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鱼类视觉与温度响应研究装置制造方法

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2024-12-02 05:06

鱼类视觉与温度响应研究装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种鱼类视觉与温度响应研究装置。养鱼箱置于与养鱼箱外形一致的显示组合面内，养鱼箱的正上方垂直朝下设置左右两个摄像机和一个可调光源。在显示器上营造视频刺激图像并进行亮度控制，利用电阻丝加热和冷水降温控制温度。药物储存控制器控制加药。装置由包括系统控制微处理器、显示器控制电路、加温控制电路、致冷控制电路、加药控制电路、亮度控制电路的控制电路板控制。照度传感器、防水温度传感器传输数据，数据采集与分析服务器连接两个摄像机和控制电路板。在程序控制下，对鱼三维图像坐标数据进行采集、分析研究。本新型结构简单，使用非常方便，计算机控制和数据处理，药物、亮度和温度的控制精细准确，研究结果可靠。
【专利说明】鱼类视觉与温度响应研究装置
一、所属领域
[0001]本实用新型涉及动物生命科学领域，属动物行为研究范畴，具体是鱼类在生命科学领域研究中广泛用于肿瘤、心血管疾病、眼科疾病、神经系统等各种生理、药理以及其他疾病以及治疗机理研究。鱼类行为的观察装置对于鱼类的研究至关重要，研究装置更趋于多样化。
二、【背景技术】
[0002]鱼类在生命科学领域研究中广泛用于肿瘤、心血管疾病、眼科疾病、神经系统等各种生理、药理以及其他疾病以及治疗机理研究。鱼类视觉与温度响应研究对人类有重大意义。中国专利201120049737.4《斑马鱼行为诱发装置》公布了一种斑马鱼的眼动反应和视动反应行为学数据分析系统。中国专利201210064120.9《海洋牧场鱼类声音行为控制器》公布了一种在海洋牧场对鱼类声音行为控制系统。中国专利201120237172.2《一种宠物鱼游泳行为的诱发装置》公布了一种宠物鱼游泳行为诱发装置。中国专利201210100988.X《一种适合研究小型鱼类趋光行为学的装置》公布了一种小型鱼类驱光行为学的研究装置。以上发明都只涉及了鱼类的某种单一行为的研究，研究的局限性较大，都没有记录鱼类的三维行为以及对环境的响应，特别是视觉与温度的响应。
三、实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是对鱼类行为进行更有广度和深度的研究，特别是鱼类视觉行为和对温度反应的响应。使用本实用新型，可以研究鱼类对不同环境视觉刺激的行为与反应、可以研究鱼类对不同环境温度刺激行为的反应，可以研究鱼类对环境温度与环境视觉的组合反应，为鱼类神经研究提供研究设备。
[0004]本实用新型的目的是这样达到的:鱼类视觉与温度响应研究装置包括养鱼箱、数据采集与分析服务器、控制电路板、显示组合面、摄像机、可调光源、照度传感器、温度传感器以及电阻丝。养鱼箱是顶面敞开，其他面为透明、密封、不透水的矩形，养鱼箱置于外形一致的显示组合面内，显示组合面由四周和底面5个显示器组成，显示屏正面对养鱼箱的相关部位。
[0005]养鱼箱上边内边缘装置一圈冷水管和一圈加药管，冷水管和加药管朝下均匀开一些小孔，冷水管和加药管分别与冷水储存控制器、药物储存控制器连接，冷水储存控制器和药物储存控制器安装在养鱼箱外侧上方。
[0006]在养鱼箱上边边缘安装一个照度传感器，在养鱼箱的四条垂直边每边的相同位置安装两个防水温度传感器，其中四个位于比水面稍低的位置，其余四个位于养鱼箱靠近底面位置。在养鱼箱的水底，围绕底面一圈设置经防水处理的电阻丝，电阻丝的长和宽与养鱼箱内侧的长和宽一致。
[0007]在养鱼箱的正上方设置左右两个摄像机，两个摄像机垂直朝下，位于养鱼箱左右方向的中轴面上方、在养鱼箱正中央的垂线两边对称分布；在左右两个摄像机的中间设置可调光源。
