CN111142252A - 一种显微平台控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种显微平台控制装置，包括上位机及显微平台控制器，所述显微平台控制器包括电源单元、主控单元、通讯单元、按键单元、脉冲采集单元以及指示单元，主控单元对脉冲采集单元的数据及按键单元数据进行处理，通过指示单元对当前轴的移动步进倍率的进行指示，并通过通讯单元将移动步长、移动方向、运动轴编号及物镜切换命令等信息发送给上位机，上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击等操作。本发明优点在于：实现XYZ单轴或者多轴同时运动控制，具有普通鼠标全部功能，能够实现物镜切换，能够根据当前物镜倍数自动匹配三轴的移动步长，能够实现单手操作。

Description

一种显微平台控制装置

技术领域

本发明涉及实验室生物培养制造用具技术领域，尤其是涉及一种用于DNA定量分析时的显微平台控制装置。

背景技术

在DNA定量分析系统产品中,常常需要利用载物平台的运动来对玻片进行聚焦、扫描，或是对培养皿中的细胞进行动态观察，聚焦的过程耗时费力，为了快速聚焦提高精度及效率，现有方法是通过电脑装置点击操作安装于上位机软件中XYZ三轴的移动方向键来实现载物平台的运动；或是采用遥杆式的控制手柄来控制载物平台运动。通过装置操作上位机软件来控制的方式存在以下缺点：1)需要不停地点击装置才能实现连续运动，长时间地使用容易使人疲劳，体验感不好；2)在实际操作中往往需要多次对步进的倍率进行改变，这样就需要多次修改软件设置，多次确认，操作非常不便。采用控制手柄存在以下缺点：1)容易受外界温度等环境的影响，出现误操作；2)由于遥杠本身有机械位置限制，因此需要不停地来回进行进行操作才能实现平台的连续运动，体验感比较差；3)由于三轴控制的遥杆是万向遥控，因此在操作一个轴的时候很有可导致能其他轴也会运动，容易出现误操作，改变了要观看的区域，从而影响使用效果；4)遥杆式手柄使用一段时间后，容易出现零点偏移，从而影响使用效果；5)操作时需要一只手操作遥杆，另外一只手进行档位调节、物镜切换等操作，不能实现单手操作；6)不具备普通鼠标的功能，需要另外配备一个普通鼠标才能对计算机进行操作，使用时手需要在普通鼠标与控制手柄之间来回动作。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中实现载物平台运动的装置操作不方便及易出现误操作的问题，提供一种结构简单、能单手操作、聚焦精度及效率高的显微平台控制装置，采用该控制装置不仅能用于三轴移动步进倍率、物镜切换及点击操作，使显微镜的操作更为方便、精确。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种显微平台控制装置，包括上位机及显微平台控制器，所述显微平台控制器包括电源单元、主控单元、通讯单元、按键单元、脉冲采集单元以及指示单元，其中：

电源单元为显微平台控制器提供电源，从上位机USB端口进行取电，并通过电压转换电路对上位机供电电压转换为显微平台控制器所需电压；

主控单元为整个显微平台控制装置的核心部分，用于接收脉冲数据及方向数据及进行数据处理，将处理结果通过通讯单元发送至上位机；

通讯单元用于控制器与上位机进行通信；

脉冲采集单元连接所述的主控单元用于采集三轴脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，所述的脉冲采集单元包含三个滚轮，分别为X轴滚轮、Y轴滚轮、Z轴滚轮，滚轮为三轴控制滚轮，当滚轮滚动时，脉冲采集单元就能够采集脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，当滚轮不滚动时，脉冲采集单元采集脉冲发生器产生的脉冲数量为零，因此不动作；滚轮下还设置轻触按键，轻触按键用于移动倍率切换，通过按压滚轮就能够实现移动步进倍率档位的切换，XY轴有三个档位，Z轴有两个档位，通过移动步进倍率档位的切换实现XYZ轴的移动速度发生改变；

按键单元连接所述的主控单元用于检测三轴移动步进倍率、物镜切换及点击操作，所述的按键单元包含三个按键，分别为左、右键及物镜切换按键，通过按住左键并拖动界面滚动条就能够实现翻页操作；通过右键实现通常鼠标右键所有功能；通过物镜切换按键，物镜就会转动90度，从而实现物镜的切换，上位机会实时读取物镜的坐标值,并根据坐标值来计算当前的物镜倍数,进而对移动步进倍率进行调整,从而实现移动步进倍率自动匹配物镜倍数；

