專利名稱：基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基因分析儀器的測控系統(tǒng)，特別涉及生物基因信息檢測儀器的整機(jī)測控。
背景技術(shù)：
生物基因信息的檢測技術(shù)是近年來逐漸發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，包含了多個領(lǐng)域的最新研究成果。所以，用于生物基因信息檢測的分析儀器亦涉及到多個專業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，其檢測原理基于生物學(xué)、化學(xué)、物理等多個學(xué)科，光學(xué)、電子、機(jī)械等精密部件構(gòu)成了儀器的主體，生物信息受激顯現(xiàn)、微弱信號檢測、樣品的精確進(jìn)樣、條件苛刻的檢測環(huán)境的建立、危險因素的可靠規(guī)避、人機(jī)安全的有效保障等是儀器測控系統(tǒng)必須實現(xiàn)的功能，儀器的測控和工作精度要求非常高。如何對已有的基因分析儀器及類似儀器提供全部組件的精確測量和控制，安全、可靠地保障儀器的功能實現(xiàn)和穩(wěn)定運(yùn)行，一直是這一領(lǐng)域需要攻克的難題。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，以實現(xiàn)基因分析儀器的整機(jī)測控功能，為類似儀器提供全部組件的精確測量和控制，安全、可靠地保障儀器的功能實現(xiàn)和穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明提供的一種基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其構(gòu)成包括中央信息處理單元、通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、光電傳感器驅(qū)動單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元和面板操控單元，所述中央信息處理單元與通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元、面板操控單元均相連，所述光譜數(shù)據(jù)采集單元與光電傳感器驅(qū)動單元相連。進(jìn)一步，所述的中央信息處理單元包括一個嵌入式主處理器，所述的光譜數(shù)據(jù)采集單元和運(yùn)動部件控制單元分別包括一個嵌入式從處理器。三個處理器構(gòu)成了有機(jī)的多處理器的測控系統(tǒng)，分散了處理器的測控載荷和故障風(fēng)險，提高了測控系統(tǒng)的實時性和可靠性。進(jìn)一步，所述的中央信息處理單元包括嵌入式微處理器MCU、晶振、內(nèi)存、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、可編程邏輯器件CPLD和電源監(jiān)視復(fù)位電路，所述的嵌入式微處理器MCU分別與晶振、內(nèi)存、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、可編程邏輯器件CPLD、電源監(jiān)視復(fù)位電路均電氣連接，所述的嵌入式微處理器MCU還與所述的通信單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元電氣連接，所述的可編程邏輯器件CPLD與所述的光譜數(shù)據(jù)采集單元、綜合驅(qū)動單元和面板操控單元電氣連接，可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動光譜數(shù)據(jù)采集單元中的雙口 RAM，實現(xiàn)中央信息處理單元和光譜數(shù)據(jù)采集單元之間的數(shù)據(jù)通信，所述的可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動綜合驅(qū)動單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)中央信息處理單元對綜合驅(qū)動板的實時測控，所述的可編程邏輯器件CPLD，與綜合驅(qū)動單元和面板操控單元中的開關(guān)量傳感器接口和開關(guān)量驅(qū)動接口電氣連接，各開關(guān)量信息在CPLD內(nèi)進(jìn)行邏輯組合，通過這些開關(guān)量，由 MCU實現(xiàn)儀器工作狀態(tài)的實時測控。進(jìn)一步，所述的通信單元包括以太網(wǎng)控制器A、以太網(wǎng)控制器B、異步串行通信控制器、RS232收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)變壓器A、網(wǎng)絡(luò)變壓器B、RJ45插座A、RJ45插座B和DB9插座，所述的以太網(wǎng)控制器A與網(wǎng)絡(luò)變壓器A、RJ45插座A電氣連接，通過RJ45插座A與儀器外部計算機(jī)連接，實現(xiàn)該類分析儀器與外部計算機(jī)工作站之間的通信；所述的以太網(wǎng)控制器B 與網(wǎng)絡(luò)變壓器B、RJ45插座B電氣連接，通過RJ45插座B與儀器外部調(diào)試用計算機(jī)或其它外設(shè)連接，實現(xiàn)該類分析儀器與其它擴(kuò)展外設(shè)之間的以太網(wǎng)通信；所述異步串行通信控制器與RS232收發(fā)器、DB9插座電氣連接，通過DB9插座，實現(xiàn)MCU對該類分析儀器內(nèi)部具有異步串行接口部件的控制和監(jiān)測。