张志阳，王宇辰，车暮雪，戴江平，曹文馨

（华北理工大学电气工程学院，河北 唐山 063210）

引言

神经病理性疼痛（NPP）一直是临床和基础医学研究的热点。条件性位置偏好（CPP）实验可以有效验证治疗NPP的药物是否具有较强的精神依赖性，而目前的CPP实验装置收集和分析数据不够精准。本课题以条件性偏好实验为切入点，将传感器科学和动物行为学相结合，利用STC89C52单片机系统的E18-D80NK红外传感器改良CPP实验装置，方便医学科研人员更精确地评价药物的精神依赖性。

本课题的成果也将在后续嵌入式系统开发中得到应用与拓展，作为一项重要的技术储备，具有很强的医学应用前景和价值。

1 条件性偏好实验研究现状分析

神经病理性疼痛（Neuropathic Pain，NPP）是指周围或中枢神经系统原发或继发性损害或功能障碍引起的疼痛[1]。NPP发病率高、危害性大，对患者身心健康造成巨大伤害，一直是医学研究的热点[2]。阿片受体在大脑中广泛表达，通过结合内源性阿片肽传导疼痛[3]。NPP目前尚无特效药，临床治疗的一线药物为阿片类镇痛药。但是长期使用阿片类药物，尤其是吗啡和芬太尼等κ-阿片受体激动剂类药物有广泛的副作用。其中，阿片类药物的药物奖赏效应即成瘾性会导致滥用倾向，并且这种精神依赖性很难戒断。

条件性位置偏好（Conditioned Place Preference，CPP）实验是一种广泛应用于药物奖赏以及药物渴求研究的动物模型评价的实验方法。NPP在动物身上很难表现出来，CPP为研究动物的疼痛的程度及缓解和评价药物的镇痛作用提供有效的方式。该模型训练周期短，简单易行，无药状态的测验能排除药物对测验成绩的干扰。该实验利用环境位置偏爱箱进行检测，通过对比训练前后实验动物在箱中停留时间的变化，来评价药物的精神依赖性。传统的视频监测系统下的CPP实验装置较为被动，存在脱标、时间延迟问题以及数据分析的二分法对于光线的高度要求等问题。

因此，基于STC89C52单片机系统的E18-D80NK红外监测系统在小鼠条件性位置实验装置的应用，可以有效提高CPP实验数据的精准度，从而更好地评价药物的精神依赖性。

2 基于STC89C52单片机的E18-D80NK红外监测系统系统构建

本项目设计的实验体流量计数器安装在实验箱的出入口处。当传感器探测到实验体进出时，产生的低电平会在单片机内部进行脉冲计数。在单片机的驱动下，LCD显示进出的实验体数目和实验箱内实时的实验体数目。实验结束后可使用复位按键对LCD进行清零。系统主要由单片机、报警电路、红外光电传感器、显示电路和按键电路等模块组成，如图1所示。

图1 红外监测系统的结构框图

3 数据交互的设计方案

当传感器探测到有实验体进出时，低电平会在单片机内部进行脉冲计数。E18-D50NK反射式红外传感器的发射器与接收器集成。当有实验体从实验箱出入口通过时，发射器发出的红外光束会被实验体反射，然后被接收器接收。随着光信号的变化，光电元件的电信号也会随之改变，形成脉冲信号。该信号送到单片机STC89C52内计数。

4 LCD与STC89C52单片机之间数据交互的设计方案

LCD1602在单片机的驱动下显示人数信息，实现了实验体进出次数的实时统计。如图2所示。工作前，通过复位电路使系统进行初始化。与自动复位电路相比，手动复位不需要编写程序。当系统电路在工作电压下进行正常工作时，通过手动方式使单片机系统复位。

图2 单片机驱动LCD1602液晶的电路图

5 实验验证及分析

5.1 测试实验

这部分实验是在设计的过程中进行，验证每一部分的功能是否能够实现。

1）验证LCD显示：在开发板中进行测试，观察能否输出相应数据。

2）验证传感器：模拟实验体进出环境，使用示波器观察传感器是否正常输出相应高低电平数据。

3）验证系统是否能够正常启动。

5.2 综合实验

主要在设计的系统上做补充性实验，对系统的整体功能实现上进行综合实验，同时考虑对设计性能进行必要的测试，利用原实验装置和基于STC89C52单片机系统的E18-D80NK红外监测系统的进行条件性位置偏好实验，收集数据，并对监测系统进行调试。从而对课题给予有力的证明，验证方案的可行性。

5.3 应用实验

针对传统医学实验装置脱标、时间延迟问题以及数据分析的二分法对于光线的高度要求等问题，在搭建的基于STC89C52单片机的E18-D80NK红外监测系统上，复现项目中实现功能的关键部分，然后在新系统上测试数据传输的准确性，并与之前测试数据结果进行比较，得出结论，从而验证方案的优越性。

6 结论

经实验分析，本文设计的红外监测系统可以对实验体进行精准度较高的监测，并且有着良好的抗干扰性能。并且可以准确直观地观察实验数据，降低人为计数的误差。可通过进一步设计完善，并在医学实验领域中广泛应用。