生物节律测控和分析系统的研制及应用

　　生物节律是生物体广泛存在的生命活动的基本现象之一。生物节律的研究已经成为生命科学研究的热点和前沿问题,因此开展生物节律的研究,寻找新的研究手段和研制仪器具有重要的意义[1 6]。常用的动物节律的检测指标包括:皮质醇、褪黑素和核心体温。皮质醇、褪黑素难以连续检测,而核心体温的检测对大型动物如狗、大鼠、兔等很好实现,对小鼠核心体温的检测较为困难。因此,动物活动性节律被广泛用来反映动物节律的一个参数。所以,对不同动物活动性连续检测的仪器在时间生物学的研究中尤为重要。

　　本研究成功开发研制出测控及分析动物生物节律的仪器装置。现报道如下。

　　1　材料和方法

　　1.1　材料

　　实验动物为ICR小鼠,由中国医学科学院成都分院实验动物中心提供。主要设备:Visual C6.0++开发平台,南京伟福H51/S单片机开发套件,Letur公司LS4243示波器。

　　1.2　方法

　　1.2.1　系统设计思路和整体结构　生物节律测控及分析系统为分布式控制系统,由作为下位机的授时因子发生仪和作为上位机的测控计算机构成。测控计算机可连接多台授时因子发生仪。如图1所示,图中Transmitter是授时因子转换模块,把电信号的变化转换为光线、电磁波、温度等授时因子的变化。Sensor是活动性检测模块,采用红外线传感器,根据不同实验要求选配相应的型号。

　　1.2.2　硬件设计　授时因子发生仪是硬件设计的主体部分。ATMEL公司AT89S52单片机作为授时因子发生仪的核心器件构建了一个单片机系统。AT89S52内部有三个定时器和一个软件看门狗,满足实验中多个定时事件的要求。红外线传感器检测动物活动并产生表示动物活动性的脉冲信号,脉冲信号经过整形后传入单片机的I/O管脚,程序软件通过累计脉冲个数得到动物活动性的信息。单片机采集到的动物活动性的数据暂时存储于RAM(HY62256A);最终单片机串口通过MAX232CPE把数据发送到上位PC机。动物活动性信号需要由滤波电路和六反相器CC4069构成的整形电路处理。授时因子发生仪的参数及运行状况通过四个数码管显示,每只数码管通过CC4511驱动。系统的执行部分包括由三极管和继电器构成的驱动电路和相连接的授时因子转换模块。

　　1.2.3　软件设计　软件包括上位机和下位机的软件。下位机软件完成动物活动性的采样,控制参数的设置,数据的暂时存储。上位微机完成数据的显示,存储和数据格式转换及分析处理。

　　测控计算机和授时因子发生仪的通讯方式为串口通讯。上位机的通讯采用VC的MSComm控件进行串口通信,采用事件驱动方式(Event-driven)[7]。授时因子发生仪的通讯由AT89S52串口实现。数据发送方和接收方通过握手应答保证通讯顺利,通讯的正确性通过发送和接收的数据量大小的比较来验证,如果错误则重新发送;此方法简单,在无强干扰的应用环境中,可以保证数据传输的准确。通讯子程序的框图见图2。