上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击操作。

进一步的，指示单元连接所述主控单元并用以接收所述主控单元输出的控制信号而输出对应的指示移动步长倍率信息，采用双色灯进行指示，所述指示单元包括三个蓝绿色双色指示灯，XY轴三个档位为三个移动步长倍率，其中蓝色用于指示低档位移动步长倍率，绿色用于指示中档移动步长倍率，蓝绿都熄灭表示高档移动步长倍率，以满足不同场景对移动步长的要求；Z轴两个档位为两个移动步长倍率档位，蓝色用于指示低档位移动步长倍率，用于微聚焦，绿色用于指示高档移动步长倍率，用于全长距离聚焦。

进一步的，所述主控单元包括主芯片、鼠标控制芯片及晶体震荡电路，当滚轮发送滚动时，脉冲采集单元会产生脉冲数量及方向数据，主芯片对脉冲数据及方向数据进行处理，从而转换为移动步长及移动方向，并通过控制通讯单元将数据发送出去，上位机接收到命令后，再控制平台移动；当左键或者右键有点击操作时，鼠标控制芯片会将数据直接发送到上位机的USB端口，上位机对USB端口接收的数据进行解析，从而实现鼠标的点击操作及翻页操作；当移动倍率切换按键被按下时，主芯片会检测到该动作，并对移动的倍率进行重新赋值，重新计算移动步长，然后将新的移动步长数据发送给上位机，当物镜切换按键被按下时，主控芯片会送一次移动命令给上位机，上位机接收到命令后控制相应的执行单位，从而完成一次物镜切换操作。

进一步的，所述上位机为电脑。

工作原理：主控单元对脉冲采集单元的数据及按键单元数据进行处理，通过指示单元对当前轴的移动步进倍率的进行指示，并通过通讯单元将移动步长、移动方向、运动轴编号及物镜切换命令等信息发送给上位机，上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击等操作。

本发明的效果是：1)通过滚轮就能够随时随意、快速地实现步进的倍率进行改变，通过物镜切换按键能够快速实现物镜切换；2)编码器及主控单元的配合使用，能够精确地采集脉冲个数及运动方向，响应快，无零点偏移问题，并且不受外界温度等环境的影响；3)由于滚轮本身无机械行程限制，并且具备阻尼感，因此能够在平台行程范围内无限制的朝一个方向进行操作并且不会存在误动作的情况，大大提高了人机交互感；4)能够实现单轴或者多轴同时运动控制；5)具有普通鼠标的全部功能，不需要再配置普通鼠标就能够操作计算机；6)能够根据当前物镜倍数自动匹配三轴的移动步长，观看细胞更方便；7)不需要一只手操作摇杆，另外一只手进行档位调节、物镜切换等操作，真正实现单手操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的显微平台控制装置的结构示意图。

图2是本发明的显微平台控制装置的框架结构图。

图3是与上位机的交互图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后，仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

如图1、图2所示，本发明实施例提供了一种显微平台控制装置，包括上位机及显微平台控制器，显微平台控制器包括外壳及其内部的控制电路，外壳上设有三个滚轮(分别为X轴滚轮41、Y轴滚轮42、Z轴滚轮43)、指示灯61和三个按键(分别为左键44、右键45及物镜切换按键46)并与外壳内的控制电路相连，控制电路还连接有USB连接线，本装置结构能实现单手操作；

所述控制电路包括电源单元1、主控单元2、通讯单元3、按键单元4、脉冲采集单元5、指示单元6，电源单元为整个控制器提供电源，从上位机USB端口进行取电，并通过电压转换电路对上位机供电电压转换为控制器所需电压；

