专利名称：应用于环形平台的数据采集控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于小鼠的学习记忆能力进行测试的行为学仪器——环形平 台，能够完成实验数据采集、通讯和部件控制的装置，用于医学生物学和药物学领 域的研究。
背景技术：
环形平台(circular platform, CP)是一种对小鼠的学习记忆能力进行测试的 行为学仪器。环形平台由Barnes在1979年首次用于大鼠空间学习记忆能力的检测， 故又称Barnes迷宫。环形平台装置在平台直径和开孔数等参数上各不相同，传统的环形平台程序采 用人工记录。记录的指标仅仅是错误数和潜伏期。错误数是指搜索无隧道孔的次数。 潜伏期是小鼠找到正确平台孔道前所耗的时间。人工记录的效率低、指标少、数据精度低。此时的试验手段单一，如不能提供 电刺激的试验手段、不能测定联合性学习记忆能力、不能准确评价小鼠的活跃程度， 也不能记录图像等。在进行老年鼠学习记忆能力的研究时，由于老年小鼠的恐惧和 焦虑性水平增加，雌鼠若缺乏电刺激的手段，往往导致试验时间过长。因此，在环形平台应用于小鼠的研究和环形平台的自动化改造中，研制一种适 应性强，检测精度高，能实时检测传输数据、并能控制电刺激等必要的实验条件的 采集控制器，具有重要的应用价值。发明内容为解决环形平台自动化改造中存在的问题，本发明提供了一种应用于环形平台的 数据采集控制装置，该采集控制装置解决了数据自动传输问题，并可提供电剌激和 灯光刺激的控制功能。本发明的技术方案如下一种应用于环形平台的数据采集控制装置，其特征在于包括有单片机89C51(U15)，所述的单片机89C51 (U15)连接有USB接口电路PDIUSBD12 (Ull)、串口 通讯电路MAX232 (U19)、看门狗电路DS1232 (■)、数模转换器DAC7545 (UIO)、 1/0接口扩展电路；由控制面板输入的按键信号经按键输入电路的三极管(A1015 、 C1213)变换后，进入单片机；USB接口电路PDIUSBD12 (U11)和数模转换器DAC7545(UIO)、 1/0接口扩展电路挂在同一条总线上；多个输入接口扩展芯片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)组成所述的I/O接口扩展电路，分别外接环形平台的各个红外 线检测信号输入及其它信号输入，芯片74S139 (U17A)、芯片74LS04 (U18)、芯片 74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)组成译码器电路，芯片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各输出分别与各个输入接口扩展芯片74LS244 (U6、 U9、 U12、 U13) 的片选端连接，完成输入端的片选；运算放大器LM741 (U2)为数模转换器DAC7545(U10)的参考电压源，运算放大器LM741 (U7)输出信号接入外围的电极刺激栅电 路提供符合要求的电流；运算放大器CA3140 (Ul)组成电压比较器电路，用于电极 刺激栅异常情况下的安全保护。所述USB接口电路与单片机双向通讯，同时亦可与上级计算机双向通讯；所述控制面板通过按键输入电路与单片机双向通讯，以控制和显示仪器状态；来自环形 平台的数据通过输入接口扩展芯片与数模转换器进入单片机；所述辅助电源控制、 灯光控制、数模转换数据由单片机发出，数模转换电路控制电极刺激栅电路产生出 规定时序、强度、波形的电刺激信号，并将反馈信号传输给单片机监控。 有益效果本发明的优点是1、 本发明结构简单，成本低。采用模块式结构，易于维护，可靠性高。采用单 片机可以通过修改系统程序，提高本发明的环境适应能力，易于移植应用。2、 本发明的电刺激和数据采集由单片机控制，精度高，数据采集频率可达50 次/秒。3、 在环形平台上实现了电刺激这一重要的试验手段，电极刺激栅电路可以按照 单片机提供的数据产生复杂要求的电脉冲。
图1是本发明用于小鼠的学习记忆能力测试的环形平台系统结构示意图。 图2是本发明环形平台的电控制原理框图之一。 图3是本发明环形平台的电控制原理框图之二。
具体实施方式
图1中有支架l、工作平台2、光源3、 4、摄像机5、音箱6、信息采集控制 器7、计算机8、开孔9、轨道IO、逃跑隧洞ll、电极刺激栅12、动物活动探头13。参见图l、 2。用于小鼠的学习记忆能力测试的环形平台，包括安装于支架l上 的工作平台2;为平台2提供声、光信号的音箱6和光源3、 4;用于图像记录的摄 像机5;完成平台控制和信息采集的信息采集控制器7;以及用于指挥与调度整个工 作平台协调工作的计算机8和它的操作界面。所述工作平台2，周边均匀开有开孔9，在某几个开孔9的下方，安装有供小鼠 躲藏的逃跑隧洞11，逃跑隧洞11是可以抽取下来的活动部件；开孔9和逃跑隧洞 11的内侧面均安装有红外检测组件；所述工作平台2的表面镶嵌有用于对实验动物 提供刺激的电极刺激栅12和用于检测实验开始时间点的动物活动探头13，在工作平 台2上方的支架1上设有摄像机5、音箱6和光源3、 4;所述电极刺激栅12、动物 活动探头13、红外检测组件、光源3、 4均接入信息采集控制器7;所述音箱6、摄 像机5、信息采集控制器7与计算机8相连接，计算机8按设计的实验程序输出控制 信号，并将检测数据和图像实时在操作界面上显示。