[0001] 本发明属于动物机器人领域，具体涉及一种带太阳能充电的远程长续航微型神经刺激器。

[0002] 动物机器人，是将神经刺激信号施加到动物大脑特定的神经靶点，以达到调控其行为或增强其能力的目的，使其变成“机器人式”动物。这种半生物、半机器的“机器人式”动物不仅具有动物出色的环境适应性，而且还可以像机器一样，按人类的期望和要求进行分析、完成人类交给的任务。目前，动物机器人种类繁多，比如鸽子机器人、大鼠机器人、壁虎机器人等等。无论是哪种动物作为载体，其中核心的组成部分就是用于产生神经刺激信号的神经刺激器。

[0003] 神经刺激器一般由控制端和刺激生成端两部分组成。控制端由操控人操作，用于设定神经刺激信号的参数，对于大小没有要求，目前主要是利用计算机程序实现；刺激生成端置于动物身上，比如头部或背部，用于产生特定波形的刺激信号。刺激生成端需要动物背负，由于被控对象体积一般都很小，背负能力有限，因此对器件的大小和重量都有较高要求。此外，刺激生成端能源供给也是目前面临的主要问题。因此，如何在有限的体积和重量条件下获得更持久的供能，使神经刺激器能够长期工作是神经刺激器最大的难点。

[0018] 下面结合附图对本发明的原理进行和特征进行描述，所举例只用于解释本发明，并非限定本发明的使用范围。

[0019] 如图1‑14所示，本发明提出了一种带太阳能充电的远程长续航微型神经刺激器，包括远程控制端和背负安装于动物身上的刺激端，通过控制端可远程发出控制信号后由无线通讯进行信号传输，控制刺激端进行电刺激信号的产生，可显著提高神经刺激器背负在动物身上运行的稳定性。

[0020] 具体的，刺激端包括壳体1、连接壳体1内部电路板的外接长线刺激接口2和安装在壳体1内部的电路板。六面体设计的壳体1可通过3D打印技术制造而成，采用六面立体结构。其次，将具有不同功能的电子元器件分散布置在电路板上的不同层上并固定在壳体1内部，不仅极大地减小了刺激生成端的体积，而且降低了总体的重量。供电电池设置在六面体封装的壳体1内部。

[0021] 电路板上集成的模组包括刺激端供电模块、4G通讯模块、定位模块、刺激控制模块、刺激生成模块、信息存储模块、状态显示模块，刺激端供电模块连接4G通讯模块、定位模块、刺激控制模块、刺激生成模块、信息存储模块、状态显示模块以及壳体1外设置的太阳能充电模块；4G通讯模块、刺激生成模块和信息存储模块与刺激控制模块相连；刺激生成模块通过外接长线连接口与安装在动物体上的刺激端口相连；定位模块与4G通信模块单独相连；状态显示模块与刺激生成模块的外接长线刺激接口2单独相连。

[0022] 太阳能充电模块：用于给连接刺激端供电模块的供电电池进行可持续充电且位于六面体封装的壳体正上方。太阳能供电模块同于当电池电流大于充电电流时，太阳能板和电池一起向负载端供电。本发明利用太阳能充电模块可进行能源补给，进而提高刺激器工作时长。

[0023] 刺激端供电模块：用于对刺激端的各个模块提供电能。刺激端供电模块的供电电池（采用锂电池）固定在六面体设计的壳体1内部。

[0024] 4G通讯模块：用于远距离通过无线信号完成刺激端与控制端的信号传输。

[0025] 定位模块：用于检测刺激端所在位置。

[0026] 刺激控制模块：用于接收来自4G通讯模块接收端的电信号，经过数据处理后，对刺激生成模块发出电信号进行输出控制。

[0027] 刺激生成模块：用于产生恒流双向脉冲电刺激信号。

[0028] 信息存储模块用于在无网络的状况，也可以存储GPS数据。

[0029] 状态显示模块：通过信号指示灯对刺激端电路运行状态进行显示。

[0030] 远程控制端采用网页形式显示，网页显示界面包含用户登陆界面、地图显示界面、电量显示界面、刺激通道选择界面、定位信息日志界面、历史数据选择界面；远程控制端必须在用户登陆的情况下才可以进行界面操作，未登录只可以查看界面信息以及当前界面的一些操作信息。

[0031] 用户登陆界面：用于验证身份信息，进入控制端可操作界面；地图显示界面：用于在地图上显示刺激端的位置信息；
电量显示界面：用于显示刺激端的剩余电量；
刺激通道选择界面：用于设定恒流双向脉冲刺激信号的幅值、频率、占空比、脉冲、刺激时长并发出控制信号，将设置的参数通过无线通讯打包发送到刺激端；
定位信息日志界面：实时显示刺激端的经纬度信息；
历史数据选择界面：可以搜索想要时间刺激端经纬度信息。

