專利名稱：一種多功能的魚類視覺實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能的魚類視覺實驗裝置。
背景技術：
魚類的眼睛不僅能感覺光的明暗和顏色，而且還能感知物體的形狀、大小、運動等。魚類的視覺運動反應、趨光性、發(fā)光現(xiàn)象、體色變化以及攝食、集群、生殖、防御等行為均與光感覺具有密切的聯(lián)系。因此，研究魚類的光感覺有著重大的理論和實踐意義。對魚類的視覺能力和行為的研究內容涉及魚類能看到什么，是否能分辨不同顏色和物體形狀，視覺反應的最低和最高光強，視覺距離，在明、暗視覺環(huán)境下的適應性反應等。
以往的實驗裝置黑白條紋實驗裝置轉動時會產(chǎn)生噪聲，影響實驗效果；傳送帶式條紋實驗、旋轉帶子水槽實驗都驗證了魚類視覺有保標性，但是傳送帶式條紋實驗和旋轉帶子水槽實驗的傳送帶在轉動時會引起水波，不能準確判斷出魚是否是跟著目標在游動；魚類對各種顏色的反應實驗、魚類辨別顏色能力實驗、魚類視覺殘留和反差臨界值測試實驗等。而這些裝置都只能有針對性地做一個魚類視覺特性的實驗。日本的川本設計了一個裝置來測定魚對各種有色光的反應實驗在一個圓形水槽中，正中設有圓形空間，與水槽構成的圓環(huán)被徑向分割成8個小室，每個小室與中央圓形水槽之間有通道。每個小室單獨照明，并可以通過插入各種濾色片來控制小室中的光線顏色。小室內的光照強度為501x，濾色片有白、紅、橙、淡紫、綠、青、藍、紫等8種顏色。在中央圓形水槽中放置實驗魚后，觀察記錄實驗魚進入各小室的次數(shù)，進而予以統(tǒng)計分析，然而該裝置結構復雜，可實現(xiàn)的顏色太少，不利于對魚類色覺進行全方位的實驗。最近，國外也有研究者在嘗試使用這樣的實驗方法在一個較大的魚缸里，為魚提供可以游動的空間，缸壁上有一系列現(xiàn)行排列的光源輸出，通過操控壁上的光源輸出來提供一個有序的和線性移動的視覺刺激，從而影響魚游行為。研究者的目的在于提高商業(yè)魚類養(yǎng)殖的效益，即希望通過控制魚的最佳游速來顯著提高魚的個體生長速度，這是因為考慮到“靜止時魚得不到游動的好處，而過度游動時魚消耗了過多的能量。但是該裝置并不能精確控制光源輸出，無法進行魚類視覺的暫留實驗。之后有一種魚類視覺實驗裝置，能實現(xiàn)較多的實驗方案，操作簡單，實驗過程中不會發(fā)出噪聲，實驗條件可控，但裝置的發(fā)光光源顏色單一，不能做不同顏色辨別實驗。并且此裝置為環(huán)形魚缸，直徑為O. 5m，高O. 35m，在空間上有局限性，一般不能適應IOcm體長以上的魚類。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種多功能的魚類視覺實驗裝置，結構簡單，操作方便，在實驗過程中不會發(fā)出噪聲的特點。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種多功能的魚類視覺實驗裝置，包括上位機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)和背光板組，所述控制系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)連接，所述驅動系統(tǒng)還連接背光板；所述上位機系統(tǒng)調節(jié)實驗參數(shù)，包括對每根背光板顏色、亮度、點亮時間間隔等的控制，包括對每個區(qū)域的亮度、顏色，及每根背光板的點亮時間間隔等的控制；所述控制系統(tǒng)選擇預置的常用幾種實驗方案，也可調節(jié)、查看部分實驗參數(shù)，通過獲取實驗員輸入的實驗參數(shù)并向驅動板發(fā)送相應指令、數(shù)據(jù)；所述驅動系統(tǒng)采用恒流電路，為背光板組提供恒定電流；優(yōu)選的，所述背光板組主要由多塊獨立的背光板組成，每塊獨立的背光板由多個背光條緊密排列組成，外面由白色亞克力板封裝而成，上面留有打孔邊緣。優(yōu)選的，所述背光板板面由LCD背面的反光膜制成，背光板側面由遮光材料制成。 優(yōu)選的，所述每根背光條內部均勻分布紅、綠、藍三基色LED燈。通過上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是該裝置結構簡單，四塊獨立的背光板可按不同實驗要求靈活組合，設計出豐富的實驗方案；操作方便，只需在上位機系統(tǒng)中設置實驗參數(shù)，打開驅動系統(tǒng)即可點亮背光板，輸出所需的光源輸出形式；在實驗過程中不會發(fā)出噪聲，避免了噪聲對魚類行為反應的影響；實驗參數(shù)包括光源寬度，亮度，顏色，點亮時間間隔均可進行調節(jié)，并能準確記錄各個參數(shù)值，實驗精度大大提聞。裝置光源選用節(jié)能的LED燈，發(fā)出冷光，排除了溫度變化對實驗產(chǎn)生的干擾。