CN105629780A - 基因测序仪的控制装置、方法和基因测序仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基因测序仪的控制装置、方法以及基因测序仪，该装置包括：第一控制器，第一控制器用于发送初始化指令；随机存储器，随机存储器用于存储测序流程控制信息；第二控制器，第二控制器与第一控制器和随机存储器分别相连，第二控制器用于接收初始化指令，并根据初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置，以及从随机存储器读取测序流程控制信息，并根据测序流程控制信息控制基因测序仪中的各个器件工作。本发明实施例的基因测序仪的控制装置，能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
Description
技术领域
本发明涉及基因工程技术领域，尤其涉及一种基因测序仪的控制装置、方法和基因测序仪。
背景技术
随着基因测序技术的发展，基因测序仪在系统集成与测序时间等方面取得了很大的进步。基因测序仪是由机械器件将液路控制平台、生化反应平台、光学电子平台、生物芯片平台以及电子通信等组成的以核心控制器为中心的自动化测序仪器。其中，核心控制器可通过通信接口对各个平台进行控制，以使各个平台能够协同运作并实现测序过程的自动化。
目前，基因测序仪中的控制器架构主要包括PC(PersonalComputer，个人计算机)控制器和嵌入式控制器，在测序过程中，PC控制器将测序流程控制命令通过RS232或USB发送到嵌入式控制器，嵌入式控制器按照PC控制器的控制命令进行解析，再完成对各部件控制。同时嵌入式控制器采集相机单元的显微图像，并通过USB传送到PC控制器进行存储与图像处理。
但是，整个基因测序涉及的操作流程非常复杂，比如在生化试剂剂量及类型、反应温度、毫米级位移、聚焦调节、激光触发时间与光照强度、显微相机曝光时间、图像拍摄等各方面的控制要求都非常高。同时，整个测序过程所使用的时间直接决定了测序仪通量，因此测序流程对时间有着严格的要求。并且在基因测序的过程中，存在一些需要大量重复执行的操作，如对生物芯片的多画幅基因图片采集过程中，需要分别读取生物芯片中各个点的基因，并分别采集每个点的基因图片。这就需要重复执行芯片平台移动、激光触发时间控制以及光照强度调整、相机单元的聚焦调节以及曝光时间控制、相机拍照等操作。而嵌入式控制器在控制相应的器件执行这些操作时，都要从PC控制器接收控制指令，并进行解析，然后执行，这就导致了通信的延迟以及各个器件不能快速响应。此外，PC控制器与嵌入式控制器之间以及两个控制器与基因测序仪中的其他器件之间的交互过于频繁，控制器各级任务分配不合理。上述情况会导致测序流程的时间过长，导致基因测序仪的通量过低。因此，目前的基因测序仪中的控制器架构仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明第一方面的目的在于提出一种基因测序仪的控制装置，能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
本发明的第二方面的目的在于提出一种基因测序仪。
本发明的第三方面的目的在于提出一种基因测序仪的控制方法。
为达上述目的，根据本发明第一方面实施例提出了一种基因测序仪的控制装置，包括：第一控制器，所述第一控制器用于发送初始化指令；随机存储器，所述随机存储器用于存储测序流程控制信息；第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器和所述随机存储器分别相连，所述第二控制器用于接收所述初始化指令，并根据所述初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置，以及从所述随机存储器读取所述测序流程控制信息，并根据所述测序流程控制信息控制所述基因测序仪中的各个器件工作。
另外，根据本发明上述实施例的基因测序仪的控制装置，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器具有第一类通信接口和第二类通信接口；所述第二控制器通过所述第一类通信接口接收所述初始化指令，并通过所述第一类通信接口对所述基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；所述第二控制器通过所述第二类通信接口监测所述基因测序仪中的各个器件的工作状态，并通过所述第二类通信接口向所述基因测序仪中的各个器件发送控制指令。