[0032] 刺激端的各个模块构成刺激端总电路，刺激端总电路包括第一单片机以及与第一单片机相连的第一太阳能供电电路、第一电源电路、第一通讯电路、第一定位电路、升压电路、第一物联网卡电路、指示灯电路、刺激电路、刺激通道选择电路、电平转换电路和信息存储电路；第一定位电路、指示灯电路、刺激电路、电平转换电路均与第一电源电路的负载输出端相连，第一单片机、第一物联网电路和信息存储电路均与第一通讯电路的内置输出电压1.8V相连。

[0033] 第一太阳能供电电路包括外接太阳能板(采用砷化镓材料)和电源管理芯片U13（型号可以为SPV1050T），太阳能板分别连接第二十七电容C27(型号参数可选用4.7uF ±10% 10V)的一端、第二十八电容C28(型号参数可选用4.7uF)的一端、第七电感L7(型号参数可选用22uH±10%)的一端、第五十一电阻R51(型号参数可选用0Ω ±1% 62.5mW)的一端和电源管理芯片U13的第十三引脚，第二十七电容C27的另一端和第二十八电容C28的另一端接地，第七电感L7的另一端连接在电源管理芯片U13的第十六引脚，第五十一电阻R51的另一端分别连接电源管理芯片U13的第一引脚、第五十二电阻R52(型号参数可选用2mΩ ±1% 
330mW)的一端，第五十二电阻R52的另一端连接电源管理芯片U13的第二引脚并通过第五十三电阻R53(型号参数可选用10mΩ ±1%3W)接地，电源管理芯片U13的第三引脚通过第四十四电容C44(型号参数可选用10nF ±10% 50V)接地，电源管理芯片U13的第四引脚连接第四十四电容C44的接地端。

[0034] 电源管理芯片U13的第十五引脚和第四十八电阻R48的一端连接在第三十二电容C32(型号参数可选用47uF)的一端，第三十二电容C32的另一端接地，电源管理芯片U13的第十四引脚直接与第一外部电源相连，第四十八电阻R48(型号参数可选用6.2mΩ)的另一端连接电源管理芯片U13的第十引脚并通过第四十九电阻R49(型号参数可选用499kΩ ±1% 62.5mW)连接第五十电阻R50(型号参数可选用2.7mΩ)的一端和电源管理芯片U13的第九引脚，第五十电阻R50的另一端接地，电源管理芯片U13的第七引脚和第八引脚分别与第一单片机U5连接。

[0035] 第一电源电路通过第六PMOS管Q6的源极与第一外部电源正极相连，第六PMOS管Q6的漏极和第三十四电容C34（型号参数可选用10uF）的一端连接在负载电压输出端，第三十四电容C34的另一端接地，第六PMOS管Q6的栅极连接在第十五与非门芯片U15（型号可选用SN74LVC1G00DRY2）的第四引脚，第十五与非门芯片U15的第六引脚连接第一外部电源，第十五与非门芯片U15的第一引脚连接在第十四霍尔效应传感器芯片U14（型号可选用DRV5032FADMRR）的第四引脚，第十四霍尔效应传感器芯片U14的第一引脚接第一外部电源，第十五与非门芯片U15的第二引脚连接在第十七比较器芯片U17（型号可选用
TLV3012AIDCKT）的第一引脚，第十七比较器芯片U17的第四引脚和第五引脚相互连接，第十七比较器芯片U17的第三引脚连接在第五十四电阻R54（型号参数可选用10mΩ）的一端和第五十五电阻R55（型号参数可选用10mΩ）的一端，第五十四电阻R54的另一端、第十七比较器芯片U17的第六引脚与第一外部电源相连，第五十五电阻R55和第十七比较器芯片U17的第二引脚相连后接地。

[0036] 升压电路包括第四稳压器U4（型号参数可选用TPS61046YFFR）、第五电容C5（型号参数可选用100nF）和第六电容C6（型号参数可选用10uF），第四稳压器U4的第一引脚、第五电容C5的一端和第六电容C6一端连接在负载电压输出端，第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端、第十二电阻R12（型号参数可选用100kΩ）的一端接地，第一电感L1（型号参数可选用10uH）的两端分别连接在第四稳压器U4的第一引脚和第五引脚，第十电阻R10（型号参数可选用1mΩ）的一端、第四稳压器U4的第二引脚连接第十二电阻R12的另一端，第四稳压器U4的第三引脚连接在第一单片机上，第四稳压器U4的接地端与地相连，第四稳压器U4的第六引脚与第十电阻R10的另一端、第七电容C7（型号参数可选用4.7uF）的一端、第八电容C8（型号参数可选用4.7uF）的一端、第九电容C9（型号参数可选用100nF）的一端和9V输出端相连，第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端接地。

