一种萤火虫闪光信号采集复现系统技术方案

本实用新型专利技术适用于萤火虫闪光信号研究技术领域，提供一种萤火虫闪光信号采集复现系统，包括顺次连接的光敏元件阵列、多路信号并行采集电路、微控制器、PWM驱动电路和LED发光板，所述光敏元件阵列前方还放置有聚焦透镜。本实用新型专利技术用极低成本实现超高速闪光信号采集，采集频率不低于10KHz；另外，可以直接使用所采集到的萤火虫闪光信号样本进行发光复现，不再必须通过USB数据线从上位机获取；同时本系统具备自动回应功能，在萤火虫发出某种闪光回应信号的同时，采集目标活体萤火虫的闪光情况并适时做出尝试和调整，从而能够像活体萤火虫一样，通过闪光信号与对象互动回应；在优选方案中，增设微量喷雾泵，可以根据需要散发微量信息素气雾。

【技术实现步骤摘要】
一种萤火虫闪光信号采集复现系统
本技术属于萤火虫闪光信号研究
，尤其涉及一种萤火虫闪光信号采集复现系统。
技术介绍
体萤火虫之间的交流(交互行为)是依靠其发光器产生的“闪光信号”完成。不同异性虫体之间、不同行为阶段、不同行为模式所对应的“闪光信号”均不相同，这种“闪光信号”成为萤火虫的交流语言。此外，某些品种萤火虫的交流需要“闪光信号”和“信息素”共同作用。目前已有的萤火虫发光模拟方案，是通过USB接口从计算机获取发光波形数据，然后驱动LED发光二极管产生相应的闪光信号。此种方案的缺点是：①只能被动接受来自上位机的波形数据，简单的复现出闪光信号，自身不具备观察功能，即无法根据当前活体萤火虫的闪光信号自动做出与之对应的回应；使用前，上位机必须编辑好发光波形数据，否则无法使用；使用时需要通过USB接口连接上位机，自身不具备存储功能，携带使用不便。②不具备活体萤火虫闪光信号记录和采集能力，不具备萤火虫信息素散发功能，不具备发光强度拟合功能，存在实际发光强度变化与活体萤火虫光强变化差异问题，导致复现失真。目前已有的萤火虫闪光信号采集方案，依赖于高速红外摄影机录制萤火虫活动视频，再通过人工观看视频并选取特征片段后，交由图形识别软件将该片段中每一帧图像内萤火虫发光强度转换为数据，从而得到连续的发光数据。此种方案的缺点是：①成本高。高速红外摄像机价格昂贵，视频存储设备，图像识别处理软件价格昂贵。②丢失细节造成失真。由于摄像机拍摄的视频存在图像帧之间的时隙(时隙较大，约几十毫秒)，即在视频连续两个图像帧之间存在时间间隔。此间隔内的萤火虫闪光信号变化是录制不到的，因而丢失了细节，产生数据失真。为解决这一问题，只能采用更高速的摄像机，达到缩小图像帧间时隙的目的。但这样做会导致成本大幅度提高③需要人工干预，自动化程度低。④只能被动录制萤火虫闪光信号，无法与之互动。即无法实现用人工指定的闪光信号刺激萤火虫从而录制到它对该信号的反应视频。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种萤火虫闪光信号采集复现系统，旨在解决现有萤火虫闪光信号采集和发光模拟成本高、使用效果不佳的技术问题。所述萤火虫闪光信号采集复现系统包括顺次连接的光敏元件阵列、多路信号并行采集电路、微控制器、PWM驱动电路和LED发光板，所述光敏元件阵列前方还放置有聚焦透镜。进一步的，所述聚焦透镜为凸透镜或菲涅尔透镜。进一步的，所述光敏元件阵列为阵列排布的光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或微型硅光电池片，在电路板上构成m行×n列矩阵，构成昆虫复眼状结构。进一步的，所述多路信号并行采集电路总共有m×n路信号滤波放大器，每一个光敏元件连接到一路信号滤波放大器，然后连接至微控制器。进一步的，所述多路信号并行采集电路包括m个并行模块，每个并行模块包括一个串行移位寄存器以及n路模拟开关以及一个信号滤波放大器，每行光敏元件连接至对应模拟开关的输入端，模拟开关的输出端连接至对应的信号滤波放大器，模拟开关的控制端连接至串行移位寄存器的对应输出端，所述串行移位寄存器以及所述信号滤波放大器连接至微控制器。进一步的，所述PWM驱动电路为NPN型或PNP型LED开关驱动电路。进一步的，所述LED发光板由多个单颗粒LED灯珠按萤火虫发光器外形排列成平面，外覆一层散光片构成一个散光均匀的面光源。进一步的，所述LED发光板包括三极管，所述三极管的基极连接至PWM驱动电路的PWM波信号输出端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过各个LED灯珠连接至电源。进一步的，所述系统还包括储液罐以及与所述储液罐连接的微量喷雾泵，所述微量喷雾泵的输出端连接有喷头，所述微控制器还连接有晶体管驱动，所述微量喷雾泵的驱动端连接至所述晶体管驱动。进一步的，所述微处理器还连接有无线物联网模块和有线通信模块。