盘8d、第一金属圆片10a、 第二金属圆片10b、第三金属圆片10c、第四金属圆片IOd用直径Φ4的螺丝固定在一起。在 第一转动盘8a、第二转动盘Sb、第三转动盘Sc、第四转动盘8d上各有两个互成120°的边 长为4cm、深度为Imm的第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2，第三正方形凹槽9bl、第 四正方形凹槽％2，第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2，第七正方形凹槽9dl、第八正 方形凹槽9d2。第一正方形凹槽9al、第三正方形凹槽9bl、第五正方形凹槽9cl、第七正方 形凹槽9dl均放置厚度Imm的蓝色滤色片QB2953，与蓝色滤色片QB2953紧挨着的是两片 互成角度的第一偏振膜52a，偏振膜52的作用是利用物理偏振光的原理通过改变两片偏振 膜之间的角度来降低透射光的强度。第二正方形凹槽9a2、第四正方形凹槽％2、第六正方 形凹槽9c2、第八正方形凹槽9d2放置厚度Imm的绿色滤色片LB154，绿色滤色片LB154同 样紧挨着两片互成角度的偏振膜52b。第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2，第三正 方形凹槽9bl、第四正方形凹槽％2，第三正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2，第七正方形 凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2的上下底边分别与第一转动盘8a的第一定标角llal、第二 定标角1 Ibl，第二转动盘8b的第一定标角lla2、第二定标角llb2，第三转动盘8c的第一 定标角lla3、第二定标角lb3，第四转动盘8d的第一定标角lla4、第二定标角llb4的角平 分线相垂直。在第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2、第三正方形凹槽9bl、第四正方 形凹槽％2、第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2、第七正方形凹槽9dl、第八正方形凹 槽9d2每条边的中心相隔0. 45cm处各有一个直径Φ4螺丝孔。在第一正方形凹槽9al、第三正方形凹槽％1、第五正方形凹槽9cl、第七正方形凹槽9dl上分别覆盖一个刻有边长为 2cm三角形孔的边长为7. 5cm的第一正方形隔板6al、第三正方形隔板6bl、第五正方形隔 板6cl、第七正方形隔板6dl ；在第二正方形凹槽9a2、第四正方形凹槽9b2、第六正方形凹槽 9c2、第八正方形凹槽9d2上分别覆盖一个刻有直径为1. 5cm圆形孔的边长为7. 5cm的第二 正方形隔板6a2、第四正方形隔板6b2、第六正方形隔板6c2、第八正方形隔板6d2。离第一 正方形隔板6al、第二正方形隔板6a2、第三正方形隔板6bl、第四正方形隔板6b2、第五正方 形隔板6cl、第六正方形隔板6c2、第七正方形隔板6dl、第八正方形隔板6d2的每条边的中 心0. 45cm处有一个直径Φ4的螺丝孔。第一正方形隔板6al、第二正方形隔板6a2、第三正 方形隔板6bl、第四正方形隔板6b2、第五正方形隔板6cl、第六正方形隔板6c2、第七正方形 隔板6dl、第八正方形隔板6d2分别盖住第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2、第三正 方形凹槽9bl、第四正方形凹槽％2、第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2、第七正方形 凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2并分别与第一转动盘8a，第二转动盘8b，第三转动盘8c，第 四转动盘8d之间通过4个直径为Φ4螺丝固定。所述的双线索显示单元(2)中第一转动盘(11a)、第二转动盘(lib)、第三转动 盘(11c)、第四转动盘(Ild)采用第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第图套 锁(7d)和第一金属圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第四金属圆片 (IOd)用螺丝分别与第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四 步进电机(12d)的转动轴连接。