專利名稱：具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于監(jiān)控系統(tǒng)領域，具體涉及一種具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)。
背景技術：
隨著無線通信技術的發(fā)展，微波通信技術被廣泛應用于人們的生產(chǎn)和生活中，一方面給人們生產(chǎn)和生活帶來了便利，另一方面也在人們周圍構成了一個復雜的電磁環(huán)境，而這些復雜的電磁環(huán)境是否對人們身體健康造成影響，已經(jīng)引起人們的關注。越來越多的科學家開始研究電磁波對生物體的影響，并且在該研究領域已經(jīng)取得了許多有意義的成果，實驗證明一定強度的微波信號長期照射人體將影響人體的機能。這種對人體機能的影響具有矛盾的表現(xiàn)形式，一方面可能影響人們健康，而另一方面可以用于微波治療疾病。如何科學、合理的利用微波技術是目前研究的一個重要課題。在合理利用微波的研究中，微波暴露下晝夜節(jié)律的研究是一個重要研究內容。所謂生物晝夜節(jié)律是指生物體的各種生理機能適應外界環(huán)境的晝夜變化而建立起的規(guī)律周期。自然界、生物界都有它本身的特有的嚴謹?shù)墓?jié)律。當外界環(huán)境發(fā)生變化后，將對生物晝夜節(jié)律產(chǎn)生影響，嚴重的將影響生物的生理機能健康。由于人體具有自我修復能力，在微波暴露下研究不同時刻對人體機能影響不同，具體表現(xiàn)中包括對晝夜節(jié)律的影響，即在一定時間段可能影響較大(敏感時間)，而在一定時間影響較低(不敏感時間)，如果在微波治療過程中選擇在不敏感時間點進行，有助于降低微波治療的副作用，有利于醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展。在晝夜節(jié)律研究的實驗中，可以采用12小時光照和12小時黑暗的12LD光制或其它LD光制，模擬實際的晝夜關系。目前進行微波暴露·下晝夜節(jié)律研究還沒有專用的設備，在實驗研究過程中要解決以下幾個問題。I)晝夜節(jié)律研究光制自動產(chǎn)生的問題
無論采用12LD光制或其它光制，在實驗中主要方法是在暗室中進行定時的開關燈控制，目前主要是人工控制方法，造成較大的人力浪費，而且人工控制12LD光制在時間精準度上也無法保證。2)微波定時暴露問題
在微波暴露下的生物晝夜節(jié)律研究過程中，一般會選擇不同的時間段進行微波照射，進而研究被測生物的生理機能在微波暴露下對晝夜節(jié)律影響的敏感時間點和不敏感時間點。目前的實驗過程中，不僅要把微波源儀器、功率放大儀器、發(fā)射天線等設備整合起來，而且需要人工按實驗要求在指定的時間段進行微波信號發(fā)射和停止發(fā)射的控制，不僅影響微波照射的時間精度，而且對人力要求較高，人力浪費較嚴重。3)環(huán)境監(jiān)測問題
影響生物晝夜節(jié)律的環(huán)境因素有很多種，包括微波暴露、溫度、濕度、光照強度等。在微波暴露下生物晝夜節(jié)律實驗研究過程中，一般需要固定溫度、濕度和光照強度等環(huán)境因素，才可以確定實驗結果是受微波暴露這個單因素影響的。因此在實驗開始進行的一段時間內，將對實驗動物進行12LD或其它指定光制的適應光制和環(huán)境的飼養(yǎng)，建立起穩(wěn)定的晝夜節(jié)律。然后在進行長期微波暴露，研究微波暴露對生物晝夜節(jié)律的影響。目前在實際的實驗研究過程中，溫度、濕度和光強等環(huán)境因素一般一天測幾個時間點即可，不能記錄完整的環(huán)境因素指標，在一定程度上不能完全排除其它環(huán)境因素的影響。4)生物活動規(guī)律監(jiān)測問題
為了減少束縛被測動物(一般是實驗用大鼠或小鼠)對實驗研究的影響，一般采用鼠籠作為實驗動物生存范圍。由于LD光制下的長期實驗，人工無法記錄實驗動物的活動規(guī)律和活動范圍，該內容在一定程度上可以表現(xiàn)出被測動物在微波暴露下的應激反映，目前未見有人提出解決方法。

發(fā)明內容
為了解決上述不足的問題，本發(fā)明旨在提供一種具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:
