CN108762205B - 一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统 - Google Patents

一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，包括存储模块、数据传输管理模块、仪器控制和状态监控模块；所述数据传输管理模块包括数据采集方式设定单元、数据传输方式设定单元、数据采集单元、数据校验单元、数据纠正单元和数据有效性预警单元；所述仪器控制和状态监控模块包括仪器状态监控单元、仪器信息采集单元和仪器控制单元；所述存储模块包括数据存储单元、仪器状态信息存储单元和标准库存储单元。本发明可以完成各种化学分析仪器的检测数据的自动采集，完成对数据提取过程以及仪器状态实时监控，并且保证采集数据的准确性和有效性。

Description

一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统
技术领域
本发明涉及实验室信息管理系统，更具体地，涉及一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统。
背景技术
(Laboratory Information Management System，LIMS)即实验室信息管理系统，随着分析测试仪器自动化程度、实验室规模、以及处理能力的提高而逐步发展起来。计算机技术的飞速发展，特别是网络通信和数据库技术的日趋成熟，为LIMS提供了先进的技术平台和实现手段。
实验室的化学分析仪器通常整体采购于精密仪器制造公司，不同型号、不同厂家的仪器设备提供数据的方式不相同，数据接口方式也具有多样性，例如，有的分析仪器直接提供LIMS专用接口，有的分析仪器带工作站并且可输出文件，有的分析仪器带工作站但不能输出文件，有的分析仪器无工作站但具有标准通讯接口，有的分析仪器具有模拟信号接口等等，因此，与各种化学分析仪器分别建立连接，实现仪器设备的自动数据采集，成为LIMS系统应用的难点。
另一方面，由于是对检测仪器的检测数据的二次加工，如何保证从仪器提取数据的准确性，也是LIMS系统应用的难点。人工采集数据时，会人工凭经验对数据的有效性进行测试，要求人工有较高的知识和经验储备，在自动化过程中，如何通过自动化方式保证数据的有效性也是LIMS系统应用的难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，可以从各PC端应用该系统对实验室的各化学分析仪器进行自动数据提取、仪器使用状态控制和监控、以及对提取的数据的准确性和有效性进行保障，实现化学分析实验的完全自动化、高效性和准确性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，其特征在于，包括存储模块、数据传输管理模块、仪器控制和状态监控模块；
所述数据传输管理模块包括数据采集方式设定单元、数据传输方式设定单元、数据采集单元、数据校验单元、数据纠正单元和数据有效性预警单元，所述数据采集方式设定单元用于根据数据接口方式制定对应的数据采集规则；所述数据传输方式设定单元用于提供数据传输方式；所述数据采集单元用于在设定的数据采集方式和数据传输方式下实时采集仪器测量的数据；所述数据校验单元用于在实时采集仪器测量的数据的同时实时校验采集数据的准确性，如果准确，将采集数据存储于所述数据存储单元，并同时保存至所述标准库存储单元，构成所述的LIMS知识库惯例校验数据库数据，如果不准确，触发所述数据纠正单元；所述数据纠正单元用于对不准确的采集数据要求重新采集，触发所述数据采集单元；所述数据有效性预警单元用于将存储在所述数据存储单元中的数据和所述标准库存储单元中的标准样本数据进行比较，如果有偏差，则发出提示预警；
所述仪器控制和状态监控模块包括仪器状态监控单元、仪器信息采集单元和仪器控制单元；所述仪器信息采集单元用于实时采集仪器状态信息，所述仪器状态监控单元用于实时将仪器状态信息与所述标准库存储单元中存储的仪器状态标准信息进行分析，如果偏离仪器状态标准信息，则发出提示预警；所述仪器控制单元用于控制仪器；