在每个转动盘的上部有3个定标角第一定标角11a、第二 定标角lib、第三定标角Ilc (如图10)，第一转动盘8a的第一定标角1 Ial、第二定标角Ilbl 的角平分线分别与第一正方形凹槽9al以及第二正方形凹槽9a2的上下底边垂直，第一转 动盘8a的第三定标角Ilcl的角平分线是第一转动盘8a的中线；第二转动盘8b的第四定标 角lla2、第五定标角llb2的角平分线分别于第三正方形凹槽9bl以及第四正方形凹槽9b2 的上下边垂直，第二转动盘8b的第六定标角llc2的角平分线是第二转动盘8b的中线；第 三转动盘8c的第七定标角lla3、第八定标角llb3的角平分线分别与第五正方形凹槽9cl、 第六正方形凹槽9c2的上下边垂直，第三转动盘8c的第九定标角llc3的角平分线是第三 转动盘8c的中线；第四转动盘8d的第十定标角lla4、第十一定标角llb4的角平分线分 别与第七正方形凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2的上下边垂直，第四转动盘8d的第十二定标 角llc4的角平分线是第四转动盘8d的中线。在第一电机支架42a、第二电机支架42b、第三电机支架42c、第四电机支架42d的 上方正中心处分别固定一个第一红色标记55a、第二红色标记55b、第三红色标记55c、第四 红色标记55d。每次实验时，将第三定标角llcl、第六定标角llc2、第九定标角llc3、第十二 定标角llc4分别与第一红色标记55a、第二红色标记55b、第三红色标记55c、第四红色标记 55d对齐以保证转动盘在竖直方向。电机每次从对称轴位置随机沿顺时针或者逆时针转动 60°，这样，刻有相应图形的正方形隔板就会恰好转动到竖直向下的方向(如图2)，由于正 方形隔板的背面是从光纤中出射的白色光，并且正方形隔板与转动盘凹槽之间镶嵌有不同 颜色的滤色片，因此在训练筒外臂中从正方形隔板的正面看去，因此转动盘上呈现的是一 个“绿颜色三角形”或者“蓝颜色的圆形”。通过调节偏振膜52的相对角度，可以改变从四 分叉光纤51中出射的白光的强度。图15为踩踏板与轻质杆连接示意图；图16是开关阵列示意图，图17是踩踏板与
15开关阵列以及屏蔽盒连接方式示意图；图5为连接了开关阵列的踩踏板在训练圆筒中的 仰视图。本装置中使用的是德国欧姆龙公司生产的单通式微动开关。该开关阵列43由9 个微动开关组成，分别是第一开关43a、第二开关43b、第三开关43c、第四开关43d、第五开 关43e、第六开关43f、第七开关43g、第八开关43h、第九开关43i。第一开关43a、第二开 关43b、第三开关43c、第四开关43d、第五开关43e、第六开关43f、第七开关43g、第八开关 43h、第九开关43i分别用树脂胶固定在铁屏蔽盒25的盖子上，所有的开关分成两层，其中 第一开关43a、第二开关43b、第三开关43c在内层；第四开关43d、第五开关43e、第六开关 43f、第七开关43g、第八开关43h、第九开关43i在外层，在铁屏蔽盒38的盖子上有三个相 互等距的直径为Φ5的螺丝孔和中心处一个直径为Φ 16的圆孔。在踩踏板18上按照铁屏 蔽盒38的盖子上三个螺丝孔的方位固定3个轻质杆33，轻质杆33插入螺丝孔里，使得踩踏 板18与开关阵列43中每个开关相接触。第一开关43a、第二开关43b、第三开关43c、第四 开关43d、第五开关43e、第六开关43f、第七开关43g、第八开关43h、第九开关43i采取并联 方式连接，并且所有的连线从中间的圆孔穿进去，与铁屏蔽盒38内的单片机微处理器28相 连。由于开关阵列43采取两层设计，故而当踩踏板18无论从哪个方位轻微的按动时开关 阵列43均会处于导通状态。为保证实验正常进行，降低实验过程中出现的断电、系统由于电磁阀磁场的磁干 扰而造成错乱的几率，保证实验能够顺利进行，要求(1)整个实验装置中的导线均标号并包入绝缘的橡胶套中。这样既避免了众多导 线容易接线错误，同时也避免了导线暴露于实验装置之外而引起的人为地触碰导致的断 路等问题。(2)实验开始时，第三定标角llcl、第六定标角llc2、第九定标角llc3、第十二定 标角llc4应分别和第一电机固定铁架37a、第二电机固定铁架37b、第三电机固定铁架37c、 第四电机固定铁架37d中线上的与第一红色标记55a、第二红色标记55b、第三红色标记 55c、第四红色标记55d对齐，以保证初始时刻刻有图形的盖子等角度的分布在每个转动盘 两端。每次实验中步进电机转动的角度都是一致的，因此理想状态应该是电机每次转动时 会转动盘上分别与左右两个图形相应的定标角每次总会与红色标记对齐，这样就保证了总 有一个有颜色的图形正对外延展臂的末端。(3)实验装置的四个电磁阀29均用锡箔纸包裹，这样做的原因是电磁阀29里面 是一个电磁继电器，当电磁继电器突然通电或者突然断电时，线圈中的感应电势服从法拉 第电磁感应定律。当一个或者多个电磁阀同时工作的时候会对单片机微处理器28产生一 定的干扰，因此在电磁阀29上覆盖一层锡箔纸可以屏蔽由于电磁感应产生的电场以及电 磁阀29作中的漏磁场，从而保证单片机正常工作。(4)实验完毕后白光LED56自动发光，提示实验完毕，使得实验者不必由于担心干 扰动物而等待太长时间。