【摘要】：電刺激作為動(dòng)物機(jī)器人主要的控制手段,能夠?qū)?dòng)物的神經(jīng)發(fā)出控制指令,使相應(yīng)的肌肉產(chǎn)生動(dòng)作。但同時(shí)它也會(huì)對(duì)細(xì)胞、組織造成一定損傷,影響正常神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)。而激光刺激器由于體積較大、需要考慮散熱等問(wèn)題,已經(jīng)不能滿足當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的要求。隨著神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展,光遺傳學(xué)以其控制準(zhǔn)確、非侵入性、可以靶向識(shí)別神經(jīng)元細(xì)胞等優(yōu)點(diǎn),為動(dòng)物機(jī)器人的調(diào)控提供了一種新的方法。因而,設(shè)計(jì)一種輕便的多路無(wú)線光刺激器具有重要的實(shí)用價(jià)值。本文從光源入手,選取可植入式的微型藍(lán)光LED代替藍(lán)光半導(dǎo)體激光器,利用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,設(shè)計(jì)了一款方便攜帶、多通道、無(wú)線控制的光刺激系統(tǒng)。該刺激系統(tǒng)主要包括兩大部分:上位機(jī)界面部分和光源控制部分。首先,將控制指令輸入到上位機(jī)界面中,開(kāi)始執(zhí)行刺激任務(wù)后,控制指令通過(guò)串口進(jìn)入發(fā)送端的CC2530芯片。其次,發(fā)送端的CC2530芯片利用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將控制指令發(fā)送到刺激器內(nèi)部的CC2530芯片。最后,刺激器內(nèi)部的CC2530芯片通過(guò)改變周期和占空比,使芯片I/O 口產(chǎn)生多路光刺激信號(hào),調(diào)整上位機(jī)界面中不同的刺激參數(shù)便可以無(wú)線控制植入動(dòng)物腦部的微型藍(lán)光LED。文中根據(jù)Kubelka-Munk理論推導(dǎo)了大鼠腦組織中不同刺激深度下光刺激強(qiáng)度的衰減情況。本課題針對(duì)當(dāng)前動(dòng)物機(jī)器人控制領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)要求,設(shè)計(jì)了一種便攜式、多路無(wú)線光刺激系統(tǒng)。該刺激系統(tǒng)具有模塊化、體積小、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。整體硬件尺寸為33mm*24mm*32mm,總重量為11.8g。整個(gè)刺激器滿足對(duì)動(dòng)物機(jī)器人進(jìn)行光刺激的實(shí)驗(yàn)要求,有助于動(dòng)物機(jī)器人行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。
[Abstract]:As the main control method of animal robot, electrical stimulation can give control command to the nerve of the animal and make the corresponding muscle move. But at the same time, it can also damage the cells and tissues, affecting the normal nerve signal transduction. However, the laser stimulator can not meet the requirements of current experiments because of its large size and the need to consider heat dissipation. With the development of neurobiology, photogenetics provides a new method for the regulation of animal robots because of its advantages such as accurate control, non-invasive control, targeting recognition of neuron cells and so on. Therefore, the design of a portable multi-channel wireless optical stimulator has important practical value. In this paper, a portable, multi-channel, wireless-controlled optical stimulation system is designed by using the ZigBee wireless network instead of the blue light semiconductor laser, which can be implanted into the blue LED instead of the light source. The stimulation system consists of two parts: upper computer interface and light source control. First, the control instruction is input into the upper computer interface, and the control instruction is entered into the CC2530 chip of the sending side through the serial port after the stimulation task is executed. Secondly, the CC2530 chip uses ZigBee wireless network to send control instructions to the CC2530 chip inside the stimulator. Finally, the CC2530 chip inside the stimulator can wirelessly control the tiny blue light LED. implanted into the animal brain by changing the cycle and duty cycle, making the I / O chip produce multiple light stimulation signals, and adjusting the different stimulation parameters in the upper computer interface. According to the Kubelka-Munk theory, the attenuation of the intensity of light stimulation at different stimuli depth in rat brain was deduced. A portable, multi-channel wireless optical stimulation system is designed to meet the experimental requirements of the current animal robot control field. The system has the characteristics of modularization, small size and stable performance. The overall hardware size is 33mm / 24mm / 32mm and the total weight is 11.8g. The whole stimulator meets the experimental requirements of photostimulation to the animal robot and is helpful to the development of the behavioral experiment of the animal robot.
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2427521