所述存储模块包括数据存储单元、仪器状态信息存储单元和标准库存储单元，所述数据存储单元用于实时存储从仪器实时采集的数据；所述标准库存储单元用于存储标准样本数据、LIMS知识库惯例校验数据库数据和仪器状态标准信息；所述仪器状态信息存储单元用于实时存储仪器状态信息。
进一步地，还包括实验室管理信息系统操作界面，安装于PC机或移动终端。
进一步地，所述数据接口方式包括与直接提供LIMS专用接口的仪器的数据对接方式、与带工作站并且可输出文件的仪器的数据对接方式、与无工作站但具有标准通讯接口的仪器的数据对接方式、与具有模拟信号接口的仪器的数据对接方式中的一种或多种。
进一步地，所述数据传输方式包括遵循TCP/IP协议的数据传输方式、遵循WIFI协议的数据传输方式、遵循蓝牙连接协议的数据传输方式以及遵循串口连接协议的数据传输方式中的一种或多种。
附图说明
图1是本发明的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统的结构示意图。如图1所示，本发明的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，包括存储模块02、数据传输管理模块03、仪器控制和状态监控模块01。
继续参阅图1。数据传输管理模块包括数据采集方式设定单元、数据传输方式设定单元、数据采集单元、数据校验单元、数据纠正单元和数据有效性预警单元。
数据采集方式设定单元用于根据数据接口方式制定对应的数据采集规则。由于实验室环境的复杂、仪器种类繁多、厂家接口的多样性，完全依靠一种方案来采集实验结果数据是不可行的，因此，本发明通过多种方式来实现仪器设备的自动数据采集，从而兼容更多仪器设备类型。
对于与直接提供LIMS专用接口的仪器的数据对接方式，仪器厂商直接提供了开放的数据采集接口，并遵循标准接口或厂家定义的开放接口，针对这些仪器设备，通过配置接口类型、参数、命令，可以轻松取得仪器采集数据并控制设备。这些提供开放接口的仪器设备，多采用了基于TCP/IP、蓝牙、串口等数据传输方式，需要配置这些仪器的参数信息，并通过对应的硬件连接上该设备，将采集的数据传输到数据存储模块中。
对于与带工作站并且可输出文件的仪器的数据对接方式，厂家未提供开发接口，却在工作站PC上提供了采集输出的数据文件，且文件格式遵循标准，并能够提取出结果数据，此种方式所生成的数据文件的解析成为本发明的主要任务。针对这种情况，通过提供独立的可部署、可运行的应用程序，将其部署在对应的工作站PC上，配置输出文件的文件位置、数据提取格式及分析方法，就可以将仪器设备的结果数据采集出来。如果仪器设备遵循标准格式，则应用程序直接配置对应的标准项即可分析文件并提取数据结果；如果是厂商自定义文件格式，则需要参照厂商手册或联系厂商，取得文件格式说明，并在应用程序中配置对应的模板，从而使得应用程序能够采集到有效、正确的数据；如果无法通过模板配置数据采集格式，则需要重新定制开发，并分析结果数据文件，保障采集数据的准确性。
对于与无工作站但具有标准通讯接口的仪器的数据对接方式，其中，标准通讯接口是指网线、蓝牙、WIFI、串口等，根据不同的接口和传输方式，制定不同的连接和数据采集方案及对应的程序和配置，其中部分需要相应的硬件来对接。例如，TCP(UDP)/IP及WIFI连接方式：此种方式通过传统的网络方式来采集和传输数据，需要设置对应的连接参数，联通后，负责数据的采集、传输、校验、存储。如果仪器设备分布于不同的实验室，且使用WIFI方式采集数据，则需要在本实验室工作PC上，安装应用程序来连接WIFI，进行采集数据；蓝牙连接方式：如果仪器设备采用蓝牙方式提供数据，那么需要在本实验室工作PC上(支持蓝牙)，安装应用程序来通过蓝牙连接到仪器设备上；串口连接方式：如果仪器设备采用串口方式提供数据，那么需要在本实验室工作PC上(支持串口、或USB转串口)，安装应用程序来通过串口连接到仪器设备上。
对于与具有模拟信号接口的仪器的数据对接方式，直接采集仪器的模拟信号，通过A/D转换、原始数据处理，获得分析结果，再通过应用程序对数据进行传输。