本技术的有益效果是：本技术采用光敏元件阵列对萤火虫闪光信号进行采集，以极低成本实现超高速闪光信号采集，采集频率不低于10KHz；另外，可以直接使用所采集到的萤火虫闪光信号样本进行发光复现，不再必须通过USB数据线从上位机获取；同时本系统具备自动回应功能，在萤火虫发出某种闪光回应信号的同时，采集目标活体萤火虫的闪光情况并适时做出尝试和调整，从而能够像活体萤火虫一样，通过闪光信号与对象互动回应；也可以使用本系统对具备萤火虫视觉暂停现象进行测试；在优选方案中，增设微量喷雾泵，可以根据需要散发微量信息素气雾。附图说明图1是本技术实施例提供的萤火虫闪光信号采集复现系统的原理图；图2是多路信号并行采集电路的一种结构图；图3是多路信号并行采集电路的另一种结构图；图4是LED发光板的结构图；图5是LED发光板的原理图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。为了说明本技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。图1示出了本技术实施例提供的萤火虫闪光信号采集复现系统的结构框图，为了便于说明仅示出了与本技术实施例相关的部分。如图1所示，本实施例提供的萤火虫闪光信号采集复现系统包括顺次连接的光敏元件阵列2、多路信号并行采集电路3、微控制器4、PWM驱动电路5和LED发光板6，所述光敏元件阵列2前方还放置有聚焦透镜1。萤火虫发出闪光信号时，聚焦透镜将光线聚焦至光敏元件阵列，然后通过多路信号并行采集电路进行采集，微控制器进行相关数据存储和指令控制。当需要发光复现时，微控制器通过控制PWM驱动电路驱动LED发光板按照一定的闪光数据继续发光。本系统可以应用于多个场合：应用情形1：萤火虫闪光信号采集。将本系统前端拆分开来，可以单独形成一种萤火虫闪光信号的采集装置，在网络条件不好的情况下，可以只实现萤火虫闪光信号的采集与存储。并在有条的时候将数据上传，上传方式包括蓝牙，无线网络，USB等。应用情形2：萤火虫闪光信号复现。可以单独将萤火虫的复现进行设计，从而实现只能复现萤火虫闪光的装置，其相应的闪光数据可以通过蓝牙、WiFi或者USB等方式进行设置，使本套装置体积上变得更加小巧轻便。有许多萤火虫是不采用信息素进行交流的，因此也可以将释放信息素去掉。应用情形3：简易萤火虫闪光信号采集复现。当网络条件不好，又同时需要采集和复现萤火虫闪光信号的时候，可以将本系统进行简化，将后端的复现内置在芯片上，然后前置在前端，从而形成一个简单的闪光信号采集与复现装置。本结构中，所述聚焦透镜为凸透镜或菲涅尔透镜，可以将自然生活状态下的活体萤火虫及其周边环境投映到光敏传感器阵列上。光敏元件阵列为由低成本的光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或微型硅光电池片等在电路板上构成m行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述系统包括顺次连接的光敏元件阵列、多路信号并行采集电路、微控制器、PWM驱动电路和LED发光板，所述光敏元件阵列前方还放置有聚焦透镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述系统包括顺次连接的光敏元件阵列、多路信号并行采集电路、微控制器、PWM驱动电路和LED发光板，所述光敏元件阵列前方还放置有聚焦透镜。


2.如权利要求1所述萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述聚焦透镜为凸透镜或菲涅尔透镜。


3.如权利要求2所述萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述光敏元件阵列为阵列排布的光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管或微型硅光电池片，在电路板上构成m行×n列矩阵，构成昆虫复眼状结构。


4.如权利要求3所述萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述多路信号并行采集电路总共有m×n路信号滤波放大器，每一个光敏元件连接到一路信号滤波放大器，然后连接至微控制器。


5.如权利要求3所述萤火虫闪光信号采集复现系统，其特征在于，所述多路信号并行采集电路包括m个并行模块，每个并行模块包括一个串行移位寄存器以及n路模拟开关以及一个信号滤波放大器，每行光敏元件连接至对应模拟开关的输入端，模拟开关的输出端连接至对应的信号滤波放大器，模拟开关的控制端连接至串行移位寄存器的对...

【专利技术属性】
技术研发人员：付新华，李巍，
申请(专利权)人：武汉市洪山区萤火文化创意工作室，
类型：新型
国别省市：湖北;42