本發(fā)明的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由系統(tǒng)配置模塊、照明控制模塊、視頻監(jiān)控模塊、微波發(fā)生和測量模塊、溫度采集模塊、濕度采集模塊、光強采集模塊和報警模塊組成，
所述系統(tǒng)配置模塊主要由人機接口電路和存儲電路組成，包括溫度、濕度和光強采集頻率和報警門限值設置、光 制設置、微波照射參數(shù)這些功能模塊，系統(tǒng)中的各個功能模塊獨立運行。優(yōu)選的，所述溫度、濕度和光強采集頻率和報警門限值設置，主要由人機接口電路輸入，并存儲于系統(tǒng)存儲器中；所述光制設置支持各種LD光制，以12小時白天和12小時黑夜的12LD光制為例，可以進行開燈起始時間，開燈時長為12小時的設置；所述微波照射參數(shù)包括在設定的LD光制下照射起始時間、照射時長、照射微波頻率、強度、延時啟動天數(shù)這些參數(shù)。所述的照明控制模塊包括照明控制電路，根據(jù)光制設置參數(shù)進行照明控制。所述視頻監(jiān)控模塊利用視頻采集電路進行視頻采集，主要采用多處理器工作方式，其中一個主處理器控制整個系統(tǒng)運行，一個視頻處理器主要用于處理視頻，兩個處理器通過共享RAM的方式進行視頻數(shù)據(jù)交互，由主處理器通過視頻處理功能調用接口通知視頻處理器進行相應的視頻處理，而視頻處理器顯示視頻，并且通過共享RAM傳送處理結果和視頻數(shù)據(jù)給主處理器，主處理器對接收到的處理結果和壓縮視頻進行存儲或網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。所述微波發(fā)生和測量模塊由微波發(fā)生和測量電路構成，主要根據(jù)微波照射參數(shù)設置進行微波發(fā)生控制，該模塊采用兩種方式控制微波輻射，一種方式是采用現(xiàn)有的微波源儀器和微波測量儀器，借助網(wǎng)絡采用LXI標準對微波設備進行自動控制和自動測量，可以充分利用現(xiàn)有的微波精密儀器；另一種方式是在系統(tǒng)中集成微波發(fā)生電路和微波測量電路，可以根據(jù)配置的信息控制微波發(fā)生電路發(fā)射要求的微波信號，同時利用接收天線接收微波信號實現(xiàn)微波強度測量。所述溫度或濕度采集模塊由溫度采集或濕度采集電路構成，主要根據(jù)溫度或濕度采集頻率和門限值設置參數(shù)進行環(huán)境溫度或濕度的采集和記錄，如果超過門限值，系統(tǒng)將通知報警模塊報警。所述光強采集模塊由光強采集電路構成，主要根據(jù)光制設置參數(shù)、光強采集頻率和門限值設置參數(shù)進行環(huán)境光強采集和記錄，如果超過門限值，系統(tǒng)將通知報警模塊報警。所述的報警模塊由報警電路構成，監(jiān)視系統(tǒng)各個模塊的報警請求，如果報警模塊接收到系統(tǒng)報警請求，將進行報警，支持通過LAN接口進行網(wǎng)絡報警。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)在配置成微波暴露工作模式時不提供無線通信接口，防止無線通信對整個實驗環(huán)境產(chǎn)生微波輻射的干擾。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)采用USB接口連接鼠標、鍵盤，采用觸摸屏和數(shù)字鍵盤等進行人機交互，也支持通過網(wǎng)絡進行人機交互。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，具有以下有益的技術效果:
1.采用自動控制光照的方式，實現(xiàn)晝夜節(jié)律研究過程中指定光制的實現(xiàn)，提高實驗研究的自動化過程和光制實現(xiàn)的精度，同時降低人工操作的復雜程度。2.提供溫度、濕度、光強的自動采集功能和超設定閾值報警功能，最大程度保證實驗研究的環(huán)境因素穩(wěn)定性。3.在實驗中引入視頻監(jiān)控功能，不僅可以改善實驗過程記錄和控制方式，而且可以對目標進行跟蹤，統(tǒng)計目標在各個劃定區(qū)域的信息。4.具有微波自動測量功能，可以跟蹤實驗過程中環(huán)境電磁場，有助于實驗結果分析。5.提供定時微波照射的控制功能，可自動的進行定時微波暴露，有助于關于微波暴露對生物機能晝夜節(jié)律影響的研究。