進(jìn)一步，所述光譜數(shù)據(jù)采集單元包括嵌入式從處理器DSP1、雙端口 RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬信號調(diào)理電路和多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路，所述嵌入式從處理器DSPl與雙端口 RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路電氣連接，所述模擬信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換器電氣連接，將光電傳感器驅(qū)動單元放大的CCD輸出信號調(diào)理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息，CCD的驅(qū)動時序由DSPl產(chǎn)生，并經(jīng)光電傳感器驅(qū)動單元中的CCD時序驅(qū)動電路放大到CCD驅(qū)動所需的電平，在此時序驅(qū)動的同時，DSPl采集數(shù)字化的CXD輸出信號，并根據(jù)CXD當(dāng)前時序打包成數(shù)據(jù)包，通過雙端口 RAM，將CXD采集的光信息傳輸給中央信息處理單元。進(jìn)一步，所述光電傳感器驅(qū)動單元包括電荷耦合器件CCD、CCD致冷控制電路、CCD 時序驅(qū)動電路、CCD輸出放大電路、CCD供電電路。所述電耦合器件CCD與CCD致冷控制電路、CCD時序驅(qū)動電路、CCD輸出放大電路、CCD供電電路電氣連接，所述CCD致冷控制電路與CCD的制冷控制端均電氣連接，控制CCD內(nèi)部的致冷器件，使CCD在較低的溫度下工作， 以增加CCD的信噪比，所述CCD時序驅(qū)動電路與光譜數(shù)據(jù)采集單元電氣連接，將由光譜數(shù)據(jù)采集單元產(chǎn)生的CCD驅(qū)動時序進(jìn)行放大，驅(qū)動CCD的工作在要求的工作狀態(tài)下，所述CCD輸出放大電路與CCD的輸出端連接，用于放大CCD的輸出信號，放大后的信號輸出至光譜數(shù)據(jù)采集單元，由光譜數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步，所述綜合驅(qū)動單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器B、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路、工作環(huán)境生成部件功率放大電路、工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號調(diào)理電路、環(huán)境溫度傳感信號調(diào)理電路、電源直流電壓取樣電路、特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、光學(xué)組件接口調(diào)理電路和儀器狀態(tài)開關(guān)量傳感器監(jiān)測電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器A與工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號調(diào)理電路電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器A與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制采集工作環(huán)境生成器件的被控量，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器B與環(huán)境溫度傳感信號調(diào)理電路、電源直流電壓取樣電路、特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、光學(xué)組件接口調(diào)理電路電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器B與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制采集環(huán)境溫度傳感值、電源直流電壓值、特殊電壓生成組件輸出電量值和光學(xué)組件輸出光功率值，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、光學(xué)組件接口調(diào)理電路電氣連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出合適的模擬量， 控制特殊電壓生成組件和光學(xué)組件工作在給定的工作狀態(tài)下，所述工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路與工作環(huán)境生成部件功率放大電路電氣連接，驅(qū)動工作環(huán)境生成部件實現(xiàn)恒溫恒濕等控制功能，所述工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路與中央信息處理單元中的CPLD電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU產(chǎn)生工作環(huán)境生成器件的被控量控制時序，通過CPLD 傳輸給工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路，所述儀器狀態(tài)開關(guān)量傳感器監(jiān)測電路與中央信息處理單元中的CPLD電氣連接。