图1中自动给水控制单元4的原理框图如图8所示。根据图8可知，自动给水控 制单元4包括12V1A恒压电源25、单片机微处理器28、第一电磁阀29a、第二电磁阀29b、第 三电磁阀29c、第四电磁阀29d，第一金属饮水管30a、第二金属饮水管30b、第三金属饮水管 30c、第四金属饮水管30d，第一红外传感器31a、第二红外传感器31b、第三红外传感器31c、 第四红外传感器31d，第一 4号塑料进水管34a、第二 4号塑料进水管34b、第三4号塑料进水管34c、第四4号塑料进水管34d，第一 4号塑料出水管35a、第二 4号塑料出水管35b、第三 4号塑料出水管35c、第四4号塑料出水管35d，第一 470 Ω电阻44a、第二 470 Ω电阻44b、 第三470 Ω电阻44c、第四470 Ω电阻44d，第一 NPN型三极管46a、第二 NPN型三极管46b、 第三NPN型三极管46c、第四NPN型三极管46d，装置总水源47，第一进水接头48a、第二进水 接头48b、第三进水接头48c、第四进水接头48d，第一出水接头49a、第二出水接头49b、第 三出水接头49c、第四出水接头49d。其特征在于自动给水控制单元4中的第一电磁阀29a、 第二电磁阀29b、第三电磁阀29c、第四电磁阀29d分别与12V1A恒压电源25的正极和第一 NPN型三极管46a的集电极C、第二 NPN型三极管46b的集电极C、第三NPN型三极管46c的 集电极C、第四NPN型三极管46d的集电极C相连，12V1A恒压电源25负极与第一 NPN型三 极管46a、第二 NPN型三极管46b、第三NPN型三极管46c、第四NPN型三极管46d的发射极 E共接地。第一 NPN型三极管46a的基极B、第二 NPN型三极管46b的基极B、第三NPN型三 极管46c的基极B、第四NPN型三极管46d的基极分别连接第一 470 Ω电阻44a、第二 470 Ω 电阻44b、第三470 Ω电阻44c、第四470 Ω电阻44山第一470 0电阻44a、第二 470 Ω电阻 44b、第三470 Ω电阻44c、第四470 Ω电阻44d分别与单片机微处理器28的Ρ2. 0、Ρ2. 1、 P2. 2、P2. 3相连。第一电磁阀29a、第二电磁阀29b、第三电磁阀29c、第四电磁阀29d进水 口分别和第一进水接头48a、第二进水接头48b、第三进水接头48c、第四进水接头48d相连 接并拧紧；第一电磁阀29a、第二电磁阀29b、第三电磁阀29c、第四电磁阀29d出水口分别 和第一出水接头49a、第二出水接头49b、第三出水接头49c、第四出水接头49d相连接并拧 紧。第一进水接头48a、第二进水接头48b、第三进水接头48c、第四进水接头48d分别和第 一 4号塑料进水管34a、第二 4号塑料进水管34b、第三4号塑料进水管34c、第四4号塑料 进水管34d相连，第一 4号塑料出水管34a、第二 4号塑料出水管34b、第三4号塑料出水管 34c、第四4号塑料出水管34d的另外一端均连到装置总水源47。第一出水接头49a、第二 出水接头49b、第三出水接头49c、第四出水接头49d分别和第一 4号塑料出水管35a、第二 4号塑料出水管35b、第三4号塑料出水管35c、第四4号塑料出水管35d相连接；第一 4号 塑料出水管35a、第二 4号塑料出水管35b、第三4号塑料出水管35c、第四4号塑料出水管 35d的另外一头分别与第一金属饮水管30a、第二金属饮水管30b、第三金属饮水管30c、第 四金属饮水管30d相连接。图1中足底电击单元3的原理框图如图7所示。根据图7可知，足底电击单元 3包括0-40V可调恒压电源26、单片机微处理器28、第一外臂延展臂20a、第二外臂延展臂 20b、第三外臂延展臂20c、第四外臂延展臂20d、第一固态继电器27a、第二固态继电器27b、 第三固态继电器27c、第四固态继电器27d、第一金属铜棒36a、第二金属铜棒36b、第三金属 铜棒36c、第四金属铜棒36d。第一固态继电器27a、第二固态继电器27b、第三固态继电器27c、第四固态继电器 27d的负载端正极和0-40V可调恒压电源26的正极相连；第一固态继电器27a、第二固态继 电器27b、第三固态继电器27c、第四固态继电器27d的负载端负极分别与第一外臂延展臂 20的金属铜棒36a、第二外臂延展臂20b的第二金属铜棒36b、第三外臂延展臂20c的第三 金属铜棒36c、第四外臂延展臂20d的第四金属铜棒36d连接。将第一金属饮水管30a、第 二金属饮水管30b、第三金属饮水管30c、第四金属饮水管30d分别插入第一金属饮水管插 孔41a、第二金属饮水管插孔41b、第三金属饮水管插孔41c、第四金属饮水管插孔41d中。第一金属饮水管30a、第二金属饮水管30b、第三金属饮水管30c、第四金属饮水管30d分别 用导线与0-40V可调恒压电源26的负极以及第一固态继电器27a、第二固态继电器27b、第 三固态继电器27c、第四固态继电器27d控制端负极相连。