本发明的采集方式设定单元可以根据不同仪器的具体情况与每台仪器建立连接，具有较广的适用性。
数据传输方式设定单元用于提供数据传输方式，数据传输方式包括遵循TCP/IP协议的数据传输方式、遵循WIFI协议的数据传输方式、遵循蓝牙连接协议的数据传输方式以及遵循串口连接协议的数据传输方式中的一种或多种组合。
数据采集单元用于在设定的数据采集方式和数据传输方式下实时采集仪器测量的数据。为了保障采集数据的正确性，本发明增加了数据校验单元，用于在实时采集仪器测量的数据的同时实时校验采集数据的准确性，从接口对接、数据采集、数据传输、数据存储、以及LIMS数据使用过程中，全程加入校验措施，从而保障实验结果的准确性和权威性。如果准确，将采集数据存储于数据存储单元，并同时保存至存储模块的标准库存储单元，构成LIMS知识库惯例校验数据库数据，如果不准确，触发数据纠正单元，数据纠正单元用于对不准确的采集数据要求重新采集，触发数据采集单元。
数据有效性预警单元用于将存储在数据存储单元中的数据和标准库存储单元中的标准样本数据进行比较，如果有偏差，则发出提示预警。本发明能够保证从仪器提取的采集数据的准确性和有效性。
仪器控制和状态监控模块包括仪器状态监控单元、仪器信息采集单元和仪器控制单元。
仪器信息采集单元用于实时采集仪器状态信息，仪器状态信息包括的内容如表1所示。仪器状态信息为系统控制仪器、从仪器提取数据、提取数据全过程监控、以及仪器状态全过程监控、质量管理、溯源管理等提供必要的连接信息。
表1：仪器状态信息包括的内容及相应代码
Figure BDA0001649387420000051
Figure BDA0001649387420000061
仪器状态监控单元用于实时将仪器状态信息与标准库存储单元中存储的仪器状态标准信息进行分析，如果偏离仪器状态标准信息，则发出提示预警，可以时刻监测仪器是否处于正常工作状态，保护仪器，以及保证采集数据的准确性。
仪器控制单元用于控制仪器，完成数据的自动采集全过程。
存储模块包括数据存储单元、仪器状态信息存储单元和标准库存储单元，数据存储单元用于实时存储从仪器实时采集的数据。仪器状态信息存储单元用于实时存储仪器状态信息。
标准库存储单元用于存储标准样本数据、LIMS知识库惯例校验数据库数据和仪器状态标准信息。标准样本数据就是利用该仪器对该类样品检测该项目时的标准样本，代表应该达到的标准检测结果范围，如果超出则明显出现偏差。标准样本数据的来源有两块，第一是源于标准要求(国标或行业)，即检验项目标准，第二是来源于自检或校准的数据，比如根据自己的仪器设备利用标准溶液或样本校准所得出的数据。仪器状态标准信息主要记录了仪器正常工作的区间范围。LIMS知识库惯例校验数据库数据为历史检测的样品的正确数据，检测过程中对检测结果进行准确性和有效性校验时，会实时调取该数据库中的历史检测过的最接近的样本进行比对分析，提供预警和纠正，检测前，也可以通过调取该数据库的信息预估检测结果，或者提供检测建议(包括以前的检验注意事项、检验失败原因、检验结果阈值等)，检验后可以提供分析结果及统计信息。
上述LIMS系统还包括实验室管理信息系统操作界面，通过将本发明的LIMS系统安装在PC，或移动终端，例如手机、平板电脑等，通过直观的用户界面，方便操作，可以随时随地查询、控制及其它操作，完成实验室的完全自动化，提高工作效率。
通过LIMS系统可以实时查看数据采集的检测进度、检测结果，以及实时查看和控制仪器状态。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，其特征在于，包括存储模块、数据传输管理模块、仪器控制和状态监控模块；