進(jìn)一步，所述運(yùn)動部件控制單元包括嵌入式從處理器DSP2、靜態(tài)存儲器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器A、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器B、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器C、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器D、電磁鐵驅(qū)動電路和定位傳感器接口，所述的嵌入式從處理器DSP2與靜態(tài)存儲器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器A、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器B、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器C、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器D，電磁鐵驅(qū)動電路、定位傳感器接口電氣連接，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與儀器內(nèi)運(yùn)動電機(jī)電氣連接，驅(qū)動運(yùn)動部件完成進(jìn)樣或其它操作，所述電磁鐵驅(qū)動電路與儀器內(nèi)電磁鐵電氣連接，驅(qū)動電磁閥門的開合動作，所述定位傳感器接口與儀器內(nèi)運(yùn)動部件的定位傳感器電氣連接，將運(yùn)動部件的位置信息傳輸給嵌入式從處理器DSP2，DSP2監(jiān)測和控制運(yùn)動部件的執(zhí)行。進(jìn)一步，所述面板操控單元包括照明觸控接口、復(fù)位接口、進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控接口、環(huán)境溫度傳感器、儀器狀態(tài)顯示組件及聲報警組件，所述照明觸控接口通過接插件與儀器內(nèi)部照明電路電氣連接，實現(xiàn)照明電路的通斷控制，所述復(fù)位接口通過接插件和邏輯電路與嵌入式微處理器MCU電氣連接，實現(xiàn)操作面板的復(fù)位控制功能；所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控接口通過接插件和邏輯電路與嵌入式微處理器MCU電氣連接，實現(xiàn)操作面板的進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控功能；所述的環(huán)境溫度傳感器與綜合驅(qū)動單元電氣連接，經(jīng)綜合驅(qū)動單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由嵌入式微處理器MCU讀取并監(jiān)視儀器所處環(huán)境溫度變化；儀器狀態(tài)顯示組件及聲報警組件通過驅(qū)動電路與嵌入式微處理器MCU電氣連接，顯示儀器的工作狀態(tài)，并在儀器工作出現(xiàn)異常時，發(fā)出聲光報警。本發(fā)明的有益效果在于(1)本發(fā)明實現(xiàn)了基因分析儀器硬件設(shè)計的全部要求，作為儀器中所有核心部件的控制處理中心，它可監(jiān)測各個部件的工作狀態(tài)，組織各部件按照一定的時間要求協(xié)調(diào)工作，自動控制各部件工作在指定的狀態(tài)下(如指定的溫度、電壓、電流)；與各個部件進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)通信；與外部計算機(jī)進(jìn)行通訊，接受外部主機(jī)的管理；在儀器出現(xiàn)問題時，本發(fā)明發(fā)出聲光報警，并及時將出現(xiàn)問題的部位和狀態(tài)告知外部計算機(jī)；在儀器啟動時，本發(fā)明自動檢查樣機(jī)各部件的健康狀態(tài)；其功能完全滿足基因分析儀器的使用；(2)本發(fā)明獨(dú)特的主從式硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)、分散式運(yùn)行模式，很好的解決了多個復(fù)雜部件的多功能、高精度、實時、可靠、安全、穩(wěn)定、高效的有序運(yùn)行；(3)本發(fā)明根據(jù)功能劃分，在硬件實現(xiàn)上由多塊電路板組成，硬件資源分配比例適當(dāng)，便于硬件電路的維護(hù)與升級，有很強(qiáng)的硬件功能擴(kuò)展和升級能力；(4)基于本發(fā)明的中央信息處理單元內(nèi)嵌入式主處理器，可運(yùn)行多線程軟件架構(gòu)的嵌入式測控軟件，層次和功能模塊劃分合理，有效提高測控系統(tǒng)的實時性，又增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和升級能力；(5)本發(fā)明采用雙端口 RAM設(shè)計的CCD數(shù)據(jù)采集與傳輸方式，利用對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集傳輸與通訊協(xié)議，實現(xiàn)了對電荷耦合器件CCD的復(fù)雜時序驅(qū)動與控制，使得數(shù)據(jù)輸出與時序控制同步，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲、傳輸?shù)耐焦ぷ鳎?(6)本發(fā)明的關(guān)鍵邏輯和安全保護(hù)功能均采用CPLD等硬邏輯實現(xiàn)，工作穩(wěn)定可靠，具有良好的抗干擾能力。

[0020]圖1是本發(fā)明適用的基因分析儀器的硬件框圖。[0021]圖2是基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)的連接框圖。[0022]圖3是中央信息處理單元的硬件框圖。[0023]圖4是通信單元的硬件框圖[0024]圖5是光電傳感器驅(qū)動單元的硬件框圖[0025]圖6是光譜數(shù)據(jù)采集單元的硬件框圖[0026]圖7是綜合驅(qū)動單元的硬件框圖[0027]圖8是運(yùn)動部件控制單元的硬件框圖[0028]圖9是面板操控單元的硬件框圖