第一固态继电器27a、第二固态 继电器27b、第三固态继电器27c、第四固态继电器27d控制端正极分别与单片机微处理器 28的P2. 4-P2. 7相连。当大鼠进入电击的外臂延展臂20喝水就时就会与所进入外延展臂 上的金属铜棒36、金属饮水管30以及相应的固态继电器27组成一个回路，由于传感器插孔 40和饮水管插孔36相隔比较近，大鼠喝水时红外传感器31将探测到的信号送入单片机微 处理器28，单片机微处理器28根据该臂对应的实际的图形的状况决定是否给予电击。图1所示的“电机驱动单元1”、图1所示“足底电击单元3”、图1所示“自动给水 控制单元4”均由数据接收与显示单元5中的单片机微处理器28进行控制，单片机服务程 序流程图如图7所示.单片机微处理器28将大鼠每次进入各个臂的情况计算之后将结果 发送到液晶显示屏32中显示。图18所示为单片机微处理器28的服务程序流程，该程序普通技术人员根据其基 本知识均能编写程序，采用Basic语言或Pascal语言或C/C++语言或Fortran语言编程， 以实现对实验各个单元进行控制。程序启动后，首先对单片机微处理器28初始化，分别定义步进电机驱动器13中 第一步进电机驱动器13a的Dir- 口为Pl. 0、EN- 口为Pl. 1 ；第二步进电机驱动器13b的 Dir- 口为Ρ1·2、ΕΝ- 口为Pl. 3，第三步进电机驱动器13c的Dir- 口为Ρ1·4、ΕΝ_ 口为Pl. 5， 第四步进电机驱动器13d的Dir- 口为Pl. 6,EN- 口为Pl. 7。红外传感器31中第一红外传 感器31a的信号口为的为P3. 4、第二红外传感器31b的信号口为P3. 5、第三红外传感器31c 的信号口为P3.6、第四红外传感器31d的信号口为P3.7。定义自动给水控制单元4中分别 和单片机微处理器28相连的第一 470 Ω电阻44a、第二 470 Ω电阻44b、第三470 Ω电阻 44c、第四470 Ω电阻44d的连线口分别为Ρ2. 0、Ρ2. 1、Ρ2. 2、Ρ2. 3。定义足底电击单元3中 分别和单片机微处理器28相连的第一固态继电器27a、第二固态继电器27b、第三固态继电 器27c、第四固态继电器27d控制端正极为P2. 4、P2. 5、P2. 6、P2. 7。定义与开关阵列43以 及IOK Ω上拉电阻45的共线端口为Ρ0. 0，定义第一步进电机驱动器13a的信号口 Pul-、第 二步进电机驱动器13b的信号口 Pul-、第三步进电机驱动器13c的信号口 Pul-、第四步进 电机驱动器13d的信号口 Pul-与单片机微处理器28相连的信号端口为P0. 1，同时初始化 液晶显示屏32(过程八)。第二步，初始化液晶显示屏32后立即判断与开关阵列43对应的P0. 0 口的信号是 高电压信号还是低电压信号，如果是高信号则表明开关阵列43没有被按下，则单片机微 处理器28继续判断开关阵列43是否被按下(过程B)，如果开关阵列43被按下则运行过程 C0第三步，当开关阵列43被按下后，P0. 0 口的信号为低电压信号，单片机微处理 器28得到P0. 0 口传入的低电压信号后随机产生一个大小范围为广14的二进制数0001、 0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110。(过程 C)第四步，单片机微处理器28将提取过程C中产生的四位随机数中的任意一个并将 其转化成对应的高低电平信号按照由低到高的顺序分别发送到的Pl. 0、Pl. 2、Pl. 4、Pl. 6 口。第一步进电机驱动器13a，第二步进电机驱动器13b，第三步进电机驱动器13c，第四步进电机驱动器13d根据Pl. 0、P1. 2、P1. 4、P1. 6 口高低电平信号，分别对第一步进电机12a， 第二步进电机12b，第三步进电机12c，第四步进电机12d发送顺时针或者逆时针转动的命 令，同时P0. 1 口也分别向第一步进电机驱动器13a，第二步进电机驱动器13b，第三步进电 机驱动器13c，第四步进电机驱动器13d发送相同的速度及角度命令，在两个命令的联合作 用下，第一步进电机12a，第二步进电机12b，第三步进电机12c，第四步进电机12d将分别以 同样的速度及角度顺时针或者逆时针转动转动(过程D)。第五步，当第一步进电机12a，第二步进电机12b，第三步进电机12c，第四步进电 机12d停止转动后单片机微处理器28中的定时器立即启动，并且设置定时时间为5s (过程 E)。