迷宫控制电路的新型红外检测器
作者：赵崇侃
单位：赵崇侃(南京医科大学 (江苏，南京，210029))
关键词：
中国医疗器械杂志000215 分类号：TN215 文献标识码：C
文章编号：1000-6974(2000)02-0115-02▲
动物行为实验是研究脑高级功能及其他神经科学的不可缺少的重要手段，尤其在神经生理学、神经药理学等行为医学研究方面具有更重要地位。其中迷宫实验是行为实验的经典项目，是研究大鼠(或小鼠)学习记忆功能最常用的实验之一。迷宫装置的种类较多，但都包含三个基本组成部分：起步区-放置动物；目标区-系安全区或食物放置区；通道-有长有短，或直或弯，有一个以上交叉口以供动物选择到达目标区的正确行动方向。在行为实验中一般使用的大多为Y型迷宫和水迷宫。
, 百拇医药
所谓Y型迷宫即为三等分辐射式迷宫，由三个支臂和一个连接区组成，三臂相互夹角为120°，每臂底部铺以细铜棒。铜棒可与刺激电源相通。各臂未端装有信号灯，信号灯开启指示该臂为安全区，即该臂底部不通电。安全区的方位可随机变换，当某臂为安全区时，另两臂和连接区均带电，可训练动物学会主动逃避反应，逃向安全区。在实验中，如动物在信号灯亮后或遭受到电击后直接逃避至安全区者为正确反应，反之为错误反应。一般将动物经训练而达到学会的标准定为连续10次测试中有9次正确者。记录每一动物迷路分辨学习达到学会标准所需的训练数，以此作为评价动物学习能力好坏的客观指标。
所谓水迷宫则是一个在其通道中注入一定深度水的迷宫。内部通道形状多为T形、F形或Π形，其中有一个或多个盲端而出口端只有一个。将动物放在起步区内，训练它学习选择出口、顺利游至目标区的能力。实验过程中逐渐增加盲端个数，观察、记录动物进入盲端次数(即错误次数)及游泳所用的时间，以评价其学习成绩、记忆获得和长时间记忆功能。
, 百拇医药 目前的迷宫实验，特别是Y型迷宫实验，无论是过程控制，还是数据采集、处理，都是由实验者手动操作，既费人力，同时主观误差也大。欲实现迷宫装置的智能化，须选用一种可靠的传感器安置在迷宫的各通道口，能实时、准确地检测动物在迷宫中的行踪。通常将红外传感器作为首选对象，因其具备体积小、功率低、使用寿命长、抗电干扰能力强等优点，但普通红外传感器的致命弱点是抗光的干扰能力差，周围环境可见光的变化及其它红外干扰信号都有可能引入误差，致使整个系统不能可靠稳定地工作。我们经反复试验，选用了TSOP1738型红外遥控接收器件，成功地研制了一种新型的红外检测器。
1. TSOP17系列芯片性能
TSOP17系列元件是德国TEMIC TELEFUNKEN微电子公司新近推出的微型红外遥控接收器件，它集红外接收、放大、解调于一体，不需要任何外接元件就能实现红外接收，输出与TTL及CMOS电平兼容的信号，其输出信号可以直接接入微处理器进行解码，适合各种红外遥控和红外数据传输。图1是TSOP17系列芯片的内部电路框图与管脚分布，其中1脚接地，2脚接电源，3脚为信号输出端。
, 百拇医药
图 1
TSOP17系列各型号的载波中心频率如表1所示
表1 型 号
载 频
TSOP1730
30KHZ
TSOP1736
36KHZ
TSOP1738
38KHZ
TSOP1756
, 百拇医药
56KHZ
TSOP1733
33KHZ
TSOP1737
36.7KHZ
TSOP1740
40KHZ
为增强抗光干扰能力，该芯片采取以下措施：
①利用黑色环氧聚光透镜，消除可见光对它的干扰。
②只响应脉冲调制红外信号，若载波频率偏离 TSOP17的中心频率5%，或只有载频信号而无调制信号时，则其输出端持续高电平 。
, 百拇医药
图2是其输入输出波形图，其中调制频率<载波频率/10。
图2 (a)调制红外脉冲信号
(b)TSOP17系列芯片输出信号
2. 实际检测电路
图3是我们用于迷宫装置的红外检测器电路。
图3
其中556电路组成载波频率为38KHZ，调制频率为1KHZ的脉肿信号发生器，经N1放大后驱动安置在迷宫通道一侧的红外发光二极管LED，LED所发射的脉冲调制红外线经空间传播后由安置在通道另一侧的TOSP1738所接受，经选频放大、解调后输出1KHZ脉冲信号。其中R7，E1组成去耦电路抑制电源干扰对TSOP1738工作的影响。由于TSOP17系列主要用于红外遥控和红外线数据传输，为了能适用于本系统对动物行为的检测，我们利用D1，R8，C4，R9，C5组成的二极管检波电路将TSOP1738输出的1KHZ脉冲信号转换为低电平的直流信号，这样，一旦动物出现在红外发光二极管与TSOP1738芯片之间，遮挡住红外线，则检测器便输出一正向脉冲信号作为该动物在迷宫中某方位的指示，成为系统控制及计数的依据。该检测器已成功地应用于智能化Y型迷宫，经动物实验证明其性能可靠、检测准确。■, 百拇医药
单位：赵崇侃(南京医科大学 (江苏，南京，210029))
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中国医疗器械杂志000215 分类号：TN215 文献标识码：C