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。本實施例中的中央信息處理單元采用三星公司的基于ARM920T內(nèi)核的16/32位 RISC嵌入式微處理器，內(nèi)部含有豐富的硬件資源如IXD控制器、4個PWM定時器、4通道DMA、 USB主從接口、3個UART等，運(yùn)行頻率可達(dá)203MHz，可以方便的實現(xiàn)10M/100M以太網(wǎng)接口、 USB接口和串口通信，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和通信的需要，同時其豐富的I/O和PWM接口可實現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制功能。本實施例中的光譜數(shù)據(jù)采集單元和運(yùn)動部件控制單元分別采用TI公司的 TMS320F2812DSP作為嵌入式從處理器，該處理器是運(yùn)動控制芯片中功能強(qiáng)大的一款，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺電機(jī)的高精度控制和復(fù)雜時序的產(chǎn)生。三個處理器構(gòu)成了有機(jī)的多處理器的測控系統(tǒng)，分散了處理器的測控載荷和故障風(fēng)險，提高了測控系統(tǒng)的實時性和可靠性。本實施例中的中央信息處理單元的核心由ARM920T內(nèi)核的嵌入式微處理器、 12MHz晶振、64MB SDRAM內(nèi)部存儲器、64MB程序存儲器、2Kb EEPROM數(shù)據(jù)存儲器組成，以此為最小系統(tǒng)。該單元還采用ALTERA公司的可編程邏輯器件MAX3256與光譜數(shù)據(jù)采集單元和綜合驅(qū)動單元電氣連接，驅(qū)動光譜數(shù)據(jù)采集單元中的雙口 RAM，實現(xiàn)中央信息處理單元和光譜數(shù)據(jù)采集單元之間的數(shù)據(jù)通信，MAX3256同時驅(qū)動綜合驅(qū)動單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)對綜合驅(qū)動板的實時測控，MAX3256還與綜合驅(qū)動單元及面板操控單元中的開關(guān)量傳感器接口和開關(guān)量驅(qū)動接口電氣連接，各開關(guān)量信息在MAX3256內(nèi)進(jìn)行邏輯組合，通過這些開關(guān)量，由MCU實現(xiàn)儀器工作狀態(tài)的實時測控。MCU還通過其數(shù)據(jù)總線和地址總線與通信單元進(jìn)行連接，通過芯片內(nèi)部的UART接口與運(yùn)動部件控制單元進(jìn)行連接。中央信息處理單元的電源電壓為5V。為降低功耗，板上器件除MCU核心電路(采用1.8V供電) 外均選為3. 3V供電，因此設(shè)計三路3. 3V電源轉(zhuǎn)換器，分別為板級接口驅(qū)動、通信接口驅(qū)動、 MCU最小系統(tǒng)供電；設(shè)計一路1.8V電源轉(zhuǎn)換器，為MCU的核心電路供電。電源監(jiān)視復(fù)位芯片采用MAX811組成，對關(guān)鍵電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)相關(guān)電壓跌落至某一限值時，MAX811對MCU進(jìn)
8行復(fù)位，以確保系統(tǒng)工作在確定的工作條件下，防止邏輯紊亂，對人機(jī)安全造成危害。本實施例中的通信單元由以太網(wǎng)控制器CS8900、以太網(wǎng)控制器DM9000、異步串行通信控制器ST16C550、RS232收發(fā)器MAX3M3、帶有網(wǎng)絡(luò)隔離功能的RJ45插座A和帶有網(wǎng)絡(luò)隔離功能的RJ45插座B及DB9MALE插座組成。其中，以太網(wǎng)控制器CS8900由一個20MHz 晶振驅(qū)動，以太網(wǎng)控制器DM9000由一個25MHz晶振驅(qū)動，兩個控制器與中央信息處理單元 MCU的數(shù)據(jù)總線、地址總線連接，實現(xiàn)與中央信息處理單元的通信。CS8900與帶有網(wǎng)絡(luò)隔離功能的RJ45插座A連接，由此RJ45插座再與儀器外部計算機(jī)連接，實現(xiàn)儀器與外部計算機(jī)工作站之間的通信；DM9000與帶有網(wǎng)絡(luò)隔離功能的RJ45插座B連接，由此RJ45插座與儀器外部調(diào)試用計算機(jī)或其它外設(shè)連接，實現(xiàn)儀器與其它擴(kuò)展外設(shè)之間的以太網(wǎng)通信。與此類似，異步串行通信控制器ST16C550由一個14. 7456MHz的晶振驅(qū)動，向上與中央信息處理單元M⑶的數(shù)據(jù)總線、地址總線連接，向下與MAX3243連接，由DB9MALE插座接口，實現(xiàn)MCU 對儀器內(nèi)部具有異步串行接口部件的控制和監(jiān)測。本實施例中的光譜數(shù)據(jù)采集單元由嵌入式從處理器TMS320F2812、256KX18bit 雙端口 RAM IDT70V631S、16bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8505、模擬信號調(diào)理電路、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路組成。嵌入式從處理器TMS320F2812通過I/O 口產(chǎn)生驅(qū)動時序控制光電傳感器驅(qū)動單元中的CCD和電磁開關(guān)，根據(jù)不同工作狀態(tài)提供不同的CCD驅(qū)動時序和電磁開關(guān)的打開與閉合，使CCD芯片工作在相對應(yīng)的采集模式下；光電傳感器驅(qū)動單元放大的CCD輸出信號經(jīng)調(diào)理后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8505轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由TMM20F2812根據(jù)CXD當(dāng)前時序打包成數(shù)據(jù)包，通過雙端口 RAM IDT70V631S傳輸給中央信息處理單元。