[0008]控制电路板设置在养鱼箱的外侧，与电阻丝、温度传感器、冷水储存控制器、药物储存控制器、可调光源、照度传感器，显示组合面的各显示器连接。数据采集与分析服务器上的数据线分别连接两个摄像机和控制电路板。
[0009]所述控制电路板由系统控制微处理器、显示器控制电路、加温控制电路、致冷控制电路、加药控制电路、亮度控制电路构成；显示器控制电路与显示器相连接，加温控制电路与电阻丝连接，致冷控制电路与冷水储存控制器连接，加药控制电路与药物储存控制器连接，亮度控制电路与可调光源连接，分别对显示器、电阻丝、冷水储存控制器、药物储存控制器和可调光源进行控制；同时接收8个温度传感器和I个照度传感器的数据。
[0010]所述显示组合面由5个显示器组成，分别位于养鱼箱的两侧、前边、后边、底面，分别称为前边显示器、后边显示器、右边显示器、左边显示器、底面显示器。右边显示器、左边显示器的长和宽略大于养鱼箱外侧的宽和高，前边显示器、后边显示器的长和宽略大于养鱼箱外侧的长和高，底面显示器的长和宽略大于养鱼箱的长和宽；每个显示器都有相应的显示控制电路。
[0011 ] 所述加温控制电路为继电器控制电路；继电器控制电路一端连接到系统控制微处理器，另一端连接到电阻丝。
[0012]所述亮度电路控制是:可调光源是多个发光二极管，在每个发光二极管上串联数控电位器，通过控制数控电位器电阻值或发光管发光的数量来调节发光二极管的亮度。
[0013]所述显示器控制电路由显示控制微处理器和显示输出控制电路组成；显示控制微处理为ARM控制电路，显示器输出控制电路与显示器连接。
[0014]所述致冷控制电路是对冷水储存控制器中的储液罐内储存的冰水流入养鱼箱的控制，所述加药控制电路是对药物储存控制器中储液罐内储存的液体药物流入养鱼箱的控制。
[0015]所述冷水储存控制器含储液罐、输液泵和液体输出泵，在输液泵的前端连接液体输入管，后端连接储液罐，在液体输出泵的前端设有液体输出管入口，后端连接液体输出管。
[0016]所述药物储存控制器含储液罐、输液泵和液体输出泵，在输液泵的前端连接液体输入管，后端连接储液罐，在液体输出泵的前端设有液体输出管入口，后端连接液体输出管。在冷水储存控制器的储液罐中储存冰水，在药物储存控制器的储液罐中储存药物。
[0017]本实用新型的积极效果是:
[0018]1、采用本研究装置，可以对鱼类行为进行更有广度和深度的研究，特别是鱼类视觉行为和对温度反应的响应。使用本实用新型，可以研究鱼类对不同环境视觉刺激的行为与反应、可以研究鱼类对不同环境温度刺激行为的反应，可以研究鱼类对环境温度与环境视觉的组合反应，对人类生命科学研究有重大作用。
[0019]2、本实用新型的装置结构简单、实用，使用非常方便，为鱼类神经研究提供了一种可操作的研究设备。
[0020]3、使用计算机控制和数据处理，药物、亮度和温度的控制精细准确，研究结果可靠，更具实用效果。
[0021]4、数据处理效率高，操作简单。四、【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1是本鱼类视觉与温度响应研究装置整体结构示意图。
[0023]图2是是养鱼箱结构示意图。
[0024]图3是显示组合面结构示意图。
[0025]图4是控制电路板结构框图。
[0026]图5-图11是控制电路板中系统控制微处理器ARM控制电路图。
[0027]图12是显示器控制电路结构框图。
[0028]图13是显示输出控制电路图。
[0029]图14是加温控制电路图。
[0030]图15是继电器控制电路图。
[0031]图16是致冷控制电路与加药控制电路图。
[0032]图17是可调光源与亮度控制电路图。
[0033]图18是致冷控制与加药控制结构示意图。