其中，所述第一类通信接口为串行接口，所述第二类通信接口为I/O接口。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器还用于对所述基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将所述错误记录信息存储至所述随机存储器。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器还用于在所述基因测序仪基因图像采集结束后将所述错误记录信息发送至所述第一控制器进行分析。
在本发明的一个实施例中，所述第一控制器与所述基因测序仪中的相机单元连接，用于监测所述相机单元的图像采集完成事件，并在监测到所述图像采集完成事件时，获取所述相机单元采集到的基因显微图像。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器为嵌入式控制器。
本发明的第二方面的实施例提供了一种基因测序仪，包括本发明第一方面实施例的基因测序仪的控制装置。
本发明的第三方面的实施例提供了一种基因测序仪的控制方法，包括：第二控制器接收第一控制器发送的初始化指令，并根据所述初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；所述第二控制器从随机存储器读取测序流程控制信息；所述第二控制器根据所述测序流程控制信息控制所述基因测序仪中的各个器件工作。
另外，根据本发明上述实施例的基因测序仪的控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器具有第一类通信接口和第二类通信接口；所述第二控制器通过所述第一类通信接口接收所述初始化指令，并通过所述第一类通信接口对所述基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；所述第二控制器通过所述第二类通信接口监测所述基因测序仪中的各个器件的工作状态，并通过所述第二类通信接口向所述基因测序仪中的各个器件发送控制指令。
其中，所述第一类通信接口为串行接口，所述第二类通信接口为I/O接口。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：所述第二控制器对所述基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将所述错误记录信息存储至所述随机存储器。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：所述第二控制器在所述基因测序仪基因图像采集结束后将所述错误记录信息发送至所述第一控制器进行分析。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：所述第一控制器监测所述基因测序仪中的相机单元的图像采集完成事件，并在监测到所述图像采集完成事件时，获取所述相机单元采集到的基因显微图像。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制器为嵌入式控制器。
在本发明的一个实施例中，所述随机存储器为随机随机存储器RAM。
本发明实施例的基因图像采集的控制装置、方法和基因测序仪，通过第二控制器可根据接收到的第一控制器发送的初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化，然后从随机存储器中读取测序流程控制信息，控制各个器件工作，不但通过第一控制器和第二控制器构成了并行控制器架构，并且按照响应速度以及硬件支持情况分配每个控制器的控制任务，任务分配更加合理，提高了任务调度的效率。同时，第二控制器具有多个可同时进行使能、触发、状态监测和控制的高速通信接口，能够通过并发控制模式对各个器件进控制，减少状态查询次数，节省通信时间。此外，将测序流程信息存储在随机存储器中，避免了控制器间的频繁交互节省了通信时间。因此，能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为相关技术中基因测序仪中的控制器架构的示意图；
图2为根据本发明一个实施例的基因测序仪的控制装置的结构示意图；
图3为根据本发明一个具体实施例的基因测序仪中控制器架构的示意图；
图4为根据本发明一个实施例的基因测序仪的控制方法的流程图；
图5为根据本发明一个具体实施例的基因测序仪的控制装置对多画幅基因图片采集过程的控制流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
目前，基因测序仪中的控制器架构会导致基因测序的流程时间过长，基因测序仪的通量过低。
