專利名稱：自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電子通信技術領域，具體涉及一種能夠在自然環境中調控動物的視覺，并記錄其運動軌跡的裝置及方法。
背景技術：
視覺是人和動物感知外界環境與事物的重要感受通路，視覺是人和動物最重要的感覺，對機體生存具有重要意義，有科學證據表明視覺在動物遷徙與導航中起著重要作用，在動物遷徙與導航過程中調控動物的視覺可見度，并記錄其運動軌跡是一種在自然環境中探索視覺作用的有效方法，但是現有技術中并沒有一種在自然環境中對動物無任何物理損傷的情況下，調控動物的視覺，并記錄其運動軌跡的裝置及方法，如何在在自然環境中調控動物的視覺，并記錄其運動軌跡，成為當前面臨的重要技術難題，是目前研究動物視覺重要性所迫切需要解決的問題。

發明內容
為了克服現有技術中研究動物視覺存在的問題。本發明提供的自然環境中動物的視覺可見度和運動追蹤的裝置及方法，通過調節動物的視覺可見度使動物產生不同程度的視覺障礙，記錄動物在視覺障礙下的運動軌跡以及記錄在動物無視覺障礙下運動的軌跡，通過對比和分析上述的運動軌跡，揭示視覺在動物在遷徙與導航中作用，為研究動物視覺在導航中的作用，提供科學依據。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:
一種自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:包括安裝在被監測對象上的， 電子眼罩，用于被監測對象的眼睛，逐級調節被監測對象視覺的可見度；
定位模塊:用于接收來自衛星的定位信號，從而獲知被監測對象當前的地理坐標信
息；
數據記錄模塊:用于記錄被監測對象所處的地理信息和視覺障礙信息；
通信模塊:用于將數據記錄模塊的數據送入計算機或接收計算機的操作命令；
人機交互模塊:用于發出操作命令和顯示地理信息和視覺障礙信息；
主控模塊:用于接收定位模塊的地理信息；判斷是否進行視覺障礙，控制電子眼罩調節被監測對象視覺的可見度；控制數據記錄模塊發送命令使其進行數據記錄；控制通信模塊和計算機進行數據交換；
電源模塊:用于給上述電子眼罩、定位模塊、數據記錄模塊、數據記錄模塊、人機交互模塊和主控模塊提供電源；
其中電子眼罩、定位模塊、數據記錄模塊、通信模塊、人機交互模塊分別與主控模塊相連接；數據記錄模塊、通信模塊分別與定位模塊相連接。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述電子眼罩包括左眼單元和右眼單元，左眼單元和右眼單元單獨接受主控模塊發出的驅動信號，所述電子眼罩通過第一尼龍粘扣固定被監測對象的眼睛，所述第一尼龍粘扣上設有用于露出電子眼罩的眼睛孔，所述電子眼罩采用透明液晶材料制成，當接收驅動信號時，電子眼罩會對調節被監測對象視覺的可見度。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述定位模塊、數據記錄模塊、通信模塊、人機交互模塊、主控模塊、電源模塊集成在一電路板上，所述電路板通過第二尼龍粘扣固定在被監測對象的背部。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述定位模塊采用GPS定位模塊。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述數據記錄模塊采用EEPROM存儲芯片或SD卡進行數據存儲。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述通信模塊為USB接口通信模塊，包括串行口轉USB接口芯片。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述電源模塊包括鋰電池和與鋰電池相連接的直流穩壓模塊。基于上述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:包括以下步驟，
步驟(I)計算機通過通信模塊，設置主控模塊開啟視覺障礙的關鍵地理坐標和調節視覺可見度的關鍵地理坐標；
步驟(2)將設置后的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置固定在被監測對象上，并啟動裝置，放飛被監測對象； 步驟(3)初始化電子眼罩、定位模塊和數據存儲模塊，并開啟定位模塊的中斷和定時
器；
步驟(4)接收并記錄被監測對象當前的地理坐標信息；
步驟(5)主控模塊休眠，定位模塊定期喚醒主控模塊，主控模塊接收定位模塊傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與步驟(I)設置的開啟視覺障礙的關鍵地理坐標相一致，若一致，則開啟視覺障礙；
