[发明专利]活体自发活动度定量检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种活体自发活动度定量检测装置，其特征是，包括上下两层的箱体结构，所述上层为传感器层，传感器层包括由16×8的矩阵排列的红外对管，相邻红外对管间间距为3cm，红外对管的红外线发射管与接收管并列一起，红外对管的上部设有透明板；所述下层为控制板层，控制板层包括电连接的扫描电路和控制电路，扫描电路包括18片CD4051，控制电路主要由ATMEGA16处理器芯片组成，红外对管与扫面电路通过传输线连接；所述控制电路与箱体结构外部的显示模块相连。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述ATMEGA16通过m1-m4四个接口与扫描电路中CD4051U17、U18的A、B、C、INH接口相连，CD4051U17、U18选通扫描电路中另外16片CD4051U1-U16，选中CD4051U1-U16中的某一片，即选中对应16×8的矩阵排列的红外对管中的某一列；而选中的每一列上又有8个红外对管，CD4051U1-U16的A、B、C三个二进制控制输入端和ATMEGA16相连，选通已选中列上8个红外对管的某一个。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述显示模块为液晶显示器。

4.一种利用权利要求1所述装置的检测方法，其特征是，步骤如下：

（1）自检；

（2）自动扫描得到小鼠覆盖点；

（3）多级滤波得到小鼠所在位置精确中心点；

(4)获取自发活动信息，包括小鼠运动轨迹，瞬时活动强度、平均运动速度和总路程。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤（1）中的自检为，设备上电后在无活体覆盖时自动循环检测，逐个扫描传感器层16×8矩阵列的每个红外对管，正常情况下每个红外对管都输出高电压，若检测到输出低电压，则表示此红外对管异常，系统自动记录下坏点坐标，通过设置在箱体外的液晶显示屏上显示出来。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤（2）中自动扫描得到小鼠覆盖点具体方法为：自检完毕后，将被测小鼠置于箱体传感器层，传感器层与控制板层通过传输线连接起来，控制板层用来控制数据的读入和分析计算，ATMEGA16通过m1-m4四个接口与扫描电路中CD4051U17、U18的A、B、C、INH接口相连，CD4051U17、U18选通扫描电路中另外16片CD4051U1-U16。选中CD4051U1-U16中的某一片，即选中对应16×8的矩阵排列的红外对管中的某一列；而选中的每一列上又有8个红外对管，CD4051U1-U16的A、B、C三个二进制控制输入端和ATMEGA16相连，选通已选中列上8个红外对管的某一个。此时，实现对16×8红外对管阵列逐一扫描；定时器中断时间到后开始扫描16×8矩阵列的每个红外对管，被小鼠覆盖的红外对管，接收管接收到经小鼠反射的发射管发出的红外线，此红外对管则由原来的高电压变为低电压，而无覆盖的将继续输出高电压；CPU检测记录低电压坐标，即得到小鼠覆盖点坐标。

7.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤（3）中多级滤波得到小鼠所在精确中心点位置的具体方法是：拥有小鼠覆盖点坐标后，需要计算出小鼠中心，而自检过程中检测到的坏点就对中心的计算有干扰作用，此时执行第一级滤波算法，当设备开始扫描小鼠坐标的时候若是检测到的坐标值等于坏点坐标值，则舍弃该点的坐标，避免坏点对测量小鼠中心位置与路径值造成影响；同时考虑到实际小鼠大小，小鼠覆盖矩阵点不会超过某一有限值，若设备检测到8个以上矩阵点输出低电压，说明检测错误，此时在箱体外液晶显示屏上输出“ERROR”；

第二级滤波为限幅滤波，每秒50次采样，在取样间隔时间Δt内，小白鼠最大移动的距离有一个极限值a，若t₁时间小白鼠的坐标为（x₁,y₁）,t₁+Δt时间小白鼠的坐标为（x₂,y₂）,若则舍弃本次取样结果，此处采用限幅滤波能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰；多级滤波排除各项干扰后，通过算法确定小鼠精确中心点。

8.如权利要求4所述的方法，其特征是，所述步骤（4）中获取自发活动信息的具体方法为：由步骤（3）中得到的小鼠精确中心点，以直角坐标（x，y）的形式给出，设两次相邻采样的时间内，小鼠由A（x1，y1）运动到B（x2，y2），通过x和y方向上的变化求得采样时间间隔内的位移ΔS，表示为

ΔS=Δx2+Δy2]]>

设T为采样时间，T_c为采样周期，则运动总路程S表示为

S=Σi=1MΔS,]]>其中M=T/T_c；

M为测定时间内的采样总数，采样周期T_c为20ms，测定时间设为30min、45min或2h，并通过设置求出采样时间内任意时间段内的运动参数；

小鼠在单位时间t内的活动强度以t时间内的平均速度V来测定，设t时间内的位移为S_t，则

V=S_t/t，St=Σi=1NΔs]]>其中，N=t/T_c；

其中N为单位时间内采样次数；

单位时间内小鼠的位移来评定小鼠的瞬时活动强度；

在整个检测过程中，不断扫描更新得到的（x，y）数据组，在直角坐标系中将小鼠的位置还原出来，得到一个离散点的集合，对于这些离散的点，通过多级滤波算法，排除干扰点，最终合成出活体的运动轨迹，并且用坐标数组（X,Y）来描述，这样就能够在显示模块中输出小鼠的运动轨迹。