圖1為本發(fā)明的一種具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)的系統(tǒng)方案示意圖。圖2為本發(fā)明的一種具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件模塊原理框圖。
具體實施例方式以下結合附圖詳細描述本發(fā)明的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)的 體系結構，但不構成對本發(fā)明的限制。主要采用圖1所示的系統(tǒng)設計方案。用戶通過用戶接口(鍵盤、鼠標、觸摸屏或者數(shù)字鍵、網(wǎng)絡接口等)配置系統(tǒng)需要的功能，主要包括溫度、濕度和光強采集周期和報警門限值、照明光制設置(如12LD光制則每12小時交替進行開燈和關燈操作)、微波照射參數(shù)(在設定的LD光制下照射起始時間、照射時長、照射微波頻率、強度、延時啟動天數(shù)等)等。系統(tǒng)中，各個功能獨立運行，例如在開始實驗時，需要飼養(yǎng)實驗動物適應設定的LD光制建立穩(wěn)定的晝夜節(jié)律，此時可以不啟動微波照射模塊。當要求開始對實驗動物進行微波照射時，再啟動微波照射功能。注意:微波照射功能支持人工手動啟動，但一般選擇設置延時啟動參數(shù)延時啟動方式，該方式時間對準比較精確。啟動實驗控制功能后，溫度、濕度、光強采集模塊進行溫度、濕度、光強的周期性采集，并根據(jù)設置的閾值進行判斷。如果采集的溫度、濕度或者光強數(shù)據(jù)超過其設置的門限值，系統(tǒng)將通過報警模塊進行報警，并記錄報警信息以待備查。視頻監(jiān)控模塊主要進行視頻監(jiān)控功能，并將監(jiān)控視頻進行顯示、壓縮、存儲。在視頻監(jiān)控過程中，該模塊將根據(jù)實驗動物特征進行視頻跟蹤功能，同時繪制目標的運動軌跡，記錄出其在各個區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)，用于統(tǒng)計在各個時間段內實驗動物的活動信息。當視頻識別過程中發(fā)現(xiàn)異常狀況(如動物撕咬等不正常狀態(tài))時，也將啟動報警模塊進行報警。此外，采用視頻方式對實驗進行全程記錄也是一種新的實驗過程記錄和控制形式。在系統(tǒng)中，微波模塊根據(jù)系統(tǒng)配置模塊設定進行工作。當人工啟動該模塊或延時時間結束時，該模塊在設定的工作時間段內(起始時間和時長設置)啟動微波照射。其中接收天線位于鼠籠底部，用于測量該位置的微波功率(微波暴露時測量照射功率，其它時間檢測環(huán)境中微波功率)。注意:如果在非照射時間接收的微波功率過高(超過設定的門限值)，則該模塊也會通知報警模塊報警。系統(tǒng)采用如圖2所示的硬件設計方案。為了提高視頻處理功能，整個系統(tǒng)采用多處理器工作方式，其中一個主處理器控制整個系統(tǒng)運行，一個視頻處理器主要用于處理視頻，兩個處理器通過共享RAM的方式進行視頻數(shù)據(jù)交互，由主處理器通過視頻處理功能調用接口通知視頻處理器進行相應的視頻處理，而視頻處理器顯示視頻(可選)，并且通過共享RAM傳送處理結果和視頻數(shù)據(jù)給主處理器，主處理器對接收到的處理結果和壓縮視頻進行存儲或或網(wǎng)絡傳輸。主處理器通過串口或I2C接口與溫度、濕度、光強傳感器連接，根據(jù)系統(tǒng)配置要求進行溫度、濕 度、光強數(shù)據(jù)的采集和存儲，同時可以判斷采樣值是否超過設定的門限值。如果超過門限值，系統(tǒng)將通過IO接口通知報警模塊報警，同時也通過LAN接口進行網(wǎng)絡報警。系統(tǒng)在配置成微波暴露工作模式時不提供無線通信接口，防止無線通信對整個實驗環(huán)境產(chǎn)生微波輻射的干擾。該系統(tǒng)采用USB接口連接鼠標、鍵盤，采用觸摸屏和數(shù)字鍵盤等進行人機交互，也支持通過網(wǎng)絡進行人機交互。該系統(tǒng)支持兩種方式控制微波輻射。一種方式是采用現(xiàn)有的微波源儀器和微波測量儀器，借助網(wǎng)絡采用LXI標準對微波設備進行自動控制和自動測量，可以充分利用現(xiàn)有的微波精密儀器。另一種方式是在系統(tǒng)中集成微波發(fā)生電路和微波測量電路，可以根據(jù)配置的信息控制微波發(fā)生電路發(fā)射要求的微波信號(通過天線輻射出去)，同時利用接收天線接收微波信號實現(xiàn)微波強度測量。