步驟(6)開啟視覺障礙后，主控模塊繼續接收定位模塊傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與調節視覺可見度的關鍵地理坐標相一致，若一致，則控制電子眼罩調節視覺可見度；
步驟(7)重復步驟(5)和步驟(6)，直至被監測對象飛回；
步驟(8 )從被監測對象上取下裝置，計算機通過通信模塊獲得數據存儲模塊中的數據，進行分析數據。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:步驟(5)判斷當前地理信息是否與步驟(I)設置的開啟視覺障礙的關鍵地理坐標相一致和步驟(6)判斷當前地理信息是否與調節視覺可見度的關鍵地理坐標相一致，其中相一致為設置的開啟視覺障礙或者調節視覺可見度的關鍵地理坐標為中心的區域內。前述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:所述定位模塊定期喚醒主控模塊的間隔時間為Is。
本發明的有益效果是:本發明的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置及方法，通過遮擋動物(被監測對象)的眼睛調節動物視覺的可見程度，使動物產生不同程度的視覺障礙，能夠自動開啟或撤銷視覺障礙，記錄動物在視覺障礙下的運動軌跡以及記錄在動物無視覺障礙下運動的軌跡，通過對比和分析上述的運動軌跡，揭示視覺在動物在遷徙與導航中作用，為研究動物視覺在導航中的作用，提供科學依據。


圖1是本發明的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置的安裝結構圖。圖2是本發明的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置的系統框圖。圖3是本發明的電源模塊的電路圖。圖4是本發明的通信模塊的電路圖。圖5是本發明的數據記錄模塊的電路圖。圖6是本發明的主控模塊的電路圖。圖7是本發明的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法的流程圖。
具體實施例方式下面將結合說明書附圖，對本發明作進一步的說明。如圖1及圖2所示，自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，包括安裝在被監測對象上的，
電子眼罩I，用于被監測對象的眼睛，使其產生視覺障礙，包括左眼單元和右眼單元，左眼單元和右眼單元單獨接受主控模塊6發出的驅動信號，電子眼罩I通過第一尼龍粘扣9固定被監測對象的眼睛，第一尼龍粘扣9上設有用于露出電子眼罩I的眼睛孔，電子眼罩I采用透明液晶材料制成，當接收驅動信號時，電子眼罩I會對被監測對象的開啟視覺障礙或者調節其的視覺可見度，第一尼龍粘扣9的毛面和刺面粘合，固定電子眼罩I在被監測對象的眼睛處。定位模塊2:用于接收來自衛星的定位信號，從而獲知被監測對象當前的地理坐標信息，其采用但不僅限于GPS定位模塊；
數據記錄模塊3:用于記錄被監測對象所處的地理信息和視覺障礙信息，數據記錄模塊3采用但不僅限于EEPROM存儲芯片或SD卡進行數據存儲；
通信模塊4:用于將數據記錄模塊3的數據送入計算機或接收計算機的操作命令，通信模塊4采用但不僅限于USB接口通信模塊，USB接口通信模塊包括串行口轉USB接口芯片；人機交互模塊5:用于發出操作命令和顯示地理信息和視覺障礙信息，其采用但不僅限于按鍵和發光二極管；
主控模塊6:用于接收定位模塊2的地理信息；判斷是否進行視覺障礙，控制電子眼罩I對被監測對象開啟或調節視覺可見度；控制數據記錄模塊3發送命令使其進行數據記錄；控制通信模塊4和計算機進行數據交換； 電源模塊7:用于給上述電子眼罩1、定位模塊2、數據記錄模塊3、數據記錄模塊3、人機交互模塊5和主控模塊6提供電源，電源模塊7包括鋰電池和與鋰電池相連接的直流穩壓模塊；上述電子眼罩1、定位模塊2、數據記錄模塊3、通信模塊4、人機交互模塊5分別與主控模塊6相連接；數據記錄模塊3、通信模塊4分別與定位模塊2相連接，其中定位模塊2、數據記錄模塊3、通信模塊4、人機交互模塊5、主控模塊6、電源模塊7集成在一電路板上，電路板通過導線8與電子眼罩I相連接，電路板通過第二尼龍粘扣10固定在被監測對象的背部，固定方式如下，把第二尼龍粘扣10的毛面用無害強力膠粘貼在被監測對象的背部，電路板用無害強力膠粘貼在第二尼龍粘扣10的刺面，把第二尼龍粘扣10的毛面和刺面粘合，就將電路板固定在被監測對象的背部。如圖3至圖6所示，本發明的然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置的具體電路結束如下，