举例来说，图1为相关技术中基因测序仪中的控制器架构的示意图。如图1所示，其中，1’为PC控制器，2’为RS232/USB通信接口，3’为嵌入式控制器，4’为激光器单元I/O接口，5’为相机单元USB接口，6’为激光器单元，7’为相机单元，8’为液路单元，9’为运动平台单元，10’为液路单元RS232接口，11’为运动平台单元RS232接口。
如图1所示的基因测序仪的控制器架构在测序过程中，PC控制器1’需要依据UI(UserInterface，用户界面)设置的参数对测序流程进行控制。嵌入式控制器2’需要通过RS233或USB接口从PC控制器1’读取控制指令，并进行解析后对相应的单元进行控制，需要进行多次通信，导致通信延迟，各个单元难以快速响应。另外，各个器件之间的通信主要是通过RS232串口进行数据交互，通信时间以及状态查询时间过长，尤其是在测序过程中寻找大量重复执行的步骤，这无疑会导致整个测序时间过长。
因此，为了降低基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量，本发明提出一种基因测序仪基因测序仪的控制装置、方法和基因测序仪。
下面参考附图描述根据本发明实施例的基因测序仪的控制装置、方法和基因测序仪。
图2为根据本发明一个实施例的基因测序仪的控制装置的结构示意图。
如图2所示，该基因测序仪的控制装置，包括：第一控制器10、随机存储器20和第二控制器30。
具体地，第一控制器10用于发送初始化指令。
在本发明的一个实施例中，初始化指令包括初始化参数，用于对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。第一控制器10可将初始化指令发送至第二控制器30，以通过第二控制器30对初始化指令进行基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。
在本发明的一个实施例中，第一控制器10可以是PC控制器。
随机存储器20用于存储测序流程控制信息。
其中，测序流程信息可包括基因测序过程中的各个控制参数、控制条件等，可为预先设定好的，并预先存储在随机存储器20中。具体地，举例来说，用户可通过基因测序仪的UI界面设置好测序流程控制信息，并将设置好的测序流程控制信息存储在随机存储器20中。
应当理解，本发明对随机存储器的类型不做限定。举例来说，随机存储器的类型可以是RAM(RandAccessMemory随机随机存储器)、SRAM(StaticRAM)或DRAM(DynamicRAM)等。
第二控制器30与第一控制器10和随机存储器20分别相连，第二控制器30用于接收初始化指令，并根据初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置，以及从随机存储器20读取测序流程控制信息，并根据测序流程控制信息控制基因测序仪中的各个器件工作。
在本发明的一个实施例中，第二控制器30中具有专用电压转换电路，可实现对基因测序仪中各个器件的电压支持，提高系统集成度，简化了基因测序仪的结构。
在本发明的实施例中，第二控制器30在接收到初始化指令后，可对初始化指令进行解析，并根据解析结果中的初始化参数对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。以运动平台单元为例，初始化配置可包括对移动误差、速度设置、运动模式设置、加速度设置等参数的设置。在对基因测序仪的各个器件进行初始化配置后，第二控制器30可监测基因测序仪中各个器件的工作状态，并根据检测到的工作状态从随机存储器20读取测序流程控制信息，并根据测序流程控制信息中的控制参数对基因测序仪中各个器件进行控制。
在本发明的实施例中，第二控制器20可通过地址总线、数据总线以及用于开启随机存储器20的数据读取功能的使能控制器与随机存储器20相连。由此，在基因测序的过程中，第二控制器可从随机存储器20中读取预先存储的测序流程信息，并且随机存储器20的读取速度更快，因而，相对于相关技术中来说，减少了第二控制器30与第一控制器10的交互次数，而通过与读取效率更高的随机存储器20进行交互，大大降低了基因测序过程的时间，尤其是其中生物芯片的多画幅基因图片采集过程的时间，从而提高了基因测序仪的通量。
在本发明的实施例中，为保证基因测序过程的精度以及基因图像信息的准确性，第二控制器30可通过状态反馈控制方式对基因测序仪中的各个器件进行状态检测和精密控制。具体地，在本发明的一个实施例中，第二控制器30具有第一类通信接口和第二类通信接口。其中，第一类通信接口可为串行接口，第二类通信接口可为I/O接口。从而可通过第一类通信接口与第二类通信接口接收各器件的状态反馈信息。