注意:兩種方式可以共同工作，即可以將兩種方式中微波發(fā)射和微波測量功能交叉應用。該系統(tǒng)提供看門狗功能，當系統(tǒng)異常時將重新運行程序。由于配置信息已經(jīng)存儲于系統(tǒng)中，系統(tǒng)將根據(jù)配置信息確定目前是否處于實驗周期中。如果處于實驗周期，將通過網(wǎng)絡(或系統(tǒng))獲取當前時間，并確定當前系統(tǒng)應處于的工作狀態(tài)，然后繼續(xù)運行，將異常降到最低。一種具有開展微波暴露下晝夜節(jié)律的研究系統(tǒng)的軟件設計方案:
初始化系統(tǒng)后，首先檢查是否是由看門狗電路復位造成的復位啟動，主要采用的方法是檢查工作狀態(tài)標志Flag_Working的值，如果該值為1，則判斷系統(tǒng)是由看門狗電路復位的。此時，首先讀取當前系統(tǒng)時間(或者從網(wǎng)絡獲取當前時間)，然后轉換到當前設置光制(如12LD光制)中的時間點，根據(jù)本次工作設置的配置參數(shù)，計算出當前應該處于的工作階段，然后繼續(xù)執(zhí)行這一工作流程。采用這種容錯方式，可以保證系統(tǒng)在受外接干擾重啟后可以按照原執(zhí)行流程進行，將誤差降到最低點。如果是正常啟動程序，則系統(tǒng)等待人工交互界面的人工配置。當接收到開始工作的命令后，首先設置Flag_Working的值為0,然后并行執(zhí)行以下幾個功能模塊:
溫度采集模塊:周期性記錄溫度信息，并判斷是否超出閾值范圍。如果超出范圍，將通知報警模塊報警。濕度采集模塊:周期性記錄濕度信息，并判斷是否超出閾值范圍。如果超出范圍，將通知報警模塊報警。光強采集模塊:周期性記錄光強信息，并判斷是否超出閾值范圍。如果超出范圍，將通知報警模塊報警。視頻監(jiān)控模·塊:采集被測動物的視頻，并根據(jù)目標特征進行目標跟蹤，統(tǒng)計目標出現(xiàn)各區(qū)域的信息。同時壓縮視頻，并存儲視頻，用于實驗過程的記錄和過程控制存檔。當視頻中檢測到有異常發(fā)生時，將通知報警模塊進行報警。光照控制模塊:按照光制配置信息通過光照控制電路實現(xiàn)周期性開燈、關燈的照明工作。微波測量模塊:根據(jù)配置信息，全程定時測量微波功率，記錄微波功率信息，包括微波暴露時的功率水平。若監(jiān)控的異常(微波暴露時功率水平低于門限值，或者非暴露時功率水平高于門限值)時，將通知報警模塊進行報警。微波發(fā)生模塊:該模塊根據(jù)系統(tǒng)配置信息，從設定的暴露起始時間，在設定的暴露時長期間進行設定頻率和功率水平的微波信號發(fā)生，構造微波暴露環(huán)境。報警模塊:檢測是否接收到要求報警的信息，如果有報警請求，則啟動報警模塊進行報警。當系統(tǒng)達到設定的工作時間(實驗天數(shù)設置)，或者接收人工結束實驗，命令后，系統(tǒng)將停止工作，此時將設置Flag_Working值為0，表示正常結束實驗。上述實施例只是為了說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的是在于讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)由系統(tǒng)配置模塊、照明控制模塊、視頻監(jiān)控模塊、微波發(fā)生和測量模塊、溫度采集模塊、濕度采集模塊、光強采集模塊和報警模塊組成， 所述系統(tǒng)配置模塊主要由人機接口電路和存儲電路組成，包括溫度、濕度和光強采集頻率和報警門限值設置、光制設置、微波照射參數(shù)這些功能模塊，系統(tǒng)中的各個功能模塊獨立運行。