专利名称：自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置及方法
技术领域：
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种能够在自然环境中调控动物的视觉，并记录其运动轨迹的装置及方法。
背景技术：
视觉是人和动物感知外界环境与事物的重要感受通路，视觉是人和动物最重要的感觉，对机体生存具有重要意义，有科学证据表明视觉在动物迁徙与导航中起着重要作用，在动物迁徙与导航过程中调控动物的视觉可见度，并记录其运动轨迹是一种在自然环境中探索视觉作用的有效方法，但是现有技术中并没有一种在自然环境中对动物无任何物理损伤的情况下，调控动物的视觉，并记录其运动轨迹的装置及方法，如何在在自然环境中调控动物的视觉，并记录其运动轨迹，成为当前面临的重要技术难题，是目前研究动物视觉重要性所迫切需要解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中研究动物视觉存在的问题。本发明提供的自然环境中动物的视觉可见度和运动追踪的装置及方法，通过调节动物的视觉可见度使动物产生不同程度的视觉障碍，记录动物在视觉障碍下的运动轨迹以及记录在动物无视觉障碍下运动的轨迹，通过对比和分析上述的运动轨迹，揭示视觉在动物在迁徙与导航中作用，为研究动物视觉在导航中的作用，提供科学依据。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:包括安装在被监测对象上的， 电子眼罩，用于被监测对象的眼睛，逐级调节被监测对象视觉的可见度；
定位模块:用于接收来自卫星的定位信号，从而获知被监测对象当前的地理坐标信
息；
数据记录模块:用于记录被监测对象所处的地理信息和视觉障碍信息；
通信模块:用于将数据记录模块的数据送入计算机或接收计算机的操作命令；
人机交互模块:用于发出操作命令和显示地理信息和视觉障碍信息；
主控模块:用于接收定位模块的地理信息；判断是否进行视觉障碍，控制电子眼罩调节被监测对象视觉的可见度；控制数据记录模块发送命令使其进行数据记录；控制通信模块和计算机进行数据交换；
电源模块:用于给上述电子眼罩、定位模块、数据记录模块、数据记录模块、人机交互模块和主控模块提供电源；
其中电子眼罩、定位模块、数据记录模块、通信模块、人机交互模块分别与主控模块相连接；数据记录模块、通信模块分别与定位模块相连接。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述电子眼罩包括左眼单元和右眼单元，左眼单元和右眼单元单独接受主控模块发出的驱动信号，所述电子眼罩通过第一尼龙粘扣固定被监测对象的眼睛，所述第一尼龙粘扣上设有用于露出电子眼罩的眼睛孔，所述电子眼罩采用透明液晶材料制成，当接收驱动信号时，电子眼罩会对调节被监测对象视觉的可见度。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述定位模块、数据记录模块、通信模块、人机交互模块、主控模块、电源模块集成在一电路板上，所述电路板通过第二尼龙粘扣固定在被监测对象的背部。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述定位模块采用GPS定位模块。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述数据记录模块采用EEPROM存储芯片或SD卡进行数据存储。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述通信模块为USB接口通信模块，包括串行口转USB接口芯片。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述电源模块包括锂电池和与锂电池相连接的直流稳压模块。基于上述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:包括以下步骤，
步骤(I)计算机通过通信模块，设置主控模块开启视觉障碍的关键地理坐标和调节视觉可见度的关键地理坐标；
步骤(2)将设置后的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置固定在被监测对象上，并启动装置，放飞被监测对象； 步骤(3)初始化电子眼罩、定位模块和数据存储模块，并开启定位模块的中断和定时
器；
步骤(4)接收并记录被监测对象当前的地理坐标信息；
步骤(5)主控模块休眠，定位模块定期唤醒主控模块，主控模块接收定位模块传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与步骤(I)设置的开启视觉障碍的关键地理坐标相一致，若一致，则开启视觉障碍；