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明控制板程序流程圖；圖3為本發(fā)明驅動板程序流程圖；圖4為本發(fā)明驅動電路圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明包括上位機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)及背光板四部分，整套裝置采用輸入電壓220V的交流電，輸出電壓24V的直流電，額定電壓24V，額定電流2A，實際所需最大電流為I. 9A。背光板主要由4塊獨立的背光板組成，每塊獨立的背光板長45cm，寬33cm，由32根背光條緊密排列組成，外面由白色亞克力板封裝而成，上面留有5cm左右打孔邊緣，可用掛鉤將背光板掛于魚缸壁，可適應水下實驗。所述背光板板面由IXD背面的反光膜制成，背光板側面由另一種遮光材料制成。每根背光條長40cm，寬1cm，一端用電線連接控制系統(tǒng)，另一端為封閉端。每根背光條內部均勻分布紅綠藍三基色LED燈，可同時點亮，持續(xù)點亮時間最小值為20ms。上位機系統(tǒng)主要分為兩個區(qū)域，顯示區(qū)域和實驗操作區(qū)域。顯示區(qū)域可讀實時的實驗參數(shù)，包括當前的實驗模式，紅色、綠色和藍色的控制比例，光源的光亮速率和頻率等。實驗操作區(qū)域為自定義設置實驗所需的各個參數(shù)值，包括實驗模式，紅色、綠色和藍色的控制比例，光源的光亮速率等，并能進行保存。控制系統(tǒng)連接上位機系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)，主要由一塊控制電路板構成?？刂瓢逯饕ㄟ^獲取實驗員輸入的實驗參數(shù)并向驅動板發(fā)送相應指令、數(shù)據(jù)；顯示當前實驗參數(shù)，包括顏色、頻率、亮度、實驗模式等。串口通訊程序獲取驅動板當前信息、向驅動板發(fā)送指令數(shù)據(jù)，并獲取上位機指令及數(shù)據(jù)。控制板可以選擇幾種內置的試驗模式，在這些實驗模式基礎、上調節(jié)顏色、亮度、背光條寬度、頻率這些參數(shù)。上位機可以根據(jù)需要，由實驗人員自主定義實驗模式，直接控制每個區(qū)域的實驗參數(shù)?？刂瓢宄绦蛄鞒虉D見圖2。詳細流程如下系統(tǒng)上電先初始化，包括全局變量及中斷系統(tǒng)。然后程序進入死循環(huán)，執(zhí)行兩項任務顯示當前實驗參數(shù)和讀取串口緩存中數(shù)據(jù)，獲取驅動板信息及上位機數(shù)據(jù)。讀取緩存(這里的緩存是模擬出來的，因為89S51單片機串口緩存很小，故模擬一個緩存，將串口中的數(shù)據(jù)全部轉存到一個內存當中，做好標識，共模擬緩存的程序讀取)中的信息，根據(jù)標識區(qū)分具體指令及數(shù)據(jù)。當有按鍵動作時會產(chǎn)生外部中斷，進而進入按鍵掃描程序。根據(jù)實驗人員具體操作改變實驗參數(shù)。串口中斷發(fā)生時，中斷響應程序直接將所接收到的數(shù)據(jù)放到模擬緩存，并根據(jù)數(shù)據(jù)類型改變模擬緩存的標識。這樣做的目的是為了不丟失串口數(shù)據(jù)，快速響應實驗人員的操作。驅動系統(tǒng)連接控制系統(tǒng)和背光板，主要由4塊獨立的電路板構成，每一塊電路板一端連通控制系統(tǒng)，另一端連通一塊獨立的背光板。驅動程序主要分初始化、PWM控制及串口數(shù)據(jù)接收三部分。初始化包括系統(tǒng)初始化和實驗參數(shù)初始化。系統(tǒng)初始化包括設置中斷、系統(tǒng)變量，并實現(xiàn)驅動板和控制板同步；實驗參數(shù)初始化設置預置實驗參數(shù)。PWM控制程序是個死循環(huán)，程序保存紅綠藍三基色的占空比數(shù)據(jù)，根據(jù)這個數(shù)據(jù)值輸出PWM信號，調節(jié)每種顏色的亮度。系統(tǒng)通過串口通訊，控制板向驅動發(fā)送指令數(shù)據(jù)都是通過串口。控制板發(fā)送程序以兩個字節(jié)為單位，第一字節(jié)是指令，第二個字節(jié)是數(shù)據(jù)。驅動板接收串口數(shù)據(jù)進行分析，設置紅綠藍占空比數(shù)據(jù)，并會按控制板要求向控制板發(fā)送當前狀態(tài)。驅動控制程序流程圖見圖3。驅動電路根據(jù)組成每塊獨立背光板的每根背光條中布有的紅綠藍三基色LED燈的點亮方式進行設計。每根背光條驅動電路見圖4。RED、GREEN、BLUE分別是紅綠藍三種顏色的驅動信號；SELECT是單根背光條選擇信號。通過調節(jié)RED、GREEN、BLUE驅動信號的PWM占空比調節(jié)紅綠藍光源強度，實現(xiàn)顏色及光強變化；通過調節(jié)SELECT信號可以指定每根背光條的亮滅情況及光源閃爍頻率。