在这5s内，单片机微处理器28将持续扫描第一红外传感器31a、第二红外传感器31b、 第三红外传感器31c、第四红外传感器31d的状态(过程F)，当大鼠通过第一外臂19a、第二 外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d进入第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延 展臂15c、第四外延展臂15d中任意一个喝水时，红外传感器的状态就会发生转变，结合过 程C中与大鼠进入外延展臂对应的步进电机的转动情况，由单片机微处理器28往不同接 口发送给水或者电击指令，从而对动物进行给水或者电击操作(过程G)，此后持续的检测 该红外传感器状态(过程H)，当状态再次发生改变时，说明大鼠已经离开外延展臂，单片机 微处理器28立即对第一步进电机驱动器13a，第二步进电机驱动器13b，第三步进电机驱动 器13c，第四步进电机驱动器13d发送与上次方向相反的指令，从而使第一步进电机12a，第 二步进电机12b，第三步进电机12c，第四步进电机12d转回到初始状态(过程I)。如果在 5s内第一红外传感器31a、第二红外传感器31b、第三红外传感器31c、第四红外传感器31d 中任何一个的状态都没有发生改变，说明大鼠仅仅踩动了开关阵列43，而没有进入任何一 个外臂，单片微处理器23立即对第一步进电机驱动器13a，第二步进电机驱动器13b，第三 步进电机驱动器13c，第四步进电机驱动器13d发送相反的指令，使第一步进电机12a，第二 步进电机12b，第三步进电机12c，第四步进电机12d转回初始状态(过程I)。第六步，根据过程C中产生的随机数和大鼠进入的外延展臂的次数，将实验数据 由单片机微处理器28发送到液晶显示屏32上显示(过程J)。显示完毕后，系统重新回到 过程B，进入下一次的程序流程。
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权利要求一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，它包括电机驱动单元(1)、双线索显示单元(2)、足底电击单元(3)、自动给水控制单元(4)、数据接收与显示单元(5)、训练圆筒(15)、踩踏板(18)、外臂(19)、白光LED(56)，其特征在于电机驱动单元中(1)中的第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四步进电机(12d)依次分别与第一步进电机驱动器(13a)、第二步进电机驱动器(13b)、第三步进电机驱动器(13c)、第四步进电机驱动器(13d)连接，第一步进电机驱动器(13a)的接线口13aA+和13aA 、第二步进电机驱动器(13b)接线口13bA+和13bA 、第三步进电机驱动器(13c)接线口13cA+和13cA 、第四步进电机驱动器(13d)接线口13dA+和13dA 依次分别接第一步进电机(12a)的A相绕组的正负端、第二步进电机(12b)的A相绕组的正负端、第三步进电机(12c)的A相绕组的正负端、第四步进电机(12d)的A相绕组的正负端，第一步进电机驱动器(13a)的接线口13aB+和13aB 、第二步进电机驱动器(13b)接线口13bB+和13B、第三步进电机驱动器(13c)接线口13cB+和13cB 、第四步进电机驱动器(13d)接线口13dB+和13dB 依次分别接第一步进电机(12a)的B相绕组的正负端、第二步进电机(12b)的B相绕组的正负端、第三步进电机(12c)的B相绕组的正负端、第四步进电机(12d)的B相绕组的正负端，第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四步进电机(12d)的转动轴分别通过第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第四套锁(7d)插入到第一转动盘(8a)、第二转动盘(8b)、第三转动盘(8c)、第四转动盘(8d)中，第一转动盘(8a)、第二转动盘(8b)、第三转动盘(8c)、第四转动盘(8d)的前端的中心分别连接第一金属圆片(10a)、 第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第四金属圆片(10d)，第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四步进电机(12d)的转动轴分别穿过第一金属圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第四金属圆片(10d)，第一转动盘(8a)、第二转动盘(8b)、第三转动盘(8c)、第四转动盘(8d)与第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第四套锁(7d)之间用螺丝固定，第一步进电机驱动器(13a)的电源接口13aV+和13aGND、第二步进电机驱动器(13b)的电源接口13bV+和13bGND、第三步进电机驱动器(13c)的电源接口13cV+和13cGND、第四步进电机驱动器(13d)的电源接口13dV+和13dGND分别与24V5A恒压电源(23)的正极和接地端相连，第一步进电机驱动器(13a)的13aDir 