專(zhuān)利名稱：微機(jī)控制的跳躍箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本新型是一種行為藥理學(xué)和生理心理學(xué)，運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
1976年，H.Lal，M.Marky和S.Feilding 首先利用跳躍箱研究了由苯丙胺誘發(fā)小鼠跳躍行為及精神病治療藥對(duì)這一行為的影響。(參見(jiàn)Neurophamacology 雜志，1976，15669，英國(guó))。本新型的發(fā)明人也曾在國(guó)內(nèi)外刊物上報(bào)道了苯丙胺、咖啡因和輔酶I對(duì)跳躍行為的影響(Life Science 1985，37731美國(guó)；中國(guó)藥理學(xué)報(bào)1987，89)。以上研究所用的實(shí)驗(yàn)箱，多數(shù)為機(jī)械式，實(shí)驗(yàn)工作效率低，準(zhǔn)確性不高。
本新型的目的在于克服上述實(shí)驗(yàn)箱的不足，采用微機(jī)控制這種實(shí)驗(yàn)裝置，并在跳躍箱的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、信息采集方式上加以改進(jìn)，使之即可以連續(xù)24小時(shí)記錄動(dòng)物自發(fā)的跳躍行為，又可以由微機(jī)運(yùn)行程序呈現(xiàn)光、聲、電刺激，記錄動(dòng)物的學(xué)習(xí)性跳躍行為，從而分析動(dòng)物體力、腦興奮水平和能量代謝的關(guān)系。
本新型的技術(shù)解決方案是通過(guò)一組由跳躍箱、接口箱、微機(jī)及其控制程序組成的實(shí)驗(yàn)裝置完成的。跳躍箱(Ⅰ)前面板裝有控制電路板(11)、與電柵(1)、光信號(hào)燈(3)、揚(yáng)聲器(4)、電強(qiáng)調(diào)節(jié)(6)、聲強(qiáng)調(diào)節(jié)(7)、聲頻調(diào)節(jié)(8)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)(9)及手動(dòng)給光(12)、手動(dòng)給聲(13)、手動(dòng)給電(14)、手動(dòng)復(fù)位(15)構(gòu)成聲、光、電信號(hào)系統(tǒng)；在箱的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光管(10)和與之一一對(duì)應(yīng)的光電三極管(2)構(gòu)成動(dòng)物在箱內(nèi)跳躍行為檢測(cè)系統(tǒng)；箱底電柵(1)由不銹鋼條組成，每四根為一組，任意兩根間帶有電位差；箱體后面板裝有與接口箱(Ⅱ)相連接的15芯插座(5)。接口箱(Ⅱ)將跳躍箱(Ⅰ)與微機(jī)(Ⅲ)匹配連接，并可同時(shí)將8個(gè)跳躍箱信號(hào)分別輸入微機(jī)進(jìn)行處理。接口箱(Ⅱ)前面板裝有與跳躍箱(Ⅰ)相連接的15芯插座(40)，箱內(nèi)裝有集成電路板(43)，由三態(tài)輸出八總線收發(fā)器和三態(tài)輸出緩沖器構(gòu)成；后面板裝有與微機(jī)(Ⅲ)I／O卡相連接的40芯插座(46)。微機(jī)(Ⅲ)采用改型的I／O卡，其特征是在原通用I／O卡基礎(chǔ)上重新布線并設(shè)置40芯插座以適應(yīng)接口箱(Ⅱ)和軟件要求。
本新型的技術(shù)解決方案還必須通過(guò)以下微機(jī)控制程序?qū)崿F(xiàn)。在微機(jī)內(nèi)除了裝有Clock，Pass和Scan等機(jī)器碼程序，還裝有兩個(gè)特別設(shè)計(jì)的控制程序跳躍程序(Jumping prog.)和測(cè)試程序(Test prog.)，其中跳躍程序包括一組順序運(yùn)行的程序prog，1－3為進(jìn)行人機(jī)對(duì)話設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件，包括實(shí)驗(yàn)名稱、動(dòng)物只數(shù)、實(shí)驗(yàn)次數(shù)、每次聲、光、電呈現(xiàn)時(shí)間(秒數(shù))和采集數(shù)據(jù)的打印顯示方式；prog.4為動(dòng)物接受實(shí)驗(yàn)信號(hào)的運(yùn)行程序；prog.5為顯示數(shù)據(jù)的程序，控制打印機(jī)輸出實(shí)數(shù)據(jù)。測(cè)試程序?yàn)橄到y(tǒng)故障檢測(cè)程序，包括微機(jī)至動(dòng)物箱的光、聲、電和復(fù)位控制線路檢測(cè)程序和四路光、電信號(hào)向微機(jī)傳輸通路通暢檢測(cè)程序。