所述的电极刺激栅12是在绝缘、耐水的平台材料表面，按槽间距3mm刨3腿X 3mm的方槽，嵌入3mmX3mm尺寸的铜方线，表面磨平构成；栅间距可以调整，以试 验小鼠在平台上能受到有效的电刺激为准；通过平台中的孔，将电极刺激栅的引线 引出于平台的下方。在输出部分，计算机8的总控模块读取方案库中的实验参数，通过通讯接口模 块，驱动音箱和采集控制器7工作；采集控制器7接收到灯光、电刺激信号的时序、 强度数据后，通过内电路变换，送入光源3、 4和电极刺激栅12。在输入部分，摄像 机5所釆集的图像信号通过采集卡进入计算机8，并显示在操作界面上；动物活动探 头13、平台各开孔9、逃跑隧洞11的红外检测信号首先进入采集控制器7，编码后 传输至计算机8的总控模块，最终显示在操作界面上。显示在操作界面上的数据和 图像可以保存，回放、分析。参见图2、 3。一种应用于环形平台的数据采集控制装置(信息采集控制器7):包括有单片机 89C51 (U15)，所述的单片机89C51 (U15)连接有USB接口电路PDIUSBD12 (Ull)、 串口通讯电路MAX232 (U19)、看门狗电路DS1232 (U20)、数模转换器DAC7545 (UIO)、 1/0接口扩展电路、按键输入电路；由控制面板输入的按键信号经按键输入电路的三 极管(A1015 、 C1213)变换后，进入单片机；USB接口电路PDIUSBD12 (U11)和数 模转换器DAC7545 (UIO)、 I/O接口扩展电路挂在同一条总线上；多个输入接口扩展 芯片74LS244 (U5、 U6、 U9、 U12、 U13)组成所述的I/O接口扩展电路，分别外接环 形平台的各个红外线检测信号输入，芯片74S139 (U17A)、芯片74LS04 (U18)、芯 片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)组成译码器电路，芯片74LS00 (U16A、 U16B、 U16C、 U16D)的各输出分别与各个输入接口扩展芯片74LS244 (U6、 U9、 U12、 U13) 的片选端连接，完成输入端的片选；运算放大器LM741 (U2)为数模转换器DAC7545 (U10)的参考电压源，运算放大器LM741 (U7)输出信号接入外围的电极刺激栅电 路提供符合要求的电流；运算放大器CA3140 (Ul)组成电压比较器电路，用于电极 刺激栅异常情况下的安全保护。
权利要求
1、一种应用于环形平台的数据采集控制装置，其特征在于包括有单片机89C51(U15)，所述的单片机89C51(U15)连接有USB接口电路PDIUSBD12(U11)、串口通讯电路MAX232(U19)、看门狗电路DS1232(U20)、数模转换器DAC7545(U10)、I/O接口扩展电路；由控制面板输入的按键信号经按键输入电路的三极管(A1015、C1213)变换后，进入单片机；USB接口电路PDIUSBD12(U11)和数模转换器DAC7545(U10)、I/O接口扩展电路挂在同一条总线上；多个输入接口扩展芯片74LS244(U5、U6、U9、U12、U13)组成所述的I/O接口扩展电路，分别外接环形平台的各个红外线检测信号输入及其它信号输入，芯片74S139(U17A)、芯片74LS04(U18)、芯片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)组成译码器电路，芯片74LS00(U16A、U16B、U16C、U16D)的各输出分别与各个输入接口扩展芯片74LS244(U6、U9、U12、U13)的片选端连接，完成输入端的片选；运算放大器LM741(U2)为数模转换器DAC7545(U10)的参考电压源，运算放大器LM741(U7)输出信号接入外围的电极刺激栅电路提供符合要求的电流；运算放大器CA3140(U1)组成电压比较器电路，用于电极刺激栅异常情况下的安全保护。
全文摘要
本发明公开了一种应用于环形平台的数据采集控制装置，包括有单片机89C51(U15)，所述的单片机89C51(U15)连接有USB接口电路PDIUSBD12(U11)、串口通讯电路MAX232(U19)、看门狗电路DS1232(U20)、译码器电路74S139(U17A)、数模转换器DAC7545(U10)、直流放大器CA3140(U1)、按键输入电路，可产生电剌激，本发明结构简单，成本低。采用模块式结构，易于维护，可靠性高。采用单片机可以通过修改系统程序，提高本发明的环境适应能力，易于移植应用。
文档编号G09B5/00GK101313845SQ20081002501
公开日2008年12月3日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者旭 吴, 周江宁, 白永胜, 陈贵海 申请人:中国科学技术大学