步骤(6)开启视觉障碍后，主控模块继续接收定位模块传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与调节视觉可见度的关键地理坐标相一致，若一致，则控制电子眼罩调节视觉可见度；
步骤(7)重复步骤(5)和步骤(6)，直至被监测对象飞回；
步骤(8 )从被监测对象上取下装置，计算机通过通信模块获得数据存储模块中的数据，进行分析数据。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:步骤(5)判断当前地理信息是否与步骤(I)设置的开启视觉障碍的关键地理坐标相一致和步骤(6)判断当前地理信息是否与调节视觉可见度的关键地理坐标相一致，其中相一致为设置的开启视觉障碍或者调节视觉可见度的关键地理坐标为中心的区域内。前述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:所述定位模块定期唤醒主控模块的间隔时间为Is。
本发明的有益效果是:本发明的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置及方法，通过遮挡动物(被监测对象)的眼睛调节动物视觉的可见程度，使动物产生不同程度的视觉障碍，能够自动开启或撤销视觉障碍，记录动物在视觉障碍下的运动轨迹以及记录在动物无视觉障碍下运动的轨迹，通过对比和分析上述的运动轨迹，揭示视觉在动物在迁徙与导航中作用，为研究动物视觉在导航中的作用，提供科学依据。
图1是本发明的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置的安装结构图。图2是本发明的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置的系统框图。图3是本发明的电源模块的电路图。图4是本发明的通信模块的电路图。图5是本发明的数据记录模块的电路图。图6是本发明的主控模块的电路图。图7是本发明的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。如图1及图2所示，自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，包括安装在被监测对象上的，
电子眼罩I，用于被监测对象的眼睛，使其产生视觉障碍，包括左眼单元和右眼单元，左眼单元和右眼单元单独接受主控模块6发出的驱动信号，电子眼罩I通过第一尼龙粘扣9固定被监测对象的眼睛，第一尼龙粘扣9上设有用于露出电子眼罩I的眼睛孔，电子眼罩I采用透明液晶材料制成，当接收驱动信号时，电子眼罩I会对被监测对象的开启视觉障碍或者调节其的视觉可见度，第一尼龙粘扣9的毛面和刺面粘合，固定电子眼罩I在被监测对象的眼睛处。定位模块2:用于接收来自卫星的定位信号，从而获知被监测对象当前的地理坐标信息，其采用但不仅限于GPS定位模块；
数据记录模块3:用于记录被监测对象所处的地理信息和视觉障碍信息，数据记录模块3采用但不仅限于EEPROM存储芯片或SD卡进行数据存储；
通信模块4:用于将数据记录模块3的数据送入计算机或接收计算机的操作命令，通信模块4采用但不仅限于USB接口通信模块，USB接口通信模块包括串行口转USB接口芯片；人机交互模块5:用于发出操作命令和显示地理信息和视觉障碍信息，其采用但不仅限于按键和发光二极管；
主控模块6:用于接收定位模块2的地理信息；判断是否进行视觉障碍，控制电子眼罩I对被监测对象开启或调节视觉可见度；控制数据记录模块3发送命令使其进行数据记录；控制通信模块4和计算机进行数据交换； 电源模块7:用于给上述电子眼罩1、定位模块2、数据记录模块3、数据记录模块3、人机交互模块5和主控模块6提供电源，电源模块7包括锂电池和与锂电池相连接的直流稳压模块；上述电子眼罩1、定位模块2、数据记录模块3、通信模块4、人机交互模块5分别与主控模块6相连接；数据记录模块3、通信模块4分别与定位模块2相连接，其中定位模块2、数据记录模块3、通信模块4、人机交互模块5、主控模块6、电源模块7集成在一电路板上，电路板通过导线8与电子眼罩I相连接，电路板通过第二尼龙粘扣10固定在被监测对象的背部，固定方式如下，把第二尼龙粘扣10的毛面用无害强力胶粘贴在被监测对象的背部，电路板用无害强力胶粘贴在第二尼龙粘扣10的刺面，把第二尼龙粘扣10的毛面和刺面粘合，就将电路板固定在被监测对象的背部。如图3至图6所示，本发明的然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置的具体电路结束如下，