C⑶芯片的驅(qū)動電源電壓經(jīng)分壓電路引至TMS320F2812自帶的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進(jìn)行監(jiān)控，實現(xiàn)多電壓電源監(jiān)視功能。本實施例的CCD時序驅(qū)動單元采用開關(guān)晶體管、下拉電阻、功率驅(qū)動集成電路及后端匹配電阻組成。由于儀器結(jié)構(gòu)空間限制，CCD芯片與CCD時序驅(qū)動電路分別位于兩個不同的模塊中，驅(qū)動電路需要通過約1米長的扁平電纜來驅(qū)動CCD芯片，因此要求所設(shè)計的CCD時序驅(qū)動電路應(yīng)具有很強(qiáng)的功率驅(qū)動能力和精確的阻抗匹配能力，以便使CCD芯片能夠輸出高信噪比的光譜信號。本實施例選用開關(guān)晶體管與下拉電阻組合，將DSPl輸出的 CXD驅(qū)動脈沖幅度(0-3. 3V)調(diào)整到-8V至2. 6V之間，然后輸入到功率驅(qū)動集成電路中，使驅(qū)動脈沖幅度調(diào)整到-8V至+6V之間，從而達(dá)到CXD芯片驅(qū)動電平的要求。該集成電路不僅增加了各路CCD驅(qū)動脈沖的功率，而且還對各路脈沖的上升、下降沿及幅度進(jìn)行了調(diào)整， 使其能夠滿足驅(qū)動CCD芯片的要求。實現(xiàn)了對CCD芯片的精確驅(qū)動控制。該單元還負(fù)責(zé)為 CCD半導(dǎo)體制冷片提供電源，通過運(yùn)算放大器組成的模擬電路控制制冷溫度，同時，將對應(yīng)此溫度的模擬電信號傳輸至綜合驅(qū)動單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至中央信息處理單元進(jìn)行CCD 工作溫度的實時監(jiān)測。本實施例綜合驅(qū)動單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A采用TI公司的ADS83^芯片，工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后，通過RC低通濾波電路接入ADS83^的模擬輸入接口，經(jīng)由ADS8328內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，由ADS83^的數(shù)字接口傳送給中央信息處理單元。本實施例綜合驅(qū)動單元中的工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號調(diào)理電路由兩級運(yùn)算放大電路、限壓電路組成，它將傳感器信號轉(zhuǎn)換成電壓模擬量，并將電壓模擬量限定于模數(shù)轉(zhuǎn)換器A要求的范圍內(nèi)。[0037]本實施例綜合驅(qū)動單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器B采用TI公司的TLV2556芯片，該芯片最多可以輸入10路模擬信號，模擬量經(jīng)由芯片內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，經(jīng)由TLV2556的數(shù)字接口與中央信息處理單元相連。該電路轉(zhuǎn)換的模擬量主要有光學(xué)組件輸出功率監(jiān)測量、 光學(xué)組件輸出電流監(jiān)測量、特殊電壓生成組件輸出的電流監(jiān)測量、特殊電壓生成組件輸出電壓的監(jiān)測量、外部環(huán)境溫度監(jiān)測量、CXD溫度監(jiān)測量、特殊電壓生成組件控制電壓量及系統(tǒng)供電電壓的監(jiān)測量等。其中CCD溫度監(jiān)測量由CCD時序驅(qū)動單元提供；系統(tǒng)供電電壓的監(jiān)測量系由直充供電電壓經(jīng)分壓獲得；光學(xué)組件的輸出功率監(jiān)測量和光學(xué)組件電流監(jiān)測量經(jīng)由光學(xué)組件接口調(diào)理電路調(diào)理后輸入TLV2556 ；特殊電壓生成組件電流監(jiān)測量、特殊電壓生成組件輸出電壓監(jiān)測量、特殊電壓生成組件輸出電流的取樣量經(jīng)由特殊電壓生成組件信號調(diào)理電路后輸入TLV2556，環(huán)境溫度監(jiān)測量經(jīng)它所屬的信號調(diào)理單元后輸入TLV2556。本實施例綜合驅(qū)動單元中的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用TI公司的DAC7552芯片，該芯片可以將中央信息處理單元發(fā)送的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成所要求的兩路模擬信號，分別用于控制特殊電壓生成組件的輸出電壓或者光學(xué)組件的輸出功率。本實施例綜合驅(qū)動單元中的工作環(huán)境生成部件的時序控制單元由數(shù)字邏輯芯片構(gòu)成，該邏輯電路的輸入信號與中央處理單元相連，輸出接口與工作環(huán)境生成部件驅(qū)動/ 功率控制單元相連，以實現(xiàn)工作環(huán)境生成部件的升溫、降溫、恒溫、恒濕等功能。本實施例中的運(yùn)動部件控制單元由嵌入式從處理器TMS320F2812、256K靜態(tài)存儲器IS61LV25616、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路TPS3307、電機(jī)驅(qū)動器件TB6560及大功率驅(qū)動器件晶體管等組成。