本新型的優(yōu)點(diǎn)在于采用了微機(jī)編程控制刺激并記錄動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)的反應(yīng)，即可進(jìn)行動(dòng)物自發(fā)跳躍行為，又可進(jìn)行光、聲、電刺激誘發(fā)的學(xué)習(xí)性跳躍行為訓(xùn)練，并可用一微機(jī)同時(shí)控制八個(gè)跳躍箱，自動(dòng)連續(xù)24小時(shí)實(shí)驗(yàn)，控制靈敏，檢測(cè)準(zhǔn)確。這一裝置豐富了國(guó)內(nèi)外行為藥理學(xué)、生理心理學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的研究方法，提高了這三個(gè)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)工作自動(dòng)化水平和科學(xué)性。本裝置已用于比較咖啡因、腦復(fù)康等藥物作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，取得了一批理想數(shù)據(jù)。


圖1 本新型的系統(tǒng)框圖，其中Ⅰ－跳躍箱；Ⅱ－接口箱；Ⅲ－微機(jī)；Ⅳ－15芯連接線；Ⅴ－40芯連接線；
圖2 跳躍箱(Ⅰ)的結(jié)構(gòu)圖，其中1－電柵；2－光電三極管；3－光信號(hào)燈；4－揚(yáng)聲器；5－15芯插座；6－電強(qiáng)調(diào)節(jié)；7－聲強(qiáng)調(diào)節(jié)；8－聲頻調(diào)節(jié)；9－光強(qiáng)調(diào)節(jié)；10－紅外發(fā)光二極管；11－控制電路板；12－手動(dòng)給光；13－手動(dòng)給聲；14－手動(dòng)給電；15－手動(dòng)復(fù)位；16－電源開(kāi)關(guān)。
圖3、圖4 跳躍箱(Ⅰ)中控制電路板(11)主要元件配置圖和布線圖。
圖5 接口箱(Ⅱ)的結(jié)構(gòu)圖，其中20－15芯插座；21－指示燈；22－電源開(kāi)關(guān)；23－集成電路板；24－40芯插座。
圖6、圖7 接口箱(Ⅱ)集成電路板(23)的主要元件配置圖和布線圖。
圖8、圖9 微機(jī)中改型I／O卡電路配置圖和布線圖。
以下結(jié)合附圖敘述本新型的一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明由跳躍箱(Ⅰ)、接口箱(Ⅱ)、微機(jī)(Ⅲ)及15芯連接線(Ⅳ)和40芯連接線(Ⅴ)構(gòu)成。
圖2給出了跳躍箱(Ⅰ)的總體結(jié)構(gòu)。箱體采用黑色有機(jī)玻璃作原料制成50×25×12cm3大小。箱底由16根不銹鋼條組成，每四根為一組，任意兩根間帶有電位差，構(gòu)成電柵(1)。在箱的前面板上裝有能發(fā)出聲、光、電信號(hào)的控制電路，控制電路板(11)由17個(gè)集成電路芯片、8個(gè)三極管和3個(gè)二極管組成，其中4N38×4，MOC3021，74LS4081，Time555和8個(gè)CS9014三極管構(gòu)成接受微機(jī)信號(hào)、自動(dòng)控制光、電、聲和復(fù)位電路；由2個(gè)74HC14N、2個(gè)74LS4013；2個(gè) 74LS4081和4個(gè)4N25芯片構(gòu)成四路光－－電信號(hào)采集電路，其元件配置及布線如圖3、圖4所示。在跳躍箱箱的兩側(cè)而分別裝有紅外發(fā)光管(10)和與之一一對(duì)應(yīng)的光電三極管(2)構(gòu)成動(dòng)物在箱內(nèi)跳躍行為檢測(cè)系統(tǒng)，正常時(shí)，光電三極管(2)受紅外發(fā)光管照射，電路接通，發(fā)出一種信號(hào)，當(dāng)動(dòng)物跳躍時(shí)，遮住光路，光電二極管阻斷，發(fā)生另一種信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集功能。
