基于STC89C52單片機的E18-D80NK紅外監測系統★

張志陽，王宇辰，車暮雪，戴江平，曹文馨

（華北理工大學電氣工程學院，河北 唐山 063210）

引言

神經病理性疼痛（NPP）一直是臨床和基礎醫學研究的熱點。條件性位置偏好（CPP）實驗可以有效驗證治療NPP的藥物是否具有較強的精神依賴性，而目前的CPP實驗裝置收集和分析數據不夠精準。本課題以條件性偏好實驗為切入點，將傳感器科學和動物行為學相結合，利用STC89C52單片機系統的E18-D80NK紅外傳感器改良CPP實驗裝置，方便醫學科研人員更精確地評價藥物的精神依賴性。

本課題的成果也將在后續嵌入式系統開發中得到應用與拓展，作為一項重要的技術儲備，具有很強的醫學應用前景和價值。

1 條件性偏好實驗研究現狀分析

神經病理性疼痛（Neuropathic Pain，NPP）是指周圍或中樞神經系統原發或繼發性損害或功能障礙引起的疼痛[1]。NPP發病率高、危害性大，對患者身心健康造成巨大傷害，一直是醫學研究的熱點[2]。阿片受體在大腦中廣泛表達，通過結合內源性阿片肽傳導疼痛[3]。NPP目前尚無特效藥，臨床治療的一線藥物為阿片類鎮痛藥。但是長期使用阿片類藥物，尤其是嗎啡和芬太尼等κ-阿片受體激動劑類藥物有廣泛的副作用。其中，阿片類藥物的藥物獎賞效應即成癮性會導致濫用傾向，并且這種精神依賴性很難戒斷。

條件性位置偏好（Conditioned Place Preference，CPP）實驗是一種廣泛應用于藥物獎賞以及藥物渴求研究的動物模型評價的實驗方法。NPP在動物身上很難表現出來，CPP為研究動物的疼痛的程度及緩解和評價藥物的鎮痛作用提供有效的方式。該模型訓練周期短，簡單易行，無藥狀態的測驗能排除藥物對測驗成績的干擾。該實驗利用環境位置偏愛箱進行檢測，通過對比訓練前后實驗動物在箱中停留時間的變化，來評價藥物的精神依賴性。傳統的視頻監測系統下的CPP實驗裝置較為被動，存在脫標、時間延遲問題以及數據分析的二分法對于光線的高度要求等問題。

因此，基于STC89C52單片機系統的E18-D80NK紅外監測系統在小鼠條件性位置實驗裝置的應用，可以有效提高CPP實驗數據的精準度，從而更好地評價藥物的精神依賴性。

2 基于STC89C52單片機的E18-D80NK紅外監測系統系統構建

本項目設計的實驗體流量計數器安裝在實驗箱的出入口處。當傳感器探測到實驗體進出時，產生的低電平會在單片機內部進行脈沖計數。在單片機的驅動下，LCD顯示進出的實驗體數目和實驗箱內實時的實驗體數目。實驗結束后可使用復位按鍵對LCD進行清零。系統主要由單片機、報警電路、紅外光電傳感器、顯示電路和按鍵電路等模塊組成，如圖1所示。

圖1 紅外監測系統的結構框圖

3 數據交互的設計方案

當傳感器探測到有實驗體進出時，低電平會在單片機內部進行脈沖計數。E18-D50NK反射式紅外傳感器的發射器與接收器集成。當有實驗體從實驗箱出入口通過時，發射器發出的紅外光束會被實驗體反射，然后被接收器接收。隨著光信號的變化，光電元件的電信號也會隨之改變，形成脈沖信號。該信號送到單片機STC89C52內計數。

4 LCD與STC89C52單片機之間數據交互的設計方案

LCD1602在單片機的驅動下顯示人數信息，實現了實驗體進出次數的實時統計。如圖2所示。工作前，通過復位電路使系統進行初始化。與自動復位電路相比，手動復位不需要編寫程序。當系統電路在工作電壓下進行正常工作時，通過手動方式使單片機系統復位。

圖2 單片機驅動LCD1602液晶的電路圖

5 實驗驗證及分析

5.1 測試實驗

這部分實驗是在設計的過程中進行，驗證每一部分的功能是否能夠實現。

1）驗證LCD顯示：在開發板中進行測試，觀察能否輸出相應數據。

2）驗證傳感器：模擬實驗體進出環境，使用示波器觀察傳感器是否正常輸出相應高低電平數據。

3）驗證系統是否能夠正常啟動。

5.2 綜合實驗

主要在設計的系統上做補充性實驗，對系統的整體功能實現上進行綜合實驗，同時考慮對設計性能進行必要的測試，利用原實驗裝置和基于STC89C52單片機系統的E18-D80NK紅外監測系統的進行條件性位置偏好實驗，收集數據，并對監測系統進行調試。從而對課題給予有力的證明，驗證方案的可行性。

5.3 應用實驗

針對傳統醫學實驗裝置脫標、時間延遲問題以及數據分析的二分法對于光線的高度要求等問題，在搭建的基于STC89C52單片機的E18-D80NK紅外監測系統上，復現項目中實現功能的關鍵部分，然后在新系統上測試數據傳輸的準確性，并與之前測試數據結果進行比較，得出結論，從而驗證方案的優越性。

6 結論

經實驗分析，本文設計的紅外監測系統可以對實驗體進行精準度較高的監測，并且有著良好的抗干擾性能。并且可以準確直觀地觀察實驗數據，降低人為計數的誤差。可通過進一步設計完善，并在醫學實驗領域中廣泛應用。