电子眼罩1，采用单段液晶，其尺寸大小为5mm*5mm，单段液晶的驱动引脚连接至主控模块6中单机片的41脚、42引脚、43引脚、44引脚，并采用动态驱动方式，开启或调节视觉可见度的方法是给单段液晶加载驱动信号，驱动信号为脉宽可调(PWM)的驱动信号，通过调节脉宽，能够调节视觉的可见度。定位模块2:采用型号为GMS-UlLP的GPS定位模块，其9脚和10脚通过电阻连接至主控模块6中单片机的39脚和6脚，通过串行方式给主控模块6的单片机传送当前的地理坐标；其第2脚和主控模块6中单片机的36脚相连，由主控模块6中单片机提供GPS定位模块的复位信号；其13脚和主控模块6中单片机的第8脚相连，由GPS定位模块提供Is的时钟信号给主控模块6中单片机，用于把主控模块6中单片机从休眠状态唤醒；
数据记录模块3:采用型号MX25L320 EEPROM芯片，其I脚、2脚、5脚、6脚与GPS定位模块的18脚、15脚、16脚、17脚相连，采用SIP串行通信方式，用于记录当前的地理信息数据和关键地理坐标数据；
人机交互模块5:采用红色发光二极管LED3、LED4及按键K1、K2，分别连接至主控模块6中单片机的34、35、18、19脚；
主控模块6:通过通信模块和计算机进行`数据交换。采用单片机STC12C5A32S2及其相关的外围电路，其中XTl和Cll和C12组成时钟电路，R14为复位电路。电源模块7:采用标称3.7VIOOOmah的锂聚合物电池及XC6206P332组成，给其他模块提供3.3V的直流电源，本可供本发明的装置工作15小时以上。本发明的装置工作原理如下:当电源模块7开启后，主控模块6初始化完毕其他模块后，即给定位模块2发命令，使其在数据记录模块3中记录地理信息；同时主控模块6接收定位模块2的当前地理信息并与关键点地理信息进行比较，如果符合，则开启电子眼罩1，否则关闭电子眼罩1，被监测对象归巢后取下，计算机通过USB接口获取记录数据，并进行分析。如图7所示，基于上述装置的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，包括以下步骤，
第一步，计算机通过通信模块，设置主控模块开启视觉障碍的关键地理坐标和调节视觉可见度的关键地理坐标，这里的关键地理坐标是通过人工设置的，人工设置认为需要开启视觉障碍或者调节视觉可见度的地理坐标，通过查地图等手段确定；
第二步，将设置后的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置固定在被监测对象上，并启动装置，放飞被监测对象；第三步，初始化电子眼罩1、定位模块2和数据存储模块3，并开启定位模块2的中断和定时器；
第四步，接收并记录被监测对象当前的地理坐标信息；
第五步，主控模块6休眠，休眠能够节约电源，以延长电池使用时间，定位模块2定期唤醒主控模块6，间隔时间为ls，主控模块6接收定位模块2传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与第一步设置的开启视觉障碍的关键地理坐标相一致，若一致，则开启视觉障碍，可以分别开启左、右眼的视觉障碍，不存在关联关系；
第六步，开启视觉障碍后，主控模块继续接收定位模块传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与调节视觉可见度的关键地理坐标相一致，若一致，则控制电子眼罩调节视觉可见度，可以分别调节左、右眼的视觉可见度，不存在关联关系；
第七步，重复第五步和第六步，直至被监测对象飞回；
第八步，从被监测对象上取下装置，计算机通过通信模块4获得数据存储模块3中的数据，进行分析数据。其中第五步和第六步，判断当前地理信息是否与关键地理坐标相一致是指设置的开启视觉障碍或者调节视觉可见度的关键地理坐标为中心，以设定误差范围为半径的圆形区域，所述设定误差范围为人工设定的，是可以调控的。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:包括安装在被监测对象上的， 电子眼罩(1)，用于被监测对象的眼睛，逐级调节被监测对象视觉的可见度； 定位模块(2):用于接收来自卫星的定位信号，从而获知被监测对象当前的地理坐标信息； 数据记录模块(3):用于记录被监测对象所处的地理信息和视觉障碍信息； 通信模块(4):用于将数据记录模块(3)的数据送入计算机或接收计算机的操作命令； 人机交互模块(5):用于发出操作命令和显示地理信息和视觉障碍信息； 主控模块(6):用于接收定位模块(2)的地理信息；判断是否进行视觉障碍，控制电子眼罩(I)调节被监测对象视觉的可见度；控制数据记录模块(3)发送命令使其进行数据记录；控制通信模块(4)和计算机进行数据交换； 电源模块(7):用于给上述电子眼罩(I)、定位模块(2)、数据记录模块(3)、数据记录模块(3)、人机交互模块(5)和主控模块(6)提供电源； 其中电子眼罩(I)、定位模块(2)、数据记录模块(3)、通信模块(4)、人机交互模块(5)分别与主控模块(6)相连接；数据记录模块(3)、通信模块(4)分别与定位模块(2)相连接。
