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适用于动物机器人的多路无线光刺激器的研究与设计

发布时间:2019-02-21 12:57
【摘要】:电刺激作为动物机器人主要的控制手段,能够对动物的神经发出控制指令,使相应的肌肉产生动作。但同时它也会对细胞、组织造成一定损伤,影响正常神经信号的传导。而激光刺激器由于体积较大、需要考虑散热等问题,已经不能满足当前实验的要求。随着神经生物学的发展,光遗传学以其控制准确、非侵入性、可以靶向识别神经元细胞等优点,为动物机器人的调控提供了一种新的方法。因而,设计一种轻便的多路无线光刺激器具有重要的实用价值。本文从光源入手,选取可植入式的微型蓝光LED代替蓝光半导体激光器,利用ZigBee无线网络进行数据传输,设计了一款方便携带、多通道、无线控制的光刺激系统。该刺激系统主要包括两大部分:上位机界面部分和光源控制部分。首先,将控制指令输入到上位机界面中,开始执行刺激任务后,控制指令通过串口进入发送端的CC2530芯片。其次,发送端的CC2530芯片利用ZigBee无线网络将控制指令发送到刺激器内部的CC2530芯片。最后,刺激器内部的CC2530芯片通过改变周期和占空比,使芯片I/O 口产生多路光刺激信号,调整上位机界面中不同的刺激参数便可以无线控制植入动物脑部的微型蓝光LED。文中根据Kubelka-Munk理论推导了大鼠脑组织中不同刺激深度下光刺激强度的衰减情况。本课题针对当前动物机器人控制领域的实验要求,设计了一种便携式、多路无线光刺激系统。该刺激系统具有模块化、体积小、性能稳定等特点。整体硬件尺寸为33mm*24mm*32mm,总重量为11.8g。整个刺激器满足对动物机器人进行光刺激的实验要求,有助于动物机器人行为学实验的开展。
[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.
【学位授予单位】:山东科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242

【参考文献】

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本文编号:2427521

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