運(yùn)動控制單元通過觀12內(nèi)置的UART模塊與中央信息處理單元實現(xiàn)串行通信，接收上位機(jī)命令并執(zhí)行；通過鎖存器74LVTH16373與電機(jī)驅(qū)動器TB6560實現(xiàn)對四個步進(jìn)電機(jī)的控制，分別驅(qū)動相關(guān)部件運(yùn)動到指定位置；通過總線驅(qū)動器74LVTH16244實現(xiàn)位置傳感器信號的采集，包括原點(diǎn)光電開關(guān)信號和光電編碼器正交脈沖信號；通過大功率驅(qū)動晶體管控制電磁鐵的吸合與打開，實現(xiàn)對相關(guān)通路的開關(guān)控制；該單元采用TPS3307 提供電源電壓實時監(jiān)控及復(fù)位功能，并采用可編程邏輯器件實現(xiàn)單元所需的地址編碼邏輯。本實施例中面板操控單元由亞克力材質(zhì)的觸摸屏及與其緊密貼合的觸摸控制電路板構(gòu)成。觸摸屏印有進(jìn)樣及照明圖標(biāo)。通過觸摸進(jìn)樣圖標(biāo)感應(yīng)觸摸控制芯片產(chǎn)生脈沖信號，提供給中央信息處理單元，對進(jìn)樣機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)控制；通過觸摸照明圖標(biāo)使得控制電路板上的邏輯電路輸出電平翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)機(jī)箱內(nèi)部照明燈的開閉功能。實施例中復(fù)位接口采用12 X 12貼片按鍵構(gòu)成，在觸摸屏邊緣留有Imm 2mm圓孔，可通過該孔，采用細(xì)小棍狀物伸入，觸動該按鍵，實現(xiàn)復(fù)位功能。實施例中環(huán)境溫度傳感器采用熱敏電阻，該熱敏電阻通過印制板和軟線連接至中央信息處理單元，由其進(jìn)行溫度監(jiān)測；實施例中的儀器狀態(tài)顯示組件由一個三色發(fā)光二極管組件構(gòu)成，其驅(qū)動部件為三個三極管，每個三極管驅(qū)動三色發(fā)光二極管中的一色發(fā)光，實施例中的聲報警組件由一個直流5V供電的無源電磁式蜂鳴器及驅(qū)動其發(fā)聲的三極管組成，中央信息處理單元根據(jù)儀器的工作狀態(tài)，由嵌入式微處理器 MCU的I/O 口向儀器狀態(tài)顯示組件驅(qū)動電路發(fā)出儀器狀態(tài)指示，通過三色發(fā)光二極管發(fā)出紅光、綠光或黃光，以常亮或閃光的方式向操作者指示儀器的工作狀態(tài)，當(dāng)儀器運(yùn)行出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，伴隨著儀器狀態(tài)顯示組件的紅色閃光，嵌入式微處理器MCU通過內(nèi)部的時鐘電路形成聲音報警信號，由三極管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響報警。
10[0042] 盡管通過參照發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，已經(jīng)對發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，包括中央信息處理單元、通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、光電傳感器驅(qū)動單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元和面板操控單元，所述中央信息處理單元與通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元、面板操控單元均相連，所述光譜數(shù)據(jù)采集單元與光電傳感器驅(qū)動單元相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述的中央信息處理單元包括一個嵌入式主處理器，所述的光譜數(shù)據(jù)采集單元和運(yùn)動部件控制單元分別包括一個嵌入式從處理器。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述的中央信息處理單元包括嵌入式微處理器MCU、晶振、內(nèi)存、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、可編程邏輯器件CPLD和電源監(jiān)視復(fù)位電路，所述的嵌入式微處理器MCU分別與晶振、內(nèi)存、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、可編程邏輯器件CPLD、電源監(jiān)視復(fù)位電路電氣連接，所述的嵌入式微處理器MCU與所述的通信單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元均電氣連接，所述的可編程邏輯器件CPLD與所述的光譜數(shù)據(jù)采集單元、綜合驅(qū)動單元和面板操控單元均電氣連接，所述可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動光譜數(shù)據(jù)采集單元中實現(xiàn)中央信息處理單元和光譜數(shù)據(jù)采集單元之間數(shù)據(jù)通信的雙口 RAM，所述可編程邏輯器件CPLD驅(qū)動綜合驅(qū)動單元中實現(xiàn)中央信息處理單元對綜合驅(qū)動板實時測控的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述實現(xiàn)開關(guān)量信息邏輯組合的可編程邏輯器件CPLD與綜合驅(qū)動單元和面板操控單元中的開關(guān)量傳感器接口和開關(guān)量驅(qū)動接口電氣連接，所述MCU通過所述開關(guān)量實現(xiàn)儀器工作狀態(tài)的實時測控。
