应用于神经信息分析的多功能实验平台设计与开发

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本文开发了一套应用于生物神经信息分析的多功能实验平台,其具有如下功能:(1)引导实验对象者(人或实验猴)按照要求执行指定的伸展抓握任务;(2)连接多台生理学信号采集设备并执行设备间的同步任务;(3)监控实验过程。本文首先根据伸展抓握动作的行为学特征,设计了行为引导装置的机械结构,包括支撑主体结构设计、目标物体和接触传感器的安装、电机和角度传感器的安装以及传动结构设计等,不仅保证足够的机械强度,而且提供多样性任务操作。本文设计的控制系统采用C8051F020单片机为主控芯片,利用步进电机改变目标物体位置和方向,使用角度传感器反馈电机的位置信息,并通过压力传感器信号判断实验对象是否到达指定位置,达到提高控制精度和可靠性的目的。硬件电路设计采用模块化方法,包括主控模块、信号采集处理模块、继电器模块和电机驱动模块等;软件设计利用Silicon Laboratories IDE集成开发环境进行编程与调试,可实现数据采集、电机驱动、控制信号输出、通信等功能。本文设计了基于MFC的综合控制程序,主要包括参数配置模块、硬件调试模块以及实验过程控制模块。参数配置模块设置伸展抓握动作各阶段时间、目标种类和初始化、任务和扰动情况等参数;硬件调试模块检测电机、传感器、LED等的工作状态;实验过程控制模块实时显示并记录实验任务中各状态参数,负责完成与其他信号采集设备的通信以及实验流程的控制。最后,本文以人作为实验对象,对所开发的实验平台进行了功能验证,结果表明该平台能有效引导实验对象完成指定任务并记录所需的各项实验数据,可为神经信息分析提供先进的实验手段。
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