[0034]图中，I数据采集与分析服务器，2控制电路板，3电阻丝，4冷水管，5加药管，6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8均为温度传感器，7照度传感器，8-1、8-2为摄像机，9冷水储存控制器，10药物储存控制器，11可调光源，12显示组合面，13养鱼箱，14左边显示器，15前边显示器，16底面显示，17右边显示器，18后边显示器，19液体输入管,20液体输出管入口，21液体输出泵，22液体输出管，23储液罐，24输液泵。
五、【具体实施方式】
[0035]参见附图1、2。
[0036]研究装置包括养鱼箱13、数据采集与分析服务器1、控制电路板2、显示组合面12、摄像机、可调光源11、照度传感器7、温度传感器以及电阻丝。养鱼箱为透明立方体养鱼箱，可由玻璃、有机玻璃等透明材料制作，顶面敞开，其他面密封不透水。
[0037]养鱼箱上边边缘装置一圈冷水管4和一圈加药管5。冷水管和加药管朝下均匀开一些小孔，用于冷水和液体药物的漏出，漏出的冷水和药物流入养鱼箱中。养鱼箱上边边缘安装一个照度传感器7，用于采集养鱼箱的亮度。养鱼箱的4条垂直边，每边安装2个防水温度传感器，总共使用八个防水温度传感器6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8,4个位于比水面稍低的位置安装用于采集水面4个角的温度，另外4个位于底面的位置安装，用于采集底面4个角的温度。电阻丝3围绕底面一圈，处于养鱼箱的内侧，电阻丝做防水设计并泡在养鱼箱的水底，其长和宽与养鱼箱内侧的长和宽一致。养鱼箱安装在显示组合面内，养鱼箱的四个侧面和底面与显示组合面的显示器接触，透明的养鱼箱侧面和底面可以看到显示组合面的5个显示器。在养鱼箱的正上方设置左右两个摄像机8-1、8-2，两个摄像机垂直朝下，位于养鱼箱左右方向的中轴面上方、在养鱼箱正中央的垂线两边对称分布；在左右两个摄像机的中间设置可调光源11。
[0038]控制电路板2设置在养鱼箱的外侧，与电阻丝3、温度传感器6、冷水储存控制器9、药物储存控制器10、可调光源11、照度传感器7，显示组合面的各显示器连接；数据采集与分析服务器I上的数据线分别连接两个摄像机和控制电路板。[0039]参见附图3。
[0040]显示组合面由5个显示器组成，分别位于养鱼箱的两侧、前边、后边、底面，分别称为前边显示器、后边显示器、右边显示器、左边显示器、底面显示器。显示器显示屏朝养鱼箱，使得养鱼箱内的鱼能看到显示内容。右边显示器、左边显示器的长和宽略大于养鱼箱外侧的宽和高，前边显示器、后边显示器的长和宽大于养鱼箱外侧的长和高，底面显示器的长和宽略大于养鱼箱的长和宽。各显示器的显示内容由数据采集与分析服务器通过控制电路板控制。
[0041]参见图4、图5-图11。
[0042]控制电路板由系统控制微处理器、显示器控制电路、加温控制电路、致冷控制电路、加药控制电路、亮度控制构成。显示器控制电路与显示器相连接，加温控制电路与电阻丝连接，致冷控制电路与冷水储存控制器9连接，加药控制电路与药物储存控制器10连接，亮度控制电路与可调光源11连接。分别对显示器、电阻丝、冷水储存控制器、药物储存控制器和可调光源进行控制；同时接收8个温度传感器和I个照度传感器的数据。
[0043]控制电路板通过系统控制微处理器接受数据处理与分析服务器的命令，接收根据数据处理与分析服务器的命令对系统进行控制，根据所接收的命令对显示器控制电路、力口温控制电路、致冷控制电路、加药控制电路、亮度控制电路进行控制，并接收8个温度传感器和I个照度传感器的数据。
[0044]温度传感器采用美国Dallas半导体公司的数字温度传感器DS18B20，其通信接口与系统控制微处理器的通用输入输出接口连接；数字温度传感器DS18B20使用时做防水设计。
[0045]照度传感器采用深圳市茂迪机电设备有限公司的T-10A/T-10MA照度计，其通信接口与系统控制微处理器通用输入输出接口连接。
[0046]系统控制微处理器采用ARM控制电路，ARM控制电路如图5_11所示。图中，
[0047]UlO:美国 ATMEL 公司:AT91RM9200。
[0048]Ull:美国 Micron Technology 公司:4SLC4M32。