主控单元为整个显微平台控制装置的核心部分，用于接收脉冲数据及方向数据及进行数据处理，将处理结果通过通讯单元发送至上位机；

通讯单元用于控制器与上位机进行通信，可采用RS232或者RS485或者M-BUS接口或者无线进行通讯；

脉冲采集单元连接所述的主控单元用于采集三轴脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，脉冲采集单元采用装置滚轮及光电编码器或类似光电编码器工作原理的电子元器件，本实施例的脉冲采集单元包含三个滚轮，分别为X轴滚轮、Y轴滚轮、Z轴滚轮，滚轮为三轴控制滚轮，滚轮下还设置轻触按键，轻触按键用于移动倍率切换，通过按压滚轮就能够实现移动步进倍率档位的切换，XY轴有三个档位，Z轴有两个档位，通过移动步进倍率档位的切换，XYZ轴的移动速度就发生改变，从而实现XYZ单轴或者多轴同时运动控制；

按键单元连接所述的主控单元用于检测三轴移动步进倍率、物镜切换及点击操作，所述的按键单元包含三个按键，分别为左、右键及物镜切换按键，通过按住左键并拖动界面滚动条就能够实现翻页操作；通过右键，实现通常鼠标右键所有功能；通过物镜转换按键，物镜就会转动90度，从而实现物镜的切换，上位机根据当前物镜倍数自动匹配三轴的移动步长。

指示单元连接所述主控单元并用以接收所述主控单元输出的控制信号而输出对应的指示移动步长倍率信息。所述指示单元包括三个蓝绿色双色指示灯，XY轴分为三个移动步长倍率，其中蓝色用于指示低档位移动步长倍率，绿色用于指示中档移动步长倍率，蓝绿都熄灭表示高档移动步长倍率，以满足不同场景对移动步长的要求；Z轴分为两个移动步长倍率档位，蓝色用于指示低档位移动步长倍率，用于微聚焦，绿色用于指示高档移动步长倍率，用于全长距离聚焦。

所述主控单元包括主芯片、鼠标控制芯片及晶体震荡电路，当滚轮发送滚动时，脉冲采集单元会产生脉冲数量及方向数据，主芯片对脉冲数据及方向数据进行处理，从而转换为移动步长及移动方向，并通过控制通讯单元将数据发送出去，上位机接收到命令后，再控制平台移动；当左键或者右键有点击操作时，鼠标控制芯片会将数据直接发送到上位机的USB端口，上位机对USB端口接收的数据进行解析，从而实现鼠标的点击操作及翻页操作；当移动倍率切换按键被按下时，主芯片会检测到该动作，并对移动的倍率进行重新赋值，重新计算移动步长，然后将新的移动步长数据发送给上位机，当物镜切换按键被按下时，主控芯片会送一次移动命令给上位机，上位机接收到命令后控制相应的执行单位，从而完成一次物镜切换操作。

本发明的工作原理如下：

参见图3，电源单元通过上位机接口进行取电，并通过电源单元的电压转换电路对电压进行转换；当滚轮滚动时，脉冲采集单元就能够采集脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，当滚轮不滚动时，脉冲采集单元采集脉冲发生器产生的脉冲数量为零，因此不动作；按键单元用于检测三轴移动步进倍率、物镜切换及点击操作：用于三轴控制的滚轮下面都有一个轻触按键，通过按压滚轮就能够实现移动步进倍率档位的切换，XY轴有三个档位，Z轴有两个档位，通过移动步进倍率档位的切换，XYZ轴的移动速度就发生改变；通过按住左键并拖动界面滚动条就能够实现翻页操作；每次开机上电后，物镜回自动回到一个初始状态，每按一次物镜转换按键，物镜就会转动90度，从而实现物镜的切换，在切换物镜的过程中，上位机会实时读取物镜的坐标值，并根据坐标值来计算当前的物镜倍数，进而对移动步进倍率进行调整，从而实现移动步进倍率自动匹配物镜倍数；工作过程中指示单元采用双色灯用于指示移动步进倍率；主控单元对脉冲采集单元的数据及按键单元数据进行处理，并通过通讯单元将移动步长、移动方向、运动轴编号及物镜切换命令等信息发送给上位机的应用程序，上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击等操作。

本实施例的一种显微平台控制装置，设置有电源单元、主控单元、通讯单元、按键单元、脉冲采集单元及指示单元。电源单元为整个手柄提供能量支撑，脉冲采集单元用于采集三轴脉冲数量及运动方向数据，按键单元用于检测移动步进倍率、物镜切换及点击操作，主控单元对数据进行处理，通过指示单元进行指示，并通过通讯单元将信息发送给上位机，上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击等操作，本装置的优点在于：实现XYZ单轴或者多轴同时运动控制，具有普通鼠标全部功能，能够实现物镜切换，能够根据当前物镜倍数自动匹配三轴的移动步长，能够实现单手操作。