接口与单片机微处理器(28)的P1.0相连，13aENA 接口与单片机微处理器(28)的P1.1相连，13a Pul 接口与单片机微处理器(28)的P0.0相连，第二步进电机驱动器(13b)的13bDir 接口与单片机微处理器(28)的P1.2相连，13b ENA 接口与单片机微处理器(28)的P1.3相连，13bPul 接口与单片机微处理器(28)的P0.0相连，第三步进电机驱动器(13c)的13c Dir 接口与单片机微处理器(28)的P1.4相连，13cENA 接口与单片机微处理器(28)的P1.5相连，13cPul 接口与单片机微处理器(28)的P0.0相连，第四步进电机驱动器(13d)的13d Dir 接口与单片机微处理器(28)的P1.6相连，13dENA 接口与单片机微处理器(28)的P1.7相连，13dPul 接口与单片机微处理器(28)的P0.0相连，第一步进电机驱动器(13a)的13aENA+、13aDir+、13aPul+接口、第二步进电机驱动器(13b)的13bENA+、13bDir+、13bPul+接口、第三步进电机驱动器(13c)的13cENA+、13cDir+、13cPul+接口、第四步进电机驱动器(13d)的13dENA+、13dDir+、13dPul+接口与5V2A恒压电源(24)的正极相连，5V2A恒压电源(24)负极接地。足底电击单元(3)中第一固态继 电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)的负载端正极和0 40V可调恒压电源(26)的正极相连；第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)的负载端负极分别与第一外延展臂(20)的第一金属铜棒(36a)、第二外延展臂(20b)的第二金属铜棒(36b)、第三外延展臂(20c)的第三金属铜棒(36c)、第四外臂延展臂(20d)的第四金属铜棒(36d)连接；将第一金属饮水管(30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮水管(30c)、第四金属饮水管(30d)分别插入第一金属饮水管插孔(41a)、第二金属饮水管插孔(41b)、第三金属饮水管插孔(41c)、第四金属饮水管插孔(41d)中；第一金属饮水管(30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮水管(30c)、第四金属饮水管(30d)分别用导线与0 40V可调恒压电源(26)的负极相连。第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)控制端负极接地；第一固态继电器(27a)、第二固态继电器(27b)、第三固态继电器(27c)、第四固态继电器(27d)控制端正极分别与单片机微处理器(28)的P2.4 P2.7相连；自动给水控制单元(4)中第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀(29c)、第四电磁阀(29d)分别与12V1A恒压电源(25)的正极和第一NPN型三极管(46a)的集电极C、第二NPN型三极管(46b)的集电极C、第三NPN型三极管(46c)的集电极C、第四NPN型三极管(46d)的集电极C相连，12V1A恒压电源(25)负极与第一NPN型三极管(46a)的发射极E、第二NPN型三极管(46b)的发射极E、第三NPN型三极管(46c)的发射极E、第四NPN型三极管(46d)的发射极E共接地；第一NPN型三极管(46a)的基极B、第二NPN型三极管(46b)的基极B、第三NPN型三极管(46c)的基极B、第四NPN型三极管(46d)的基极B分别连接第一470Ω电阻(44a)、第二470Ω电阻(44b)、第三470Ω电阻(44c)、第四470Ω电阻(44d)，第一470Ω电阻(44a)、第二470Ω电 阻(44b)、第三470Ω电阻(44c)、第四470Ω电阻(44d)的另一端分别与单片机微处理器(28)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3相连。