圖5是接口箱(Ⅱ)的結(jié)構(gòu)示意圖，前面板裝有8個(gè)15芯插座(20)可以與8個(gè)跳躍箱相連接，箱內(nèi)集成電路板(23)由11芯片構(gòu)成連接跳躍箱和微機(jī)I／O卡之間的接口電路，其中5個(gè)74LS245芯片構(gòu)成三態(tài)輸出八總線收發(fā)器，6個(gè)74LS367構(gòu)成三態(tài)輸出緩沖器，在該板上還裝有5V電源電路，其元件配置及布線見(jiàn)圖6、圖7。在接口箱(Ⅱ)的后面板上裝有8個(gè)40芯插座(26)。
本新型中的微機(jī)采用Apple－Ⅱ計(jì)算機(jī)，并將其I／O卡增改為40芯插座，使其與接口箱(Ⅱ)電路匹配。改型I／O卡元件配置及布線見(jiàn)圖8、圖9。
本新型技術(shù)解決方案中不可缺少的組成部分是微機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物在跳躍箱內(nèi)自發(fā)和誘發(fā)行為的觀察和訓(xùn)練，并自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)，本發(fā)明在微機(jī)中采用了二個(gè)關(guān)鍵的程序Jumping Prog，(跳躍程序)和Test Prog.(測(cè)試程序)，跳躍程序?yàn)橐唤M順序運(yùn)行的程序，共有Jumping Prog1－5段，其邏輯框圖如下


測(cè)試程序?yàn)橄到y(tǒng)故障檢測(cè)程序，其邏輯框圖如下


應(yīng)用舉例設(shè)想研究某種興奮藥或食物的作用是否增強(qiáng)體力(跳躍次數(shù)、高度)或智力(學(xué)習(xí)能力)。為此，用一組普通食物或不給藥物與另一組喂食所研究的食物或藥物作對(duì)照實(shí)驗(yàn)。首先將跳躍箱電源打開(kāi)，用手動(dòng)光、聲、電按鈕檢查是否出現(xiàn)光聲、電信號(hào)，設(shè)定聲頻、聲強(qiáng)、光強(qiáng)、電擊強(qiáng)度、電呈現(xiàn)或斷開(kāi)，分別檢查系統(tǒng)是否通暢，再打開(kāi)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)選擇鍵，觀察屏幕上各路是否通暢的顯示符，在確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，分別將兩組動(dòng)物放入實(shí)驗(yàn)箱，打開(kāi)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序Jumping prog1－3，設(shè)定實(shí)驗(yàn)名稱、動(dòng)物數(shù)、光、聲、電刺激時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)入prog4后，整個(gè)系統(tǒng)按設(shè)定的參數(shù)開(kāi)始運(yùn)行。如果1－4號(hào)箱為對(duì)照動(dòng)物，5－8號(hào)箱為實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物，則經(jīng)30次連續(xù)光、聲、電擊試驗(yàn)，分別采集動(dòng)物反應(yīng)。30次結(jié)束時(shí)，自動(dòng)打印出每只動(dòng)物在四個(gè)高度上跳躍的次數(shù)和反應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)者可對(duì)比前四個(gè)動(dòng)物和后四個(gè)動(dòng)物每次跳躍高度和反應(yīng)速度的差異(體力)，而在電擊呈現(xiàn)之前剛一出現(xiàn)光或聲時(shí)的跳躍次數(shù)則為學(xué)習(xí)(智力)的指標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種微機(jī)控制的跳躍箱，屬