第二控制器30可通过第一类通信接口接收初始化指令，并在对初始化指令解析后，根据解析结果通过第一类通信接口对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。具体地，在对基因测序仪中各个器件进行初始化配置时，第二控制器30可通过第一类通信接口向各个器件分别发送状态查询命令，并对各个器件返回的命令进行判断，以确定是否完成初始化配置。
第二控制器30可通过第二类通信接口与基因测序仪中各个器件相连，特别是在基因图像采集过程中需要多次重复进行操作的液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元等器件，可通过第二类通信接口实时快速地监测基因测序仪中的各个器件的工作状态，并可通过第二类通信接口向基因测序仪中的各个器件发送控制指令，实现快速控制。在通过第二类通信接口对基因测序仪中各个器件进行控制时，第二控制器30可通过第二类通信接口与外围驱动电路完成各部件TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)脉冲控制与TTL脉冲状态监控。通过微秒级响应速的TTL脉冲信号度能够使各个器件快速响应。相较于相关技术中通过串口进行通信中，10Bit的数据量至少需要几十乃至上百微秒级，通过第二类通信接口的TTL脉冲进行状态监测和控制，缩短了每次控制操作的通信时间，尤其是对于重复执行的操作，多次重复之后通信时间的缩短则更为显著，大大减少了基因测序过程所需的时间，从而提高了基因测序仪的通量。
在本发明的实施例中，由于在基因测序中，多画幅基因图片的采集过程需要对液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元等多次控制，因此，下面以液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元为例进行说明。
具体地，第二控制器30可通过4个第二类通信接口与相机单元进行连接。其中，1个第二类通信接口与相机单元的使能端相连接，1个第二类通信接口与相机单元的拍照触发端连接，1个第二类通信接口与相机单元的状态端连接，1个第二类通信接口与相机单元的曝光时间控制端连接。
第二控制器30可通过4个第二类通信接口分别与两个激光器模块进行连接。其中，2个第二类通信接口分别与2个激光器的使能触发端相连接，2个第二类通信接口输出PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波，并通过低通滤波电路产生直流信号分别对2个激光器进行输出功率调节，从而分别控制两个激光器的光照强度。
第二控制器30可通过2个第二类通信接口与运动平台单元进行连接。其中，1个第二类通信接口用于发送触发脉冲来触发XY运动平台的移动以及Z轴自动对焦；1个第二类通信接口用于接收XY运动平台与Z轴自动对焦完成信号，并控制触发脉冲中断。
第二控制器30可通过多个第二类通信接口与液路单元的电磁选通阀连接，采用第二类通信接口与外加电磁阀驱动电路对液路单元的电磁阀进行液路选通控制。
在本发明的一个实施例中，第二控制器30还用于对基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将错误记录信息存储至随机存储器。具体地，第二控制器30在对基因测序仪中各个器件进行状态反馈控制时，可通过第二控制器中的计时器进行状态轮询，如果一个器件的状态响应时间超过计时器中设定的预设时间，则表明该器件状态错误，第二控制器30可生成相应的错误记录信息，存储至随机存储器30。
第二控制器30还用于在基因测序仪基因图像采集结束后将错误记录信息发送至第一控制器10进行分析。举例来说，第二控制器30可在采集完每个点的基因的一幅基因显微图片后，就会将本次图像采集过程中的错误记录信息发送至第一控制器10进行分析。第一控制器10对错误记录进行分析后，可根据结果或用户的操作向第二控制器30发送下一步指令，以使第二控制器30进行后续控制。从而可对基因测序仪的用户进行提示，能够有效防止因出现错误而造成得到错误的测序信息，并且便于用户及时调整基因测序仪。
在本发明的一个实施例中，第一控制器10还可与基因测序仪中的相机单元连接，用于监测相机单元的图像采集完成事件，并在监测到图像采集完成事件时，获取相机单元采集到的基因显微图像。具体地，第一控制器10可通过USB接口与相机单元连接，并进行通信。相对于图1所示的控制架构中嵌入式控制器通过USB接口读取相机单元采集到的基因显微图像的方式来说，减小了第二控制器30在图像存储中的负担，进而可以提高第二控制器30的执行速度。