[0049]U16:中国台湾瑞昱半导体公司:RTL8201。J4:RJ45接插件
[0050]系统控制微处理器通过J4用网线与数据处理与分析服务器连接。
[0051]参见图12、13。
[0052]每个显示器都有相应的显示控制电路，共计5个显示控制电路。显示器控制电路由显示控制微处理器和显示输出控制电路组成。显示控制微处理为ARM控制电路，与系统控制微处理器电路结构相同。显示器输出控制电路与显示器连接，为显示器提供显示信号。
[0053]显示输出控制电路图如图13。图中，芯片选择:日本EPSON公司S1D13506，
[0054]电路中MA [0..23] ,MD [0..15]与显示控制电路的并行接口连接。
[0055]参见图14、15。
[0056]加温控制电路为继电器控制电路。继电器控制电路连接到系统控制微处理器，在系统控制微处理器的控制下通过电源与电阻丝连接与断开来控制是否加温。
[0057]图15中，Pl.0, Pl.1连接到系统控制微处理器的两个不同的通用输入输出接口。U4:德国HAMLIN公司生产的继电器HE721C。POWER与电阻丝连接。
[0058]参见图16。致冷控制电路与加药控制电路都是对液体的输入输出控制，实际上是对输液泵和液体输出泵的控制。电路如图16，图中，Pl.1与系统控制微处理器的通用输入输出接口连接。24是输液泵或液体输出泵。
[0059]参见图17，可调光源与亮度控制电路图。
[0060]可调光源由多个发光二极管组成，亮度控制电路通过控制与发光二极管串联的数控电位调节发光二极管的亮度，或通过增加或减少发光二极管的发光来调节亮度。数控电位器选择美国Xicor公司的X9313 ;数控电位器的通信接口与系统控制微处理器的通用输入输出接口连接，并在系统控制微处理器的控制下改变电阻。
[0061]图18是致冷控制与加药控制结构示意图。致冷控制和药物控制的控制模块相同，均采用液体输入输出控制模块，液体输入输出控制模块结构如图18，均含储液罐23、输液泵24和液体输出泵21，在输液泵24的前端连接液体输入管19，后端连接储液罐23，在液体输出泵21的前端设有液体输出管入口，后端连接液体输出管22。在冷水储存控制器的储液罐中储存冰水，在药物储存控制器的储液罐中储存药物。储液罐储存输入的液体，致冷控制的储液罐储存冰水，药物控制储存药物。输液泵将储液罐的液体抽入液体输入管，液体通过液体输入管流入养鱼箱。液体输入管在养鱼箱的上边沿养鱼箱的边沿装置，输入管下边均匀钻若干个可以流出液体的小孔。液体输出管一头放在液体中，一头与液体输出泵输入口连接，液体输出泵的输出口连接液体输出管。液体输出泵与输液泵的功率相同，控制电路相同，其控制电路与系统控制微处理器连接，在系统控制微处理器的控制下，分别控制输入输出等量的液体。
[0062]在进行鱼类视觉与温度响应的研究时，将鱼置于鱼类视觉与温度响应研究装置的养鱼箱中，设置显示组合面工作的前边显示器、后边显示器、右边显示器、左边显示器、底面显示器的显示视频内容，营造出一种环境图像和对鱼类视觉刺激图像；设置亮度、温度、力口药量；以养鱼箱水面正中央为坐标原点，建立三维笛卡尔坐标系；调整好养鱼箱正上方设置的两个摄像机，使摄像机垂直朝下、感光平面与养鱼箱水面平行，数据采集与分析服务器按照设定的程序，由系统控制微处理器设置控制电路板按照设定的亮度、温度、加药量进行相应的亮度、温度、加药控制；摄像机拍摄在设定环境中的图像数据，数据采集与分析服务器采集摄像机的视频数据；根据视频数据计算并存储鱼所在位置的三维成像坐标，进行鱼对环境视觉与温度的响应行为的相关研究。
【权利要求】