電子眼罩1，采用單段液晶，其尺寸大小為5mm*5mm，單段液晶的驅動引腳連接至主控模塊6中單機片的41腳、42引腳、43引腳、44引腳，并采用動態驅動方式，開啟或調節視覺可見度的方法是給單段液晶加載驅動信號，驅動信號為脈寬可調(PWM)的驅動信號，通過調節脈寬，能夠調節視覺的可見度。定位模塊2:采用型號為GMS-UlLP的GPS定位模塊，其9腳和10腳通過電阻連接至主控模塊6中單片機的39腳和6腳，通過串行方式給主控模塊6的單片機傳送當前的地理坐標；其第2腳和主控模塊6中單片機的36腳相連，由主控模塊6中單片機提供GPS定位模塊的復位信號；其13腳和主控模塊6中單片機的第8腳相連，由GPS定位模塊提供Is的時鐘信號給主控模塊6中單片機，用于把主控模塊6中單片機從休眠狀態喚醒；
數據記錄模塊3:采用型號MX25L320 EEPROM芯片，其I腳、2腳、5腳、6腳與GPS定位模塊的18腳、15腳、16腳、17腳相連，采用SIP串行通信方式，用于記錄當前的地理信息數據和關鍵地理坐標數據；
人機交互模塊5:采用紅色發光二極管LED3、LED4及按鍵K1、K2，分別連接至主控模塊6中單片機的34、35、18、19腳；
主控模塊6:通過通信模塊和計算機進行`數據交換。采用單片機STC12C5A32S2及其相關的外圍電路，其中XTl和Cll和C12組成時鐘電路，R14為復位電路。電源模塊7:采用標稱3.7VIOOOmah的鋰聚合物電池及XC6206P332組成，給其他模塊提供3.3V的直流電源，本可供本發明的裝置工作15小時以上。本發明的裝置工作原理如下:當電源模塊7開啟后，主控模塊6初始化完畢其他模塊后，即給定位模塊2發命令，使其在數據記錄模塊3中記錄地理信息；同時主控模塊6接收定位模塊2的當前地理信息并與關鍵點地理信息進行比較，如果符合，則開啟電子眼罩1，否則關閉電子眼罩1，被監測對象歸巢后取下，計算機通過USB接口獲取記錄數據，并進行分析。如圖7所示，基于上述裝置的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，包括以下步驟，
第一步，計算機通過通信模塊，設置主控模塊開啟視覺障礙的關鍵地理坐標和調節視覺可見度的關鍵地理坐標，這里的關鍵地理坐標是通過人工設置的，人工設置認為需要開啟視覺障礙或者調節視覺可見度的地理坐標，通過查地圖等手段確定；
第二步，將設置后的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置固定在被監測對象上，并啟動裝置，放飛被監測對象；第三步，初始化電子眼罩1、定位模塊2和數據存儲模塊3，并開啟定位模塊2的中斷和定時器；
第四步，接收并記錄被監測對象當前的地理坐標信息；
第五步，主控模塊6休眠，休眠能夠節約電源，以延長電池使用時間，定位模塊2定期喚醒主控模塊6，間隔時間為ls，主控模塊6接收定位模塊2傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與第一步設置的開啟視覺障礙的關鍵地理坐標相一致，若一致，則開啟視覺障礙，可以分別開啟左、右眼的視覺障礙，不存在關聯關系；
第六步，開啟視覺障礙后，主控模塊繼續接收定位模塊傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與調節視覺可見度的關鍵地理坐標相一致，若一致，則控制電子眼罩調節視覺可見度，可以分別調節左、右眼的視覺可見度，不存在關聯關系；
第七步，重復第五步和第六步，直至被監測對象飛回；
第八步，從被監測對象上取下裝置，計算機通過通信模塊4獲得數據存儲模塊3中的數據，進行分析數據。其中第五步和第六步，判斷當前地理信息是否與關鍵地理坐標相一致是指設置的開啟視覺障礙或者調節視覺可見度的關鍵地理坐標為中心，以設定誤差范圍為半徑的圓形區域，所述設定誤差范圍為人工設定的，是可以調控的。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:包括安裝在被監測對象上的， 電子眼罩(1)，用于被監測對象的眼睛，逐級調節被監測對象視覺的可見度； 定位模塊(2):用于接收來自衛星的定位信號，從而獲知被監測對象當前的地理坐標信息； 數據記錄模塊(3):用于記錄被監測對象所處的地理信息和視覺障礙信息； 通信模塊(4):用于將數據記錄模塊(3)的數據送入計算機或接收計算機的操作命令； 人機交互模塊(5):用于發出操作命令和顯示地理信息和視覺障礙信息； 主控模塊(6):用于接收定位模塊(2)的地理信息；判斷是否進行視覺障礙，控制電子眼罩(I)調節被監測對象視覺的可見度；控制數據記錄模塊(3)發送命令使其進行數據記錄；控制通信模塊(4)和計算機進行數據交換； 電源模塊(7):用于給上述電子眼罩(I)、定位模塊(2)、數據記錄模塊(3)、數據記錄模塊(3)、人機交互模塊(5)和主控模塊(6)提供電源； 其中電子眼罩(I)、定位模塊(2)、數據記錄模塊(3)、通信模塊(4)、人機交互模塊(5)分別與主控模塊(6)相連接；數據記錄模塊(3)、通信模塊(4)分別與定位模塊(2)相連接。
