恒流多通道動物機器人遙控刺激系統(tǒng)的研制

1．2 無線信號發(fā)射臺
無線信號發(fā)射臺的作用是把Pc機設置的刺激參數(shù)以無線信號的形式發(fā)送到“背負式微刺激器”中去。它由下列幾部分組成：無線信號發(fā)射機(Transmitter)，由AMSlll7―3．3構成的降壓穩(wěn)壓電路，Atmega8L微處理器，PC機串口與單片機串口之間的電平轉換電路。無線信號發(fā)射臺各部分電路的連接關系如圖3所示?；贑CllOO無線收發(fā)器ccllOOA―01(立奇國際貿易有限公司)是一款低成本、低功耗的超高頻(UHF)收發(fā)器，該模塊的尺寸小(20 mm×30 mm×6 mm)，重量輕(2．3 g)，傳輸距離大于200 m，主要工作于ISM和SRD頻率波段。

由于RS 232串口的邏輯O規(guī)定為5～15 V之間，邏輯1規(guī)定為一5～一15 V之間。而單片機只能接收TTL電平(輸入高電平>2．4 V，輸入低電平0．8 V，噪聲容限為O．4 V)。因此，Pc機與單片機之間并不能通過串口線直接進行通信，必須經(jīng)過電平轉換，在此選用MAXIM公司生產(chǎn)的．RS 232接口芯片MAX3232，它使用單一電源電壓供電，電源電壓在3．0～5．5 V范圍內都可以正常工作。該系統(tǒng)采用了9針串口，通過3根線完成通信：RXD，TXD和GND，對應9針串口上的2號線、3號線和5號線。在系統(tǒng)設計中，芯片MAX323采用5．0 V電壓供電，單片機采用3．3 V電壓供電。因此，選擇3．3 V的穩(wěn)壓芯片AMSlll7―3．3，整個發(fā)射臺可以通過USB接口從PC機取電。

2 背負式微刺激器的研制
對于整個系統(tǒng)來說動物背負式微刺激器占據(jù)著核心地位，它的重要性大于系統(tǒng)的其他部分，研制難度也較高。它既要求工作性能可靠，又要求能耗低，尺寸小。重量輕，遙控距離遠。為了滿足設計要求，該微刺激器的設計采用以下部分組成：Atmega8L微處理器、無線信號接收機、D／A轉換芯片AD5310與()P07運算放大器構成的雙相電壓脈沖發(fā)生單元、雙向模擬開關CD4051B、由運算放大器LM358和電阻構成的壓控恒流電路、TC7660芯片組成的負壓電路、TC7660芯片組成的倍壓電路、發(fā)光二極管工作狀態(tài)指示電路以及兩塊可充電聚合物鋰電池(4．1 V，180 mAh)。
無線收發(fā)模塊CCll00A一01既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，并且它的尺寸較小，重量較輕，因此，它也適合作為微刺激器遙控刺激參數(shù)數(shù)據(jù)的接收模塊。單10位串行D／A轉換芯片AD5310與()P07組合產(chǎn)生雙相電壓脈沖信號(如圖4所示)，這些雙相電壓信號通過由LM358和電阻構成的電壓控制電流源電路(VCcs)轉化為相應的雙相恒流脈沖信號。模擬開關cD4051在單片機的控制下，把這些恒流脈沖輪流送到第一到第4個刺激通道，這樣就在4個通道上依次產(chǎn)生需要的恒流脈沖信號(如圖5所示)。該設備能夠達到多通道聯(lián)合刺激，并且每通道都是電流強度可調的雙相脈沖。當需要選擇4個通道中任意幾個進行多點位聯(lián)合刺激時，將不需要選擇的那些通道刺激強度設置為0即可。為了提高電路帶動負載的能力，選擇4．1 V聚合物鋰電池，通過TC7660進行倍壓和負壓，專用于給壓控恒流電路和模擬開關CD4051進行±8．2 V供電；用于產(chǎn)生雙相電壓脈沖的運算放大器()P07選擇±4．1 V供電；無線接收機用5 kQ和41 kQ電阻把4．1 V分成約3．6 V供電。在背負式微刺激器的設計中都采用小封裝的表貼電子元件(0603封裝)，及電能密度大的聚合物鋰電池(4．4 g，180 mAh)。因此，大大降低了該微刺激器整體尺寸，整體尺寸約為33 mm×24 mm×16 mm，帶電池質量約為14．8 g，在大壁虎自由運動的負重范圍之內。超低功耗的電路設計，使得該微刺激器在電池充滿電時能夠使用5個小時以上。經(jīng)過適當?shù)某绦蜓訒r，該背負式微刺激器能夠產(chǎn)生脈寬為1 ms，頻率為50～125 Hz，強度約為O～40μA(負載電阻100 kΩ時)的雙向恒流脈沖。由于該系統(tǒng)使用了成熟的商業(yè)無線通信模塊，因此它的無線通信性能穩(wěn)定，遙控距離約為200 m。