恒流多通道動(dòng)物機(jī)器人遙控刺激系統(tǒng)的研制

1．2 無(wú)線信號(hào)發(fā)射臺(tái)
無(wú)線信號(hào)發(fā)射臺(tái)的作用是把Pc機(jī)設(shè)置的刺激參數(shù)以無(wú)線信號(hào)的形式發(fā)送到“背負(fù)式微刺激器”中去。它由下列幾部分組成：無(wú)線信號(hào)發(fā)射機(jī)(Transmitter)，由AMSlll7―3．3構(gòu)成的降壓穩(wěn)壓電路，Atmega8L微處理器，PC機(jī)串口與單片機(jī)串口之間的電平轉(zhuǎn)換電路。無(wú)線信號(hào)發(fā)射臺(tái)各部分電路的連接關(guān)系如圖3所示?；贑CllOO無(wú)線收發(fā)器ccllOOA―01(立奇國(guó)際貿(mào)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(jī)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(jī)與單片機(jī)之間并不能通過(guò)串口線直接進(jìn)行通信，必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)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(nèi)都可以正常工作。該系統(tǒng)采用了9針串口，通過(guò)3根線完成通信：RXD，TXD和GND，對(duì)應(yīng)9針串口上的2號(hào)線、3號(hào)線和5號(hào)線。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，芯片MAX323采用5．0 V電壓供電，單片機(jī)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(gè)發(fā)射臺(tái)可以通過(guò)USB接口從PC機(jī)取電。

2 背負(fù)式微刺激器的研制
對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)動(dòng)物背負(fù)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(yuǎn)。為了滿足設(shè)計(jì)要求，該微刺激器的設(shè)計(jì)采用以下部分組成：Atmega8L微處理器、無(wú)線信號(hào)接收機(jī)、D／A轉(zhuǎn)換芯片AD5310與()P07運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙相電壓脈沖發(fā)生單元、雙向模擬開(kāi)關(guān)CD4051B、由運(yùn)算放大器LM358和電阻構(gòu)成的壓控恒流電路、TC7660芯片組成的負(fù)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(wú)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(zhuǎn)換芯片AD5310與()P07組合產(chǎn)生雙相電壓脈沖信號(hào)(如圖4所示)，這些雙相電壓信號(hào)通過(guò)由LM358和電阻構(gòu)成的電壓控制電流源電路(VCcs)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的雙相恒流脈沖信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)cD4051在單片機(jī)的控制下，把這些恒流脈沖輪流送到第一到第4個(gè)刺激通道，這樣就在4個(gè)通道上依次產(chǎn)生需要的恒流脈沖信號(hào)(如圖5所示)。該設(shè)備能夠達(dá)到多通道聯(lián)合刺激，并且每通道都是電流強(qiáng)度可調(diào)的雙相脈沖。當(dāng)需要選擇4個(gè)通道中任意幾個(gè)進(jìn)行多點(diǎn)位聯(lián)合刺激時(shí)，將不需要選擇的那些通道刺激強(qiáng)度設(shè)置為0即可。為了提高電路帶動(dòng)負(fù)載的能力，選擇4．1 V聚合物鋰電池，通過(guò)TC7660進(jìn)行倍壓和負(fù)壓，專(zhuān)用于給壓控恒流電路和模擬開(kāi)關(guān)CD4051進(jìn)行±8．2 V供電；用于產(chǎn)生雙相電壓脈沖的運(yùn)算放大器()P07選擇±4．1 V供電；無(wú)線接收機(jī)用5 kQ和41 kQ電阻把4．1 V分成約3．6 V供電。在背負(fù)式微刺激器的設(shè)計(jì)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(zhì)量約為14．8 g，在大壁虎自由運(yùn)動(dòng)的負(fù)重范圍之內(nèi)。超低功耗的電路設(shè)計(jì)，使得該微刺激器在電池充滿電時(shí)能夠使用5個(gè)小時(shí)以上。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某绦蜓訒r(shí)，該背負(fù)式微刺激器能夠產(chǎn)生脈寬為1 ms，頻率為50～125 Hz，強(qiáng)度約為O～40μA(負(fù)載電阻100 kΩ時(shí))的雙向恒流脈沖。由于該系統(tǒng)使用了成熟的商業(yè)無(wú)線通信模塊，因此它的無(wú)線通信性能穩(wěn)定，遙控距離約為200 m。