在本发明的一个实施例中，第二控制器30可为嵌入式控制器。
本发明实施例的基因测序仪的控制装置，通过第二控制器可根据接收到的第一控制器发送的初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化，然后从随机存储器中读取测序流程控制信息，控制各个器件工作，不但通过第一控制器和第二控制器构成了并行控制器架构，并且按照响应速度以及硬件支持情况分配每个控制器的控制任务，任务分配更加合理，提高了任务调度的效率。同时，第二控制器具有多个可同时进行使能、触发、状态监测和控制的高速通信接口，能够通过并发控制模式对各个器件进控制，减少状态查询次数，节省通信时间。此外，将测序流程信息存储在随机存储器中，避免了控制器间的频繁交互节省了通信时间。因此，本发明实施例的基因测序仪的控制装置能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
具体地，图3为根据本发明一个具体实施例的基因测序仪中控制器架构的示意图。如图3所示，其中，1为相机单元USB接口，2为相机单元，3为相机单元I/O接口，4为激光器单元，5为激光器单元I/O接口，6为平台单元，7为平台单元通信接口(包括RS232接口和I/O接口)，8为液路单元，9为液路单元RS232接口，10为RAM，11为嵌入式控制器，12为PC控制器。
其中，嵌入式控制器通过IO与RS232对各部件进行连接，减少基因测序仪在基因信号读取中通信与监控时间，基因测序仪多画幅操作流程或操作逻辑存储于外置RAM，减少嵌入式控制器与PC控制器交互次数，节省通信时间，此外，通过嵌入式控制器IO口硬件直接与基因测序仪部件相连，利用IO口TTL微秒级响应速度能够达到各单元的快速响应。由此，采用图3所示的控制器架构可以将每个多画幅图片采集时间减少300ms以上，有效提高了基因测序仪通量。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种基因测序仪。
本发明实施例的基因测序仪，包括本发明任一实施例的基因图像采集的控制装置。
根据本发明实施例的基因测序仪，通过第二控制器可根据接收到的第一控制器发送的初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化，然后从随机存储器中读取测序流程控制信息，控制各个器件工作，不但通过第一控制器和第二控制器构成了并行控制器架构，并且按照响应速度以及硬件支持情况分配每个控制器的控制任务，任务分配更加合理，提高了任务调度的效率。同时，第二控制器具有多个可同时进行使能、触发、状态监测和控制的高速通信接口，能够通过并发控制模式对各个器件进控制，减少状态查询次数，节省通信时间。此外，将测序流程信息存储在随机存储器中，避免了控制器间的频繁交互节省了通信时间。因此，本发明实施例的基因测序仪能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种基因测序仪的控制方法。
图4为根据本发明一个实施例的基因测序仪的控制方法的流程图。
如图4所示，该基因测序仪的控制方法包括：
S401，第二控制器接收第一控制器发送的初始化指令，并根据初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。
在本发明的一个实施例中，初始化指令包括初始化参数，用于对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。第一控制器可将初始化指令发送至第二控制器，以通过第二控制器对初始化指令进行基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。
在本发明的一个实施例中，第二控制器中具有专用电压转换电路，可实现对基因测序仪中各个器件的电压支持，提高系统集成度，简化了基因测序仪的结构。
在本发明的实施例中，第二控制器在接收到初始化指令后，可对初始化指令进行解析，并根据解析结果中的初始化参数对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。以运动平台单元为例，初始化配置可包括对移动误差、速度设置、运动模式设置、加速度设置等参数的设置。
在本发明的实施例中，为保证基因测序过程的精度以及基因图像信息的准确性，第二控制器可通过状态反馈控制方式对基因测序仪中的各个器件进行状态检测和精密控制。具体地，第二控制器具有第一类通信接口和第二类通信接口。其中，第一类通信接口可为串行接口，第二类通信接口可为I/O接口。