文章编号：1000-6974(2000)02-0115-02▲
动物行为实验是研究脑高级功能及其他神经科学的不可缺少的重要手段，尤其在神经生理学、神经药理学等行为医学研究方面具有更重要地位。其中迷宫实验是行为实验的经典项目，是研究大鼠(或小鼠)学习记忆功能最常用的实验之一。迷宫装置的种类较多，但都包含三个基本组成部分：起步区-放置动物；目标区-系安全区或食物放置区；通道-有长有短，或直或弯，有一个以上交叉口以供动物选择到达目标区的正确行动方向。在行为实验中一般使用的大多为Y型迷宫和水迷宫。
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所谓Y型迷宫即为三等分辐射式迷宫，由三个支臂和一个连接区组成，三臂相互夹角为120°，每臂底部铺以细铜棒。铜棒可与刺激电源相通。各臂未端装有信号灯，信号灯开启指示该臂为安全区，即该臂底部不通电。安全区的方位可随机变换，当某臂为安全区时，另两臂和连接区均带电，可训练动物学会主动逃避反应，逃向安全区。在实验中，如动物在信号灯亮后或遭受到电击后直接逃避至安全区者为正确反应，反之为错误反应。一般将动物经训练而达到学会的标准定为连续10次测试中有9次正确者。记录每一动物迷路分辨学习达到学会标准所需的训练数，以此作为评价动物学习能力好坏的客观指标。
所谓水迷宫则是一个在其通道中注入一定深度水的迷宫。内部通道形状多为T形、F形或Π形，其中有一个或多个盲端而出口端只有一个。将动物放在起步区内，训练它学习选择出口、顺利游至目标区的能力。实验过程中逐渐增加盲端个数，观察、记录动物进入盲端次数(即错误次数)及游泳所用的时间，以评价其学习成绩、记忆获得和长时间记忆功能。
, 百拇医药 目前的迷宫实验，特别是Y型迷宫实验，无论是过程控制，还是数据采集、处理，都是由实验者手动操作，既费人力，同时主观误差也大。欲实现迷宫装置的智能化，须选用一种可靠的传感器安置在迷宫的各通道口，能实时、准确地检测动物在迷宫中的行踪。通常将红外传感器作为首选对象，因其具备体积小、功率低、使用寿命长、抗电干扰能力强等优点，但普通红外传感器的致命弱点是抗光的干扰能力差，周围环境可见光的变化及其它红外干扰信号都有可能引入误差，致使整个系统不能可靠稳定地工作。我们经反复试验，选用了TSOP1738型红外遥控接收器件，成功地研制了一种新型的红外检测器。
1. TSOP17系列芯片性能
TSOP17系列元件是德国TEMIC TELEFUNKEN微电子公司新近推出的微型红外遥控接收器件，它集红外接收、放大、解调于一体，不需要任何外接元件就能实现红外接收，输出与TTL及CMOS电平兼容的信号，其输出信号可以直接接入微处理器进行解码，适合各种红外遥控和红外数据传输。图1是TSOP17系列芯片的内部电路框图与管脚分布，其中1脚接地，2脚接电源，3脚为信号输出端。
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图 1
TSOP17系列各型号的载波中心频率如表1所示
表1 型 号
载 频
TSOP1730
30KHZ
TSOP1736
36KHZ
TSOP1738
38KHZ
TSOP1756
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56KHZ
TSOP1733
33KHZ
TSOP1737
36.7KHZ
TSOP1740
40KHZ
为增强抗光干扰能力，该芯片采取以下措施：
①利用黑色环氧聚光透镜，消除可见光对它的干扰。
②只响应脉冲调制红外信号，若载波频率偏离 TSOP17的中心频率5%，或只有载频信号而无调制信号时，则其输出端持续高电平 。
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图2是其输入输出波形图，其中调制频率<载波频率/10。
图2 (a)调制红外脉冲信号
(b)TSOP17系列芯片输出信号
2. 实际检测电路
图3是我们用于迷宫装置的红外检测器电路。
图3
其中556电路组成载波频率为38KHZ，调制频率为1KHZ的脉肿信号发生器，经N1放大后驱动安置在迷宫通道一侧的红外发光二极管LED，LED所发射的脉冲调制红外线经空间传播后由安置在通道另一侧的TOSP1738所接受，经选频放大、解调后输出1KHZ脉冲信号。其中R7，E1组成去耦电路抑制电源干扰对TSOP1738工作的影响。由于TSOP17系列主要用于红外遥控和红外线数据传输，为了能适用于本系统对动物行为的检测，我们利用D1，R8，C4，R9，C5组成的二极管检波电路将TSOP1738输出的1KHZ脉冲信号转换为低电平的直流信号，这样，一旦动物出现在红外发光二极管与TSOP1738芯片之间，遮挡住红外线，则检测器便输出一正向脉冲信号作为该动物在迷宫中某方位的指示，成为系统控制及计数的依据。该检测器已成功地应用于智能化Y型迷宫，经动物实验证明其性能可靠、检测准确。■, 百拇医药