4.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述的通信單元包括以太網(wǎng)控制器A、以太網(wǎng)控制器B、異步串行通信控制器、RS232收發(fā)器、 網(wǎng)絡(luò)變壓器A、網(wǎng)絡(luò)變壓器B、RJ45插座A、RJ45插座B、和DB9插座，所述以太網(wǎng)控制器A與網(wǎng)絡(luò)變壓器A電氣連接、網(wǎng)絡(luò)變壓器A繼而與RJ45插座A電氣連接，所述RJ45插座A與儀器外部計算機(jī)連接，所述的以太網(wǎng)控制器B與網(wǎng)絡(luò)變壓器B電氣連接、網(wǎng)絡(luò)變壓器B繼而與 RJ45插座B電氣連接，所述RJ45插座B與儀器外部調(diào)試用計算機(jī)或擴(kuò)展外設(shè)連接；所述異步串行通信控制器與RS232收發(fā)器電氣連接、RS232收發(fā)器繼而與DB9插座電氣連接。
5.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜數(shù)據(jù)采集單元包括嵌入式從處理器DSP1、雙端口 RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬信號調(diào)理電路和多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路，所述嵌入式從處理器DSPl與雙端口 RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路均電氣連接，所述模擬信號調(diào)理電路與將所述光電傳感器驅(qū)動單元放大的CCD輸出調(diào)理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息的模數(shù)轉(zhuǎn)換器電氣連接；由DSPl產(chǎn)生的CXD驅(qū)動時序經(jīng)光電傳感器驅(qū)動單元中的CXD時序驅(qū)動電路放大到CXD 驅(qū)動所需的電平，在此時序驅(qū)動的同時，所述DSPl采集數(shù)字化的CCD輸出信號，并根據(jù)CCD 當(dāng)前時序打包成數(shù)據(jù)包，通過所述雙端口 RAM將CCD采集的光信息傳輸給中央信息處理單兀。
6.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述光電傳感器驅(qū)動單元包括電荷耦合器件CCD、CCD致冷控制電路、CCD時序驅(qū)動電路、CCD 輸出放大電路和CCD供電電路，所述電耦合器件CCD與CCD致冷控制電路、CCD時序驅(qū)動電路、CCD輸出放大電路、CCD供電電路均電氣連接，所述控制CCD內(nèi)部致冷器件的CCD致冷控制電路與CCD的制冷控制端電氣連接，所述將由光譜數(shù)據(jù)采集單元產(chǎn)生的CCD驅(qū)動時序進(jìn)行放大的CCD時序驅(qū)動電路與光譜數(shù)據(jù)采集單元電氣連接，所述CCD輸出放大電路與CCD 的輸出端連接，放大后的信號輸出至光譜數(shù)據(jù)采集單元，由光譜數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換。
7.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合驅(qū)動單元包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器A、模數(shù)轉(zhuǎn)換器B、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路、工作環(huán)境生成部件功率放大電路、工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號調(diào)理電路、環(huán)境溫度傳感信號調(diào)理電路、電源直流電壓取樣電路、特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、光學(xué)組件接口調(diào)理電路和儀器狀態(tài)開關(guān)量傳感器監(jiān)測電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器A與工作環(huán)境生成部件被控量傳感信號調(diào)理電路電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器A與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制采集工作環(huán)境生成器件的被控量，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器B 與環(huán)境溫度傳感信號調(diào)理電路、電源直流電壓取樣電路、特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、 光學(xué)組件接口調(diào)理電路均電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器B與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制采集環(huán)境溫度傳感值、電源直流電壓值、特殊電壓生成組件輸出電量值和光學(xué)組件輸出光功率值，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與特殊電壓生成組件接口調(diào)理電路、光學(xué)組件接口調(diào)理電路均電氣連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與中央信息處理單元電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出模擬量以控制特殊電壓生成組件和光學(xué)組件的工作狀態(tài)，所述工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路與工作環(huán)境生成部件功率放大電路電氣連接以驅(qū)動工作環(huán)境生成部件實現(xiàn)恒溫恒濕的控制功能，所述工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路與中央信息處理單元中的CPLD電氣連接，由中央信息處理單元中的MCU產(chǎn)生工作環(huán)境生成器件的被控量控制時序，通過CPLD傳輸給工作環(huán)境生成部件時序驅(qū)動電路， 所述儀器狀態(tài)開關(guān)量傳感器監(jiān)測電路與中央信息處理單元中的CPLD電氣連接。