第二控制器可通过第一类通信接口接收初始化指令，并在对初始化指令解析后，根据解析结果通过第一类通信接口对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置。具体地，在对基因测序仪中各个器件进行初始化配置时，第二控制器可通过第一类通信接口向各个器件分别发送状态查询命令，并对各个器件返回的命令进行判断，以确定是否完成初始化配置。
在本发明的一个实施例中，第一控制器可以是PC控制器。第二控制器可为嵌入式控制器。
S402，第二控制器从随机存储器读取测序流程控制信息。
在本发明的实施例中，第二控制器可通过地址总线、数据总线以及用于开启随机存储器的数据读取功能的使能控制器与随机存储器相连。由此，在基因测序的过程中，第二控制器可从随机存储器中读取预先存储的测序流程信息，并且随机存储器的读取速度更快，因而，相对于相关技术中来说，减少了第二控制器与第一控制器的交互次数，而通过与读取效率更高的随机存储器进行交互，大大降低了基因测序过程的时间，尤其是其中生物芯片的多画幅基因图片采集过程的时间，从而提高了基因测序仪的通量。
其中，测序流程信息可包括基因测序过程中的各个控制参数、控制条件等，可为预先设定好的，并预先存储在随机存储器中。具体地，举例来说，用户可通过基因测序仪的UI界面设置好测序流程控制信息，并将设置好的测序流程控制信息存储在随机存储器中。
应当理解，本发明对随机存储器的类型不做限定。举例来说，随机存储器的类型可以是RAM(RandAccessMemory随机随机存储器)、SRAM(StaticRAM)或DRAM(DynamicRAM)等。
S403，第二控制器根据测序流程控制信息控制基因测序仪中的各个器件工作。
在对基因测序仪的各个器件进行初始化配置后，第二控制器可监测基因测序仪中各个器件的工作状态，并根据检测到的工作状态从随机存储器读取测序流程控制信息，并根据测序流程控制信息中的控制参数对基因测序仪中各个器件进行控制。
第二控制器可通过第二类通信接口与基因测序仪中各个器件相连，特别是在基因图像采集过程中需要多次重复进行操作的液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元等器件，可通过第二类通信接口实时快速地监测基因测序仪中的各个器件的工作状态，并可通过第二类通信接口向基因测序仪中的各个器件发送控制指令，实现快速控制。在通过第二类通信接口对基因测序仪中各个器件进行控制时，第二控制器可通过第二类通信接口与外围驱动电路完成各部件TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)脉冲控制与TTL脉冲状态监控。通过微秒级响应速的TTL脉冲信号度能够使各个器件快速响应。相较于相关技术中通过串口进行通信中，10Bit的数据量至少需要几十乃至上百微秒级，通过第二类通信接口的TTL脉冲进行状态监测和控制，缩短了每次控制操作的通信时间，尤其是对于重复执行的操作，多次重复之后通信时间的缩短则更为显著，大大减少了基因测序过程所需的时间，从而提高了基因测序仪的通量。
在本发明的实施例中，由于在基因测序中，多画幅基因图片的采集过程需要对液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元等多次控制，因此，下面以液路单元、相机单元、运动平台单元以及激光器单元为例进行说明。
具体地，第二控制器可通过4个第二类通信接口与相机单元进行连接。其中，1个第二类通信接口与相机单元的使能端相连接，1个第二类通信接口与相机单元的拍照触发端连接，1个第二类通信接口与相机单元的状态端连接，1个第二类通信接口与相机单元的曝光时间控制端连接。
第二控制器可通过4个第二类通信接口分别与两个激光器模块进行连接。其中，2个第二类通信接口分别与2个激光器的使能触发端相连接，2个第二类通信接口输出PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波，并通过低通滤波电路产生直流信号分别对2个激光器进行输出功率调节，从而分别控制两个激光器的光照强度。
第二控制器可通过2个第二类通信接口与运动平台单元进行连接。其中，1个第二类通信接口用于发送触发脉冲来触发XY运动平台的移动以及Z轴自动对焦；1个第二类通信接口用于接收XY运动平台与Z轴自动对焦完成信号，并控制触发脉冲中断。
第二控制器可通过多个第二类通信接口与液路单元的电磁选通阀连接，采用第二类通信接口与外加电磁阀驱动电路对液路单元的电磁阀进行液路选通控制。
在本发明的实施例中，为保证基因测序过程的精度以及基因图像信息的准确性，第二控制器采用反馈控制方式对基因测序仪中各器件进行状态监控与精密控制，其中，可通过第一类通信接口与第二类通信接口接收各器件的状态反馈信息。