[0037] 第一通讯电路包括第一通讯芯片U9，第一通讯芯片U9的第二引脚与第一定位电路的定位芯片连接，第一通讯芯片U9的第七引脚与第十九NMOS管U19的漏极连接，第十九NMOS管U19的栅极和第十八电阻R18的一端与第一单片机连接，第十九NMOS管U19的源极和第十八电阻R18的另一端与地连接，第一通讯芯片U9的第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚和第十四引脚分别与第一物联网卡电路的物联网卡芯U12连接，物联网卡芯片U12的接地引脚接地，物联网卡芯片U12的第三引脚、第二十一电阻R21的一端和第二十四电容C24的一端连接在第一通讯芯片U9的第十一引脚，第二十一电阻R21的另一端、第二十三电容C23的一端和物联网卡芯片U12的第八引脚连接第一通讯芯片U9的第十四引脚，第二十三电容C23的另一端接地，物联网卡芯片U12的第六引脚和第二十五电容C25的一端连接第一通讯芯片U9的第十三引脚，物联网卡芯片U12的第七引脚和第二十六电容C26的一端连接第一通讯芯片U9的第十二引脚，第二十四电容C24的另一端、第二十五电容C25的另一端和第二十六电容C26的另一端接地；第一通讯芯片U9的第十七引脚和第十八引脚与第一单片机连接，第一通讯芯片U9的第二十四引脚生成串口通信供电的1.8V输出电压，第一通讯芯片U9的第四十二引脚、第四十三引脚、第一TVS管D1的一端、第十六电容C16的一端、第十七电容C17的一端、第四十电容C40的一端和第四十三电容C43的一端连接在负载电压输出端，第一TVS管D1的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端、第四十电容C40的另一端和第四十三电容C43的另一端接地，第一通讯芯片U9的接地引脚接地。上述元器件采用的具体型号可为：R18‑‑1MΩ，R21‑‑15KΩ，C40‑‑10pF，C23‑‑100nF，C24/C25/C26均为33pF，C43—100nF，C16/C17均为100uF，U9、U12、U19、D1为EC800M‑CNGA‑I05、eSIM‑5*6mm、2N7002W、PRSB6.8C‑LF‑T710。

[0038] 指示灯电路包括第十八NMOS管U18（型号参数可选2N7002W）和第一发光二极管LED1，第十八NMOS管U18的栅极和第四十七电阻R47（型号参数可选用1MΩ）的一端、第一通讯芯片U9的第二十五引脚相连，第四十七电阻R47的另一端和第十八NMOS管U18的源极接地，第十八NMOS管U18的漏极通过第二十电阻R20（型号参数可选用2KΩ）连接第一发光二极管LED1（型号参数可选用XL‑1606SURC）的负极，第一发光二极管LED1的正极连接在负载电压输出端。

[0039] 刺激电路包括第七双N沟道MOS管Q7，第七双N沟道MOS管Q7的栅极一连接在第一单片机U5的第七引脚和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端和第七双N沟道MOS管Q7的源极一接地，第七双N沟道MOS管Q7的漏极一连接在第二电阻R2的一端、第二双通道全桥MOS管Q2的第四引脚和第五引脚，第二电阻R2的另一端接升压电路的9V输出电压，第二双通道全桥MOS管Q2的第三引脚直接连接升压电路的9V输出电压，第二双通道全桥MOS管Q2的第六引脚连接在模拟多路复用器芯片U2的第九引脚，模拟多路复用器芯片U2的第八引脚连接在第二双通道全桥MOS管Q2的第七引脚，第二双通道全桥MOS管Q2的第八引脚通过第八电阻R8连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极和第十一电阻R11的一端接地，第三三极管Q3的基极、第十一电阻R11的另一端和第九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端与第一单片机U5的第十引脚连接；上述元器件采用的具体型号可为：R2‑‑20KΩ，R8‑‑510Ω，R9‑‑51KΩ，R3/R11均为1MΩ，Q2、Q3、Q7、U2为AP4580、MMBT3904T、DMN601DWK‑7、DG409LEDQ‑T1‑GE3。

[0040] 刺激通道选择电路包括模拟多路复用器芯片U2，模拟多路复用器芯片U2的第十四引脚连接在升压电路的9V输出端，模拟多路复用器芯片U2的第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚为通道选择引脚，模拟多路复用器芯片U2的第八引脚和第九引脚分别连接在刺激电路双通道全桥MOS管Q2的引脚上，模拟多路复用器芯片U2的接地引脚接地。

[0041] 电平转换电路包括电平转换芯片U1（型号可选用TXS0104EYZTR），电平转换芯片U1的B2引脚、B3引脚、C3引脚和D3引脚和连接在第一通讯芯片U9的内置输出电压1.8V，电平转换芯片U1的A2引脚连接在负载输出端，电平转换芯片U1的B1引脚、C1引脚和D1引脚分别连接在模拟多路复用器芯片U2的第一引脚、第二引脚和第十六引脚，电平转换芯片U1的C2引脚通过第四电阻R4（型号参数可选用10KΩ）连接第一单片机U5，电平转换芯片U1的接地引脚接地。

[0042] 信息存储电路包括串行接口闪存芯片，串行接口闪存芯片第一引脚、第二引脚、第五引脚和第六引脚连接第一单片机，第七引脚、第八引脚和第十电容的一端连接第一通讯芯片的内置输出电压1.8V，第十电容的另一端和串行接口闪存芯片第九引脚接地，串行接口闪存芯片的接地引脚接地。

[0043] 显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。