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度、濕度和光強采集頻率和報警門限值設置，主要由人機接口電路輸入，并存儲于系統(tǒng)存儲器中；所述光制設置支持各種LD光制，以12小時白天和12小時黑夜的12LD光制為例，可以進行開燈起始時間，開燈時長為12小時的設置；所述微波照射參數(shù)包括在設定的LD光制下照射起始時間、照射時長、照射微波頻率、強度、延時啟動天數(shù)這些參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的照明控制模塊包括照明控制電路，根據(jù)光制設置參數(shù)進行照明控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻監(jiān)控模塊利用視頻采集電路進行視頻采集，主要采用多處理器工作方式，其中一個主處理器控制整個系統(tǒng)運行，一個視頻處理器主要用于處理視頻，兩個處理器通過共享RAM的方式進行視頻數(shù)據(jù)交互，由主處理器通過視頻處理功能調用接口通知視頻處理器進行相應的視頻處理，而視頻處理器顯示視頻，并且通過共享RAM傳送處理結果和視頻數(shù)據(jù)給主處理器，主處理器對接收到的處理結果和壓縮視頻進行存儲或網(wǎng)絡傳輸，實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述微波發(fā)生和測量模塊由微波發(fā)生和測量電路構成，主要根據(jù)微波照射參數(shù)設置進行微波發(fā)生控制，該模塊采用兩種方式控制微波輻射，一種方式是采用現(xiàn)有的微波源儀器和微波測量儀器，借助網(wǎng)絡采用LXI標準對微波設備進行自動控制和自動測量，可以充分利用現(xiàn)有的微波精密儀器；另一種方式是在系統(tǒng)中集成微波發(fā)生電路和微波測量電路，可以根據(jù)配置的信息控制微波發(fā)生電路發(fā)射要求的微波信號，同時利用接收天線接收微波信號實現(xiàn)微波強度測量。
6.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度或濕度采集模塊由溫度采集或濕度采集電路構成，主要根據(jù)溫度或濕度采集頻率和門限值設置參數(shù)進行環(huán)境溫度或濕度的采集和記錄，如果超過門限值，系統(tǒng)將通知報警模塊報警。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述光強采集模塊由光強采集電路構成，主要根據(jù)光制設置參數(shù)、光強采集頻率和門限值設置參數(shù)進行環(huán)境光強采集和記錄，如果超過門限值，系統(tǒng)將通知報警模塊報警。
8.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述的報警模塊由報警電路構成，監(jiān)視系統(tǒng)各個模塊的報警請求，如果報警模塊接收到系統(tǒng)報警請求，將進行報警，支持通過LAN接口進行網(wǎng)絡報警。
9.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)在配置成微波暴露工作模式時不提供無線通信接口，防止無線通信對整個實驗環(huán)境產(chǎn)生微波輻射的干擾。
10.根據(jù)權利要求1所述的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)采用USB接口連接鼠標、鍵盤，采用觸摸屏和數(shù)字鍵盤等進行人機交互，也支持通過網(wǎng)絡進行人機交互。`
全文摘要
本發(fā)明提出了一種具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，采用光制設置和照明控制模塊，自動地實現(xiàn)晝夜節(jié)律研究的各種LD光制；采用多處理器工作方式，由主處理器通過視頻處理功能調用接口通知視頻處理器進行相應的視頻處理，主處理器通過串口或I2C接口與溫度、濕度、光強傳感器連接，進行數(shù)據(jù)采集和存儲，同時可判斷數(shù)據(jù)是否超過設定的門限值；該系統(tǒng)支持兩種方式控制微波輻射，一種方式是采用LXI標準對微波設備進行自動控制和自動測量；另一種方式是在系統(tǒng)中集成微波發(fā)生電路和微波測量電路。本發(fā)明的具有視頻監(jiān)控功能的開展微波暴露下晝夜節(jié)律研究系統(tǒng)，可以提高自動化過程和光制實現(xiàn)的精度，同時降低人工操作的復雜程度。
文檔編號A01K29/00GK103238534SQ201210294938
公開日2013年8月14日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權日2012年8月20日
發(fā)明者曹洪龍, 秦粉菊, 劉學觀, 趙鶴鳴, 王加俊, 童建 申請人:蘇州大學