在本发明的一个实施例中，该方法还可包括第二控制器对基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将错误记录信息存储至随机存储器的步骤。具体地，第二控制器在对基因测序仪中各个器件进行状态反馈控制时，可通过第二控制器中的计时器进行状态轮询，如果一个器件的状态响应时间超过计时器中设定的预设时间，则表明该器件状态错误，第二控制器可生成相应的错误记录信息，存储至随机存储器。
此外，在本发明的一个实施例中，还可包括第二控制器在基因测序仪基因图像采集结束后将错误记录信息发送至第一控制器进行分析。举例来说，第二控制器可在采集完每个点的基因的一幅基因显微图片后，就会将本次图像采集过程中的错误记录信息发送至第一控制器进行分析。第一控制器对错误记录进行分析后，可根据结果或用户的操作向第二控制器发送下一步指令，以使第二控制器进行后续控制。从而可对基因测序仪的用户进行提示，能够有效防止因出现错误而造成得到错误的测序信息，并且便于用户及时调整基因测序仪。
在本发明的一个实施例中，还可包括第一控制器监测相机单元的图像采集完成事件，并在监测到图像采集完成事件时，获取相机单元采集到的基因显微图像。具体地，第一控制器可通过USB接口与相机单元连接，并进行通信。相对于图1所示的控制架构中嵌入式控制器通过USB接口读取相机单元采集到的基因显微图像的方式来说，减小了第二控制器在图像存储中的负担，进而可以提高第二控制器的执行速度。
本发明实施例的基因测序仪的控制方法，通过第二控制器可根据接收到的第一控制器发送的初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化，然后从随机存储器中读取测序流程控制信息，控制各个器件工作，不但通过第一控制器和第二控制器构成了并行控制器架构，并且按照响应速度以及硬件支持情况分配每个控制器的控制任务，任务分配更加合理，提高了任务调度的效率。同时，第二控制器具有多个可同时进行使能、触发、状态监测和控制的高速通信接口，能够通过并发控制模式对各个器件进控制，减少状态查询次数，节省通信时间。此外，将测序流程信息存储在随机存储器中，避免了控制器间的频繁交互节省了通信时间。因此，本发明实施例的基因测序仪的控制方法能够大大缩短基因测序过程的时间，提高基因测序仪的通量。
图5为根据本发明一个具体实施例的基因测序仪的控制装置对多画幅基因图片采集过程的控制流程图。
如图5所示，在该基因测序仪的控制装置对多画幅基因图片采集过程的控制方法中，首先，执行S1，即PC控制器发送多画幅图片采集(图中简称FOV)开始命令，然后嵌入式控制控制器接收该命令，并判断是否为FOV开始命令，如果否，则继续接收命令，如果是，则读取RAM中的FOV流程控制信息。
在读取FOV流程控制信息之后，执行S2，即TTL触发运动平台单元，然后XY平台移动到参考点，Z轴完成自动对焦，然后判断平台单元控制是否完成，如果是，则执行S3(TTL触发开激光器a，如果否，则通过I/O接口监控平台状态，定时器超时计数开始，根据计数判断是否超时，如果超时，则将错误记录信息存储于RAM，如果未超时，则继续监控平台状态。
在执行完S3后，执行S4，即并发TTL触发相机c和相机d拍照，然后分别判断相机c和相机d是否拍照完成，如果完成则执行S5(TTL触发关激光器a)，如果未完成，则通过I/O接口监控相机状态，定时器超时计数开始，根据计数判断是否超时，如果超时，则将错误记录信息存储于RAM，如果未超时，则继续监控相机状态。
在执行S5之后，执行S6，即TTL触发开激光器b。
然后执行S7，即再次并发TTL触发相机c和相机d拍照，然后分别判断相机c和相机d是否拍照完成，如果完成则执行S8(TTL触发关激光器b)，如果未完成，则通过I/O接口监控相机状态，定时器超时计数开始，根据计数判断是否超时，如果超时，则将错误记录信息存储于RAM，如果未超时，则继续监控相机状态。
在执行S8之后，执行S9，即将RAM中的错误记录信息发送至PC控制器，以进行分析。
由此，在每一次触发激光器后，嵌入式控制器可在基因图片信息采集过程中即相机拍照过程中对2个相机采取并发控制模式，即I/O接口同时使能、I/O接口同时触发、I/O接口同时进行相机状态检测，从而减少多画幅基因图片采集中部件状态查询交互次数，节省多画幅图片采集时间。经过试验验证，采用本发明实施例中的控制器架构、通讯接口方式与控制流程可以将每个多画幅基因图片采集过程的时间减少300ms以上，从而可极大地提高基因测序仪通量。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (15)