Claims (5)

1.一种显微平台控制装置，其特征在于：包括上位机及显微平台控制器，所述显微平台控制器包括电源单元、主控单元、通讯单元、按键单元、脉冲采集单元以及指示单元，其中：

电源单元为显微平台控制器提供电源，从上位机USB端口进行取电，并通过电压转换电路对上位机供电电压转换为显微平台控制器所需电压；

主控单元为整个显微平台控制装置的核心部分，用于接收脉冲数据及方向数据及进行数据处理，将处理结果通过通讯单元发送至上位机；

通讯单元用于控制器与上位机进行通信；

脉冲采集单元连接所述的主控单元用于采集三轴脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，采用装置滚轮或光电编码器或类似光电编码器工作原理的电子元器件；

按键单元连接所述的主控单元用于检测三轴移动步进倍率、物镜切换及点击操作，所述的按键单元包含三个按键，分别为左、右键及物镜切换按键，通过按住左键并拖动界面滚动条就能够实现翻页操作；通过右键实现通常鼠标右键所有功能；通过物镜切换按键，物镜就会转动90度，从而实现物镜的切换，上位机会实时读取物镜的坐标值,并根据坐标值来计算当前的物镜倍数，进而对移动步进倍率进行调整，从而实现移动步进倍率自动匹配物镜倍数；

指示单元连接所述主控单元并用以接收所述主控单元输出的控制信号而输出对应的指示移动步长倍率信息；

上位机对接收的数据进行解析，从而实现平台运动、物镜切换、上下翻页及点击操作。

2.根据权利要求1所述的显微平台控制装置，其特征在于，所述脉冲采集单元包含三个滚轮，分别为X轴滚轮、Y轴滚轮、Z轴滚轮，滚轮为三轴控制滚轮，当滚轮滚动时，脉冲采集单元就能够采集脉冲发生器产生的脉冲数量及运动方向数据，当滚轮不滚动时，脉冲采集单元采集脉冲发生器产生的脉冲数量为零，因此不动作；滚轮下设置轻触按键，轻触按键用于移动倍率切换，通过按压滚轮就能够实现移动步进倍率档位的切换，XY轴有三个档位，Z轴有两个档位，通过移动步进倍率档位的切换实现XYZ轴的移动速度发生改变。

3.根据权利要求2所述的显微平台控制装置，其特征在于，指示单元采用双色灯进行指示，所述指示单元包括三个蓝绿色双色指示灯，XY轴三个档位为三个移动步长倍率，其中蓝色用于指示低档位移动步长倍率，绿色用于指示中档移动步长倍率，蓝绿都熄灭表示高档移动步长倍率，以满足不同场景对移动步长的要求；Z轴两个档位为两个移动步长倍率档位，蓝色用于指示低档位移动步长倍率，用于微聚焦，绿色用于指示高档移动步长倍率，用于全长距离聚焦。

4.根据权利要求3所述的显微平台控制装置，其特征在于，所述主控单元包括主芯片、鼠标控制芯片及晶体震荡电路，当滚轮发送滚动时，脉冲采集单元会产生脉冲数量及方向数据，主芯片对脉冲数据及方向数据进行处理，从而转换为移动步长及移动方向，并通过控制通讯单元将数据发送出去，上位机接收到命令后，再控制平台移动；当左键或者右键有点击操作时，鼠标控制芯片会将数据直接发送到上位机的USB端口，上位机对USB端口接收的数据进行解析，从而实现鼠标的点击操作及翻页操作；当移动倍率切换按键被按下时，主芯片会检测到该动作，并对移动的倍率进行重新赋值，重新计算移动步长，然后将新的移动步长数据发送给上位机，当物镜切换按键被按下时，主控芯片会送一次移动命令给上位机，上位机接收到命令后控制相应的执行单位，从而完成一次物镜切换操作。

5.根据权利要求2所述的显微平台控制装置，其特征在于，所述上位机为电脑。

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