2.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述電子眼罩(I)包括左眼單元和右眼單元，左眼單元和右眼單元單獨接受主控模塊(6)發出的驅動信號，所述電子眼罩(I)通過第一尼龍粘扣(9)固定被監測對象的眼睛，所述第一尼龍粘扣(9)上設有用于露出電子眼罩(I)的眼睛孔，所述電子眼罩(I)采用透明液晶材料制成，當接收驅動信號時，電子眼罩(I)會對調節被監測對象視覺的可見度。
3.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述定位模塊(2)、數據記錄模塊(3)、通信模塊(4)、人機交互模塊(5)、主控模塊(6)、電源模塊(7)集成在一電路板上，所述電路板通過第二尼龍粘扣(10)固定在被監測對象的背部。
4.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述定位模塊(2)采用GPS定位模塊。
5.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述數據記錄模塊(3)采用EEPROM存儲芯片或SD卡進行數據存儲。
6.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述通信模塊(4 )為USB接口通信模塊，包括串行口轉USB接口芯片。
7.根據權利要求1所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置，其特征在于:所述電源模塊(7)包括鋰電池和與鋰電池相連接的直流穩壓模塊。
8.基于權利要求1的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟(I)計算機通過通信模塊(4 )，設置主控模塊(6 )開啟視覺障礙的關鍵地理坐標和調節視覺可見度的關鍵地理坐標； 步驟(2)將設置后的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置固定在被監測對象上，并啟動裝置，放飛被監測對象； 步驟(3)初始化電子眼罩(1)、定位模塊(2)和數據存儲模塊(3)，并開啟定位模塊(2)的中斷和定時器； 步驟(4)接收并記錄被監測對象當前的地理坐標信息； 步驟(5 )主控模塊(6 )休眠，定位模塊(2 )定期喚醒主控模塊(6 )，主控模塊(6 )接收定位模塊(2)傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與步驟(I)設置的開啟視覺障礙的關鍵地理坐標相一致，若一致，則開啟視覺障礙； 步驟(6 )開啟視覺障礙后，主控模塊(6 )繼續接收定位模塊(2 )傳送的當前地理信息，并判斷當前地理信息是否與調節視覺可見度的關鍵地理坐標相一致，若一致，則控制電子眼罩(I)調節視覺可見度； 步驟(7)重復步驟(5)和步驟(6)，直至被監測對象飛回； 步驟(8 )從被監測對象上取下裝置，計算機通過通信模塊(4 )獲得數據存儲模塊(3 )中的數據，進行分析數據。
9.根據權利要求8所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:步驟(5)判斷當前地理信息是否與步驟(I)設置的開啟視覺障礙的關鍵地理坐標相一致和步驟(6)判斷當前地理信息是否與調節視覺可見度的關鍵地理坐標相一致，其中相一致為設置的開啟視覺障礙或者調節視覺可見度的關鍵地理坐標為圓心，以設定誤差范圍為半徑的圓形區域。
10.根據權利要求8所述的自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的方法，其特征在于:所述定位模塊( 2)定期喚醒主控模塊(6)的間隔時間為Is。
全文摘要
本發明公開了一種自然環境中動物的視覺調控和運動追蹤的裝置及方法，該裝置遮擋動物(被監測對象)的眼睛調節動物視覺的可見程度，使動物產生不同程度的視覺障礙，能夠自動開啟或撤銷視覺障礙，記錄動物在視覺障礙下的運動軌跡以及記錄在動物無視覺障礙下運動的軌跡，分析行為響應。本發明為在自然環境中動物自由活動狀態下研究視覺環境感知與行為調控，提供一種實驗工具與方法。
文檔編號A01K45/00GK103109755SQ20131005533
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月21日 優先權日2013年2月21日
發明者劉小峰, 劉玉宏, 蔣愛民, 徐寧, 周小芹 申請人:河海大學常州校區