1.一种鱼类视觉与温度响应研究装置，其特征在于:研究装置包括养鱼箱(13)、数据采集与分析服务器(I)、控制电路板(2)、显示组合面(12)、摄像机、可调光源(11)、照度传感器(7)、温度传感器以及电阻丝(3);养鱼箱是顶面敞开，其他面为透明、密封、不透水的矩形，养鱼箱(13)置于外形一致的显示组合面(12)内，显示组合面由四周和底面5个显示器组成，显示屏正面对养鱼箱的相关部位；养鱼箱上边内边缘装置一圈冷水管(4)和一圈加药管(5)，冷水管和加药管朝下均匀开一些小孔，冷水管(4)和加药管(5 )分别与冷水储存控制器(9 )、药物储存控制器(10 )连接，冷水储存控制器(9)和药物储存控制器(10)安装在养鱼箱外侧上方；在养鱼箱上边边缘安装一个照度传感器(7)，在养鱼箱的四条垂直边每边的相同位置安装两个防水温度传感器(6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8)，其中四个位于比水面稍低的位置，其余四个位于养鱼箱靠近底面位置；在养鱼箱的水底，围绕底面一圈设置经防水处理的电阻丝(3)，电阻丝的长和宽与养鱼箱内侧的长和宽一致；在养鱼箱的正上方设置左右两个摄像机(8-1、8-2)，两个摄像机垂直朝下，位于养鱼箱左右方向的中轴面上方、在养鱼箱正中央的垂线两边对称分布；在左右两个摄像机的中间设置可调光源(11)；控制电路板(2)设置在养鱼箱的外侧，与电阻丝(3)、温度传感器(6)、冷水储存控制器(9)、药物储存控制器(10)、可调光源(11)、照度传感器(7)、显示组合面的各显示器连接；数据采集与分析服务器(I)上的数据线分别连接两个摄像机和控制电路板。
2.如权利要求1所述的鱼类视觉与温度响应研究装置，其特征在于:所述控制电路板由系统控制微处理器、显示器控制电路、加温控制电路、致冷控制电路、加药控制电路、亮度控制电路构成；显示器控制电路与显示器相连接，加温控制电路与电阻丝(3)连接，致冷控制电路与冷水储存控制器(9)连接，加药控制电路与药物储存控制器(10)连接，亮度控制电路与可调光源(11)连接，分别对显示器、电阻丝、冷水储存控制器、药物储存控制器和可调光源进行控制；同时接收8个温度传感器和I个照度传感器的数据。
3.如权利要求2所述的鱼类视觉与温度响应研究装置，其特征在于:所述显示组合面由5个显示器组成，分别位于养鱼箱的两侧、前边、后边、底面，分别称为前边显示器、后边显不器、右边显不器、左边显不器、底面显不器；右边显不器、左边显不器的长和宽略大于养鱼箱外侧的宽和高，前边显示器、后边显示器的长和宽略大于养鱼箱外侧的长和高，底面显示器的长和宽略大于养鱼箱的长和宽；每个显示器都有相应的显示控制电路。
4.如权利要求2所述的鱼类视觉与温度响应研究装置，其特征在于:所述加温控制电路为继电器控制电路；继电器控制电路一端连接到系统控制微处理器，另一端连接到电阻丝；所述亮度控制电路是:可调光源是多个发光二极管，在每个发光二极管上串联数控电位器，通过控制数控电位器电阻值或发光管发光的数量来调节发光二极管的亮度；所述显示器控制电路由显示控制微处理器和显示输出控制电路组成；显示控制微处理为ARM控制电路，显示器输出控制电路与显示器连接；所述致冷控制电路是对冷水储存控制器中的储液罐内储存的冰水流入养鱼箱的控制，所述加药控制电路是对药物储存控制器中储液罐内储存的液体药物流入养鱼箱的控制。
5.如权利要求4所述的鱼类视觉与温度响应研究装置，其特征在于:所述冷水储存控制器含储液罐(23)、输液泵(24)和液体输出泵(21)，在输液泵(24)的前端连接液体输入管(19)，后端连接储液罐(23)，在液体输出泵(21)的前端设有液体输出管入口，后端连接液体输出管(22)；所述药物储存控制器含储液罐(23 )、输液泵(24 )和液体输出泵(21)，在输液泵(24 )的前端连接液体输入管(19 )，后端连接储液罐(23 )，在液体输出泵(21)的前端设有液体输出管入口，后端连接液体输出管(22)；在冷水储存控制器的储液罐中储存冰水，在药物储存控制器的储液罐中储存药物。
【文档编号】A01K63/00GK203661818SQ201420040750
【公开日】2014年6月25日申请日期:2014年1月22日优先权日:2014年1月22日
【发明者】莫思特, 杨森, 李佳阳, 李碧雄申请人:四川大学