2.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述电子眼罩(I)包括左眼单元和右眼单元，左眼单元和右眼单元单独接受主控模块(6)发出的驱动信号，所述电子眼罩(I)通过第一尼龙粘扣(9)固定被监测对象的眼睛，所述第一尼龙粘扣(9)上设有用于露出电子眼罩(I)的眼睛孔，所述电子眼罩(I)采用透明液晶材料制成，当接收驱动信号时，电子眼罩(I)会对调节被监测对象视觉的可见度。
3.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述定位模块(2)、数据记录模块(3)、通信模块(4)、人机交互模块(5)、主控模块(6)、电源模块(7)集成在一电路板上，所述电路板通过第二尼龙粘扣(10)固定在被监测对象的背部。
4.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述定位模块(2)采用GPS定位模块。
5.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述数据记录模块(3)采用EEPROM存储芯片或SD卡进行数据存储。
6.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述通信模块(4 )为USB接口通信模块，包括串行口转USB接口芯片。
7.根据权利要求1所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置，其特征在于:所述电源模块(7)包括锂电池和与锂电池相连接的直流稳压模块。
8.基于权利要求1的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤(I)计算机通过通信模块(4 )，设置主控模块(6 )开启视觉障碍的关键地理坐标和调节视觉可见度的关键地理坐标； 步骤(2)将设置后的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置固定在被监测对象上，并启动装置，放飞被监测对象； 步骤(3)初始化电子眼罩(1)、定位模块(2)和数据存储模块(3)，并开启定位模块(2)的中断和定时器； 步骤(4)接收并记录被监测对象当前的地理坐标信息； 步骤(5 )主控模块(6 )休眠，定位模块(2 )定期唤醒主控模块(6 )，主控模块(6 )接收定位模块(2)传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与步骤(I)设置的开启视觉障碍的关键地理坐标相一致，若一致，则开启视觉障碍； 步骤(6 )开启视觉障碍后，主控模块(6 )继续接收定位模块(2 )传送的当前地理信息，并判断当前地理信息是否与调节视觉可见度的关键地理坐标相一致，若一致，则控制电子眼罩(I)调节视觉可见度； 步骤(7)重复步骤(5)和步骤(6)，直至被监测对象飞回； 步骤(8 )从被监测对象上取下装置，计算机通过通信模块(4 )获得数据存储模块(3 )中的数据，进行分析数据。
9.根据权利要求8所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:步骤(5)判断当前地理信息是否与步骤(I)设置的开启视觉障碍的关键地理坐标相一致和步骤(6)判断当前地理信息是否与调节视觉可见度的关键地理坐标相一致，其中相一致为设置的开启视觉障碍或者调节视觉可见度的关键地理坐标为圆心，以设定误差范围为半径的圆形区域。
10.根据权利要求8所述的自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的方法，其特征在于:所述定位模块( 2)定期唤醒主控模块(6)的间隔时间为Is。
全文摘要
本发明公开了一种自然环境中动物的视觉调控和运动追踪的装置及方法，该装置遮挡动物(被监测对象)的眼睛调节动物视觉的可见程度，使动物产生不同程度的视觉障碍，能够自动开启或撤销视觉障碍，记录动物在视觉障碍下的运动轨迹以及记录在动物无视觉障碍下运动的轨迹，分析行为响应。本发明为在自然环境中动物自由活动状态下研究视觉环境感知与行为调控，提供一种实验工具与方法。
文档编号A01K45/00GK103109755SQ20131005533
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月21日 优先权日2013年2月21日
发明者刘小峰, 刘玉宏, 蒋爱民, 徐宁, 周小芹 申请人:河海大学常州校区