1.一种基因测序仪的控制装置，其特征在于，包括：
第一控制器，所述第一控制器用于发送初始化指令；
随机存储器，所述随机存储器用于存储测序流程控制信息；
第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器和所述随机存储器分别相连，所述第二控制器用于接收所述初始化指令，并根据所述初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置，以及从所述随机存储器读取所述测序流程控制信息，并根据所述测序流程控制信息控制所述基因测序仪中的各个器件工作。
2.如权利要求1所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，
所述第二控制器具有第一类通信接口和第二类通信接口；
所述第二控制器通过所述第一类通信接口接收所述初始化指令，并通过所述第一类通信接口对所述基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；
所述第二控制器通过所述第二类通信接口监测所述基因测序仪中的各个器件的工作状态，并通过所述第二类通信接口向所述基因测序仪中的各个器件发送控制指令。
3.如权利要求2所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，
所述第一类通信接口为串行接口，所述第二类通信接口为I/O接口。
4.如权利要求1所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，
所述第二控制器还用于对所述基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将所述错误记录信息存储至所述随机存储器。
5.如权利要求4所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，
所述第二控制器还用于在所述基因测序仪基因图像采集结束后将所述错误记录信息发送至所述第一控制器进行分析。
6.如权利要1-5任一项所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，
所述第一控制器与所述基因测序仪中的相机单元连接，用于监测所述相机单元的图像采集完成事件，并在监测到所述图像采集完成事件时，获取所述相机单元采集到的基因显微图像。
7.如权利要求1所述的基因测序仪的控制装置，其特征在于，所述第二控制器为嵌入式控制器。
8.一种基因测序仪，其特征在于，包括：
如权利要求1-7任一项所述的基因测序仪的控制装置。
9.一种基因测序仪的控制方法，其特征在于，包括：
第二控制器接收第一控制器发送的初始化指令，并根据所述初始化指令对基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；
所述第二控制器从随机存储器读取测序流程控制信息；
所述第二控制器根据所述测序流程控制信息控制所述基因测序仪中的各个器件工作。
10.如权利要求9所述的基因测序仪的控制方法，其特征在于，
所述第二控制器具有第一类通信接口和第二类通信接口；
所述第二控制器通过所述第一类通信接口接收所述初始化指令，并通过所述第一类通信接口对所述基因测序仪中的各个器件进行初始化配置；
所述第二控制器通过所述第二类通信接口监测所述基因测序仪中的各个器件的工作状态，并通过所述第二类通信接口向所述基因测序仪中的各个器件发送控制指令。
11.如权利要求10所述的基因测序仪的控制方法，其特征在于，
所述第一类通信接口为串行接口，所述第二类通信接口为I/O接口。
12.如权利要求9所述的基因测序仪的控制方法，还包括：
所述第二控制器对所述基因测序仪中的器件的工作状态进行状态轮询，当状态响应时间超过预设时间时，判断相应的器件状态错误，并生成相应的错误记录信息，并将所述错误记录信息存储至所述随机存储器。
13.如权利要求12所述的基因测序仪的控制方法，还包括：
所述第二控制器在所述基因测序仪基因图像采集结束后将所述错误记录信息发送至所述第一控制器进行分析。
14.如权利要9-13任一项所述的基因测序仪的控制方法，其特征在于，还包括：
所述第一控制器监测所述基因测序仪中的相机单元的图像采集完成事件，并在监测到所述图像采集完成事件时，获取所述相机单元采集到的基因显微图像。
15.如权利要求9所述的基因测序仪的控制方法，其特征在于，所述第二控制器为嵌入式控制器。
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