所述数据传输管理模块包括数据采集方式设定单元、数据传输方式设定单元、数据采集单元、数据校验单元、数据纠正单元和数据有效性预警单元，所述数据采集方式设定单元用于根据数据接口方式制定对应的数据采集规则包括：方式1：对于与直接提供LIMS专用接口的仪器的数据对接方式，采用了基于TCP/IP、蓝牙、串口数据传输方式，需要配置这些仪器的参数信息，并通过对应的硬件连接上该设备，将采集的数据传输到数据存储模块中；方式2：对于与带工作站并且可输出文件的仪器的数据对接方式，通过提供独立的可部署、可运行的应用程序，将其部署在对应的工作站PC上，配置输出文件的文件位置、数据提取格式及分析方法；若厂商自定义文件格式，则需要参照厂商手册或联系厂商，取得文件格式说明，并在应用程序中配置对应的模板，从而使得应用程序能够采集到有效、正确的数据；方式3：对于与无工作站但具有标准通讯接口的仪器的数据对接方式，其中，标准通讯接口是指网线、蓝牙、WIFI、串口，根据不同的接口和传输方式，制定不同的连接和数据采集方案及对应的程序和配置，其中部分需要相应的硬件来对接； 方式4：对于与具有模拟信号接口的仪器的数据对接方式，直接采集仪器的模拟信号，通过A/D转换、原始数据处理，获得分析结果，再通过应用程序对数据进行传输；
所述数据传输方式设定单元用于提供数据传输方式；所述数据采集单元用于在设定的数据采集方式和数据传输方式下实时采集仪器测量的数据；所述数据校验单元用于在实时采集仪器测量的数据的同时实时校验采集数据的准确性，如果准确，将采集数据存储于数据存储单元，并同时保存至标准库存储单元，构成LIMS知识库惯例校验数据库数据，如果不准确，触发所述数据纠正单元；所述数据纠正单元用于对不准确的采集数据要求重新采集，触发所述数据采集单元；所述数据有效性预警单元用于将存储在所述数据存储单元中的数据和所述标准库存储单元中的标准样本数据进行比较，如果有偏差，则发出提示预警；
所述仪器控制和状态监控模块包括仪器状态监控单元、仪器信息采集单元和仪器控制单元；所述仪器信息采集单元用于实时采集仪器状态信息，所述仪器状态监控单元用于实时将仪器状态信息与所述标准库存储单元中存储的仪器状态标准信息进行分析，如果偏离仪器状态标准信息，则发出提示预警；所述仪器控制单元用于控制仪器；
所述存储模块包括数据存储单元、仪器状态信息存储单元和标准库存储单元，所述数据存储单元用于实时存储从仪器实时采集的数据；所述标准库存储单元用于存储标准样本数据、LIMS知识库惯例校验数据库数据和仪器状态标准信息；所述仪器状态信息存储单元用于实时存储仪器状态信息。
2.根据权利要求1所述的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，其特征在于，还包括实验室管理信息系统操作界面，安装于PC机或移动终端。
3.根据权利要求1所述的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，其特征在于，所述数据接口方式包括与直接提供LIMS专用接口的仪器的数据对接方式、与带工作站并且可输出文件的仪器的数据对接方式、与无工作站但具有标准通讯接口的仪器的数据对接方式、与具有模拟信号接口的仪器的数据对接方式中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的实验室仪器数据自动采集及智能管控系统，其特征在于，所述数据传输方式包括遵循TCP/IP协议的数据传输方式、遵循WIFI协议的数据传输方式、遵循蓝牙连接协议的数据传输方式以及遵循串口连接协议的数据传输方式中的一种或多种。
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Denomination of invention: An automatic data acquisition and intelligent control system for laboratory instruments

Effective date of registration: 20220402

Granted publication date: 20210511

Pledgee: Industrial Bank Limited by Share Ltd. Dalian branch

Pledgor: DALIAN ZHONGHUIDA SCIENTIFIC INSTRUMENT Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980003817