8.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動部件控制單元包括嵌入式從處理器DSP2、靜態(tài)存儲器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器A、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器B、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器C、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器D、電磁鐵驅(qū)動電路和定位傳感器接口，所述的嵌入式從處理器DSP2與靜態(tài)存儲器、多電壓電源監(jiān)視復(fù)位電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器A、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器B、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器C、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器D，電磁鐵驅(qū)動電路、定位傳感器接口均電氣連接，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與儀器內(nèi)運(yùn)動電機(jī)電氣連接，所述電磁鐵驅(qū)動電路與儀器內(nèi)電磁鐵電氣連接，所述定位傳感器接口與儀器內(nèi)運(yùn)動部件的定位傳感器電氣連接，將運(yùn)動部件的位置信息傳輸給嵌入式從處理器DSP2，由DSP2監(jiān)測并控制運(yùn)動部件的執(zhí)行。
9.按照權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其特征在于，所述面板操控單元包括照明觸控接口、復(fù)位接口、進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控接口、環(huán)境溫度傳感器、儀器狀態(tài)顯示組件及聲報警組件，所述照明觸控接口通過接插件與儀器內(nèi)部照明電路電氣連接以實現(xiàn)照明電路的通斷控制，所述復(fù)位接口通過接插件和邏輯電路與嵌入式微處理器MCU 電氣連接以實現(xiàn)操作面板的復(fù)位控制；所述進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控接口通過接插件和邏輯電路與嵌入式微處理器MCU電氣連接以實現(xiàn)操作面板的進(jìn)樣機(jī)構(gòu)操控；所述環(huán)境溫度傳感器與綜合驅(qū)動單元電氣連接，所述環(huán)境溫度傳感器輸出的溫度傳感信號經(jīng)綜合驅(qū)動單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后由嵌入式微處理器MCU讀取并監(jiān)視儀器所處環(huán)境溫度變化；儀器狀態(tài)顯示組件及聲報警組件通過驅(qū)動電路與嵌入式微處理器MCU電氣連接以顯示儀器的工作狀態(tài)，并在儀器工作出現(xiàn)異常時發(fā)出聲光報警。
專利摘要本實用新型公開了一種基于嵌入式技術(shù)的基因分析儀器測控系統(tǒng)，其包括中央信息處理單元、通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、光電傳感器驅(qū)動單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元和面板操控單元，所述中央信息處理單元與通信單元、光譜數(shù)據(jù)采集單元、綜合驅(qū)動單元、運(yùn)動部件控制單元、面板操控單元均相連，所述光譜數(shù)據(jù)采集單元與光電傳感器驅(qū)動單元相連。本實用新型測控系統(tǒng)置于分析儀器內(nèi)部，組織各部件按照一定的時間要求協(xié)調(diào)工作，自動控制各部件工作在指定的狀態(tài)下；與各個部件進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)通信；與外部計算機(jī)進(jìn)行通訊，接受外部主機(jī)的管理；在儀器出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警；在儀器啟動時，系統(tǒng)自動檢查各部件的健康狀態(tài)。
文檔編號C12M1/38GK202193791SQ201120268889
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者崔海濤, 龐曉東, 李英, 梁來順, 浦國斌, 滕莉, 范志永 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技術(shù)有限公司