于行為藥理學(xué)、生理心理學(xué)及運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，它由跳躍箱(Ⅰ)、接口箱(Ⅱ)、微機(jī)(Ⅲ)組成，其中1.1跳躍箱(Ⅰ)前面板裝有控制電路板(11)、與電柵(1)、光信號(hào)燈(3)、揚(yáng)聲器(4)、電強(qiáng)調(diào)節(jié)(6)、聲強(qiáng)調(diào)節(jié)(7)、聲頻調(diào)節(jié)(8)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)(9)及手動(dòng)給光(12)、手動(dòng)給聲(13)、手動(dòng)給電(14)、手動(dòng)復(fù)位(15)構(gòu)成聲、光、電信號(hào)系統(tǒng)；在箱的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光管(10)和與之一一對(duì)應(yīng)的光電三極管(2)構(gòu)成動(dòng)物在箱內(nèi)跳躍行為檢測(cè)系統(tǒng)；箱底電柵(1)由不銹鋼條組成，每四根為一組，任意兩根間帶有電位差；箱體后面板裝有與接口箱(Ⅱ)相連接的15芯插座(5)；1.2接口箱(Ⅱ)前面板裝有與跳躍箱(Ⅰ)相連接的15芯插座(40)；箱內(nèi)裝有集成電路板(43)，由三態(tài)輸出八總線收發(fā)器和三態(tài)輸出緩沖器構(gòu)成；后面板裝有與微機(jī)(Ⅲ)I/O卡相連接的40芯插座(46)；1.3微機(jī)(Ⅲ)中采用增設(shè)40芯插座的改型I/O卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制的跳躍箱，其特征在于控制電路板由4個(gè)4N38芯片與MOC3021，74LS4081，Time555芯片及CS9014三極管組成接受微機(jī)信號(hào)，自動(dòng)控制光、電、聲和復(fù)位電路；由2個(gè)74HCI4N、2個(gè)74LS4013、2個(gè)74LS4081和4個(gè)4N25芯片構(gòu)成四路光－－電信號(hào)采集電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微機(jī)控制的跳躍箱，其特征在于接口箱(Ⅱ)內(nèi)的集成電路(43)由5個(gè)LS245芯片構(gòu)成三態(tài)輸出八總線收發(fā)器；由6個(gè)LS367芯片構(gòu)成三態(tài)輸出緩沖器。
專(zhuān)利摘要微機(jī)控制的跳躍箱是行為藥理學(xué)、生理心理學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究裝置，其特點(diǎn)是一機(jī)多箱，自動(dòng)采集動(dòng)物在24小時(shí)內(nèi)自發(fā)跳躍行為和誘發(fā)的學(xué)習(xí)性跳躍行為。自動(dòng)打印出動(dòng)物跳躍的次數(shù)和高度以及反應(yīng)時(shí)間，分析動(dòng)物體力、腦興奮性水平和能量代謝的關(guān)系。這一裝置豐富了國(guó)內(nèi)外行為藥理學(xué)、生理心理學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的研究方法，提高了這三個(gè)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)工作自動(dòng)化水平。本裝置已用于比較咖啡因、腦復(fù)康等藥物作用的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，取得一批理想數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK2103989SQ91227508
公開(kāi)日1992年5月13日 申請(qǐng)日期1991年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月2日
發(fā)明者林庶芝, 沈政, 鄔鵬飛, 謝家農(nóng) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)