第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀(29c)、第四电磁阀(29d)进水口分别和第一进水接头(48a)、第二进水接头(48b)、第三进水接头(48c)、第四进水接头(48d)连接；第一电磁阀(29a)、第二电磁阀(29b)、第三电磁阀(29c)、第四电磁阀(29d)出水口分别和第一出水接头(49a)、第二出水接头(49b)、第三出水接头(49c)、第四出水接头(49d)连接；第一进水接头(48a)、第二进水接头(48b)、第三进水接头(48c)、第四进水接头(48d)分别和第一塑料进水管(34a)、第二塑料进水管(34b)、第三塑料进水管(34c)、第四塑料进水管(34d)相连，第一塑料进水管(34a)、第二塑料进水管(34b)、第三塑料进水管(34c)、第四塑料进水管(34d)的另外一端连到装置总水源(47)；第一出水接头(49a)、第二出水接头(49b)、第三出水接头(49c)、第四出水接头(49d)分别和第一塑料出水管(35a)、第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)连接；第一塑料出水管(35a)、第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)的另一端分别与第一金属饮水管(30a)、第二金属饮水管(30b)、第三金属饮水管(30c)、第四金属饮水管(30d)连接。
2.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所述 的训练圆筒(15)底部装有第一内凹的支架脚(14a)、第二内凹的支架脚(14b)、第三内凹 的支架脚(14c)、第四内凹的支架脚(14d)；训练圆筒(15)的底部装有直径36cm的底部 中空圆盘(16)，底部中空圆盘(16)搁在底部内凹的第一支架脚(14a)、内凹的第二支架脚 (14b)、内凹的第三支架脚(14c)、内凹的第三支架脚(14d)上；底部中空圆盘(16)中间有IOcm的底部中空圆盘中心圆孔(17)，中空圆盘中心圆孔(17)搁在开关阵列(43)上的直 径为IOcm的踩踏板(18)，在离训练圆筒(15)外底部有四个直径8cm的第一圆筒外壁圆孔 (37a)、第二圆筒外壁圆孔(37b)、第三圆筒外壁圆孔(37c)、第四圆筒外壁圆孔(37d)，第一 外臂(19a)、第二外臂(19b)、第三外臂(19c)、第四外臂(19d)的底部与底部中空圆盘(16) 在同一水平面上。
3.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所述 的训练圆筒(15)包括第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四 外延展臂(15d)，第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延 展臂(15d)分别与第一外臂(19a)、第二外臂(19b)、第三外臂(19c)、第四外臂19d相连， 在第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延展臂(15d)顶 端的对称轴上装有第一传感器插孔(40a)、第二传感器插孔(40b)、第三传感器插孔(40c)、 第四传感器插孔(40d)，在靠近第一外延展臂支脚(39a)、第二外延展臂支脚(39b)、第三外 延展臂支脚(39c)、第四外延展臂支脚(39d)端的顶部的对称轴上分别装有第一金属饮水 管插孔(41a)、第二金属饮水管插孔(41b)、第三金属饮水管插孔(41c)、第四金属饮水管插 孔(41d)，第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延展臂 (15d)的下端分别与第一外延展臂支脚(39a)、第二外延展臂支脚(39b)、第三外延展臂支 脚(39c)、第四外延展臂支脚(39d)相连。
4.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所 述的双线索显示单元(2)包括正方形隔板(6)、套锁(7)、转动盘(8)、转动盘凹槽(9)、 金属圆片(10)、定标角(11)、氙灯光源(50)、四分叉光纤(51)、偏振膜(52)、蓝色滤色片 QB29(53)、绿色滤色片LBl (54)，第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机 (12c)、第四步进电机(12d)的转动轴分别用螺丝与第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套 锁(7c)、第四套锁(7d)固定，第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第四套锁(7d) 的两翼分别与第一转动盘(8a)、第二转动盘(Sb)、第三转动盘(Sc)、第四转动盘(8d)、第 一金属圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第四金属圆片(IOd)用螺丝 固定，在第一转动盘(8a)、第二转动盘(Sb)、第三转动盘(Sc)、第四转动盘(8d)上各有两 个互成120°的第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)、第三正方形凹槽(9bl)、 第四正方形凹槽(％2)、第五正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正方形凹槽 (9dl)、第八正方形凹槽(9d2)，第一正方形凹槽(9al)、第三正方形凹槽(9bl)、第五正方形 凹槽(9cl)、第七正方形凹槽(9dl)放置蓝色滤色片QB29(53)，蓝色滤色片QB29 (53)是两 片互成角度的第一偏振膜(52a)、第二正方形凹槽(9a2)、第四正方形凹槽(9b2)、第六正方 形凹槽(9c2)、第八正方形凹槽(9d2)放置绿色滤色片LBl (54)，绿色滤色片LBl (54)两片 互成角度的偏振膜(52b)，在第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)，第三正方形凹 槽(％1)、第四正方形凹槽(％2)、第三正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正 方形凹槽(9dl)、第八正方形凹槽(9d2)的上下底边分别与第一转动盘(8a)的第一定标角 (Ilal)、第二定标角(Ilbl)、第二转动盘(8b)的第一定标角(lla2)、第二定标角(llb2)、 第三转动盘(8c)的第一定标角(lla3)、第二定标角(lb3)、第四转动盘(8d)的第一定标角 (lla4)、第二定标角(llb4)的角平分线相垂直，在第一正方形凹槽(9al)、第三正方形凹槽 (%1)、第五正方形凹槽(9cl)、第七正方形凹槽(9dl)上分别覆盖第一正方形隔板(6al)、第三正方形隔板(6bl)、第五正方形隔板(6cl)、第七正方形隔板(6dl)，在第二正方形凹 槽(9a2)、第四正方形凹槽(％2)、第六正方形凹槽(9c2)、第八正方形凹槽(9d2)上分别覆 盖第二正方形隔板(6a2)、第四正方形隔板(6b2)、第六正方形隔板(6c2)、第八正方形隔板 (6d2)，第一正方形隔板(6al)、第二正方形隔板(6a2)、第三正方形隔板(6bl)、第四正方形 隔板(6b2)、第五正方形隔板(6cl)、第六正方形隔板(6c2)、第七正方形隔板(6dl)、第八正 方形隔板(6d2)分别盖住第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)、第三正方形凹槽 (9bl)、第四正方形凹槽(％2)、第五正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正方形 凹槽(9dl)、第八正方形凹槽(9d2)并分别与第一转动盘(8a)、第二转动盘(8b)、第三转动 盘(Sc)、第四转动盘(8d)之间通过螺丝固定。
5.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所述 的双线索显示单元(2)中第一转动盘(11a)、第二转动盘(lib)、第三转动盘(11c)、第四转 动盘(Ild)采用第一套锁(7a)、第二套锁(7b)、第三套锁(7c)、第图套锁(7d)和第一金属 圆片(10a)、第二金属圆片(10b)、第三金属圆片(10c)、第四金属圆片(IOd)用螺丝分别与 第一步进电机(12a)、第二步进电机(12b)、第三步进电机(12c)、第四步进电机(12d)的转 动轴连接。
6.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所述 的双线索显示单元(2)中采取氙灯光源(50)为白色光，氙灯光源(50)与四分叉光纤(51) 相连。
7.根据权利要求1所述的一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，其特征在于所述 的白光LED(56)与单片机微处理器(28)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种大鼠双视觉线索训练检测实验装置，电机驱动单元中(1)中的步进电机依次分别与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器的接线口依次分别接步进电机的A相绕组的正负端正负端，步进电机驱动器依次分别接步进电机正负端、步进电机转动轴分别通过套锁插入到转动盘中，转动盘的前端的中心分别连接金属圆片，步进电机的转动轴分别穿过金属圆片，转动盘与套锁固定，步进电机驱动器分别连接恒压电源，步进电机驱动器的接口与单片机微处理器的相连，步进电机驱动器的接口与单片机微处理器相连，步进电机驱动器接口与外接恒压电源的正负极相连。操作简单并且自动化，检测稳定，数据准确，易于清扫以及故障排查。
文档编号A01K15/02GK201733711SQ2010201215
公开日2011年2月9日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者乔飞, 李少蕊, 李昭, 秦工, 雷皓 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所