驅動板詳細流程圖參見圖3，詳細如下當系統(tǒng)上電后，先初始化，包括全局變量和中斷系統(tǒng)。然后程序進入死循環(huán)，驅動背光板電路。在一個驅動程序周期內，程序先設置模式端子信號，也即輸出信號控制每根背光板的亮滅，并將RED、GREEN、BLUE端子置高，然后讀取PWD全局變量值，判斷是否和RED、GREEN、BLUE值一致，當和RED —致時，RED端子置低；如果和GREEN —致時，GREEN端子置低；如果和BLUE端子一致時，BLUE端子置低。如此死循環(huán)。串口中斷發(fā)生時，處理函數(shù)會首先判斷接收到的第一字節(jié)數(shù)據(jù)，如果和字節(jié)的序列號不一致，則丟棄該數(shù)據(jù)；如果一致，則進一步接受指令，根據(jù)指令內容進一步處理。如，若指令是紅色數(shù)據(jù)接收指令，則程序會接收下一字節(jié)數(shù)據(jù)，并設置RED值為該數(shù)據(jù)。其他詳細指令類型參見圖3。圖4為每根驅動板的LED橫流驅動程序，SELECT、RED、BLUE、GREEN是控制信號，由驅動板給予。SELECT是模式控制信號，控制當前板子的亮滅情況；RED、GREEN、BLUE是顏色控制信號。通過邏輯與門電路將這兩種信號作用到驅動電路的控制端子，可以改變驅動電 路的開關及電流大小，進而控制LED的亮滅及亮度。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種多功能的魚類視覺實驗裝置，其特征在于，包括上位機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)和背光板組，所述控制系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)連接，所述驅動系統(tǒng)還連接背光板。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能的魚類視覺實驗裝置，其特征在于，所述上位機系統(tǒng)調節(jié)實驗參數(shù)，包括對每根背光板顏色、亮度、點亮時間間隔等的控制，包括對每個區(qū)域的売度、顏色，及每根背光板的點売時間間隔等的控制； 所述控制系統(tǒng)選擇預置的常用幾種實驗方案，也可調節(jié)、查看部分實驗參數(shù)，通過獲取實驗員輸入的實驗參數(shù)并向驅動板發(fā)送相應指令、數(shù)據(jù)； 所述驅動系統(tǒng)采用恒流電路，為背光板組提供恒定電流。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能的魚類視覺實驗裝置，其特征在于，所述背光板組主要由多塊獨立的背光板組成，每塊獨立的背光板由多個背光條緊密排列組成，外面由白色亞克力板封裝而成,上面留有打孔邊緣。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能的魚類視覺實驗裝置，其特征在于，所述背光板板面由LCD背面的反光膜制成，背光板側面由遮光材料制成。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種多功能的魚類視覺實驗裝置，其特征在于，所述每根背光條內部均勻分布紅、綠、藍三基色LED燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能魚類視覺實驗裝置，一種多功能的魚類視覺實驗裝置，包括上位機系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)和背光板組，所述控制系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)連接，所述驅動系統(tǒng)還連接背光板；所述上位機系統(tǒng)調節(jié)實驗參數(shù)，包括對每根背光板顏色、亮度、點亮時間間隔等的控制，包括對每個區(qū)域的亮度、顏色，及每根背光板的點亮時間間隔等的控制；所述控制系統(tǒng)選擇預置的常用幾種實驗方案，也可調節(jié)、查看部分實驗參數(shù)，通過獲取實驗員輸入的實驗參數(shù)并向驅動板發(fā)送相應指令、數(shù)據(jù)；所述驅動系統(tǒng)采用恒流電路，為背光板組提供恒定電流；結構簡單，操作方便，在實驗過程中不會發(fā)出噪聲的特點。
文檔編號A01K61/00GK102657121SQ20121014536
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者孔祥洪, 楊銘霞, 江瑞煌, 蘇孫國, 錢衛(wèi)國 申請人:上海海洋大學