CN113687615B - 一种高精度配存控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及溶液配置领域，具体公开了一种高精度配存控制系统，包括通过连接管依次连接的压力源、储液瓶、电磁阀和喷液嘴；压力源用于供应恒压气体，储液瓶用于存储目标液体；还包括控制模块和压力检测模块；控制模块用于根据控制指令控制电磁阀的打开时间；压力检测模块用于采集压力源的当前气压；控制模块还用于判断当前气压是否等于预设值，若不等于，生成报警信息。采用本发明的技术方案能够对注入液体的精度进行有效控制。

Description

一种高精度配存控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及溶液配置领域，特别涉及一种高精度配存控制系统及控制方法。

背景技术

互联网时代的到来前所未有的改变了我们的工作与生活方式，数字化和信息化浪潮使知识与数据都经历着爆炸式的增长。统计数据显示，仅2015年，人类就产生了4.4ZB(44亿TB)的数据，为2013年的10倍。随着大数据时代的到来，海量数据给现有的数据存储技术带来前所未有的挑战。但是现有的硬盘、磁带数据存储模式存在保存时间有限(最长30年)，占用空间大、转运不方便、电能损耗大及硬件损耗等缺点，其在未来可能远远无法满足数据指数形式增长的需求。

DNA存储技术是一种新兴的大数据存储技术，其突破了传统的以固体介质(如硬盘、光盘、可移动磁盘等)为媒介的存储方式，利用DNA碱基天然的信息存储能力，依据一定规则将文本、图片、声音、影像文件等传统数据0-1二进制编码转换为DNA(脱氧核糖核酸)核苷酸四进制编码(A、T、C、G组合)，然后通过人工合成特定序列的DNA来存储文本、图片、声音文件等数据，并在随后利用相应的解码手段完整读取还原数据。

在DNA存储中需要将各种微量高精度药品分别注入容器内(例如试管)，而传统的人工注入方式效率低，精度难以统一控制。

为此，需要一种能够对精度进行有效控制的高精度配存控制系统及控制方法。

发明内容

本发明提供了一种高精度配存控制系统及控制方法，能够对注入液体的精度进行有效控制。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种高精度配存控制系统，包括通过连接管依次连接的压力源、储液瓶、电磁阀和喷液嘴；压力源用于供应恒压气体，储液瓶用于存储目标液体；

还包括控制模块和压力检测模块；控制模块用于根据控制指令控制电磁阀的打开时间；压力检测模块用于采集压力源的当前气压；控制模块还用于判断当前气压是否等于预设值，若不等于，生成报警信息。

基础方案原理及有益效果如下：

本方案可应用于将微量液体定量转移到其他容器，例如试管中。通过压力源可以提供恒压气体，储液瓶事先装入目标液体，在压力恒定、喷液嘴一定的情况下，通过控制电磁阀的打开时间，可以实现目标液体喷液量的精准控制。通过设置压力检测模块，可实时检测压力源压力，保证压力恒定。配合调节压力源，可以确保目标液体不会因为压力过大引起飞溅，也不会因为压力不足导致喷液量不准确。综上，本方案能够对注入目标液体的精度进行有效控制。

进一步，所述控制模块包括微控制单元、MOS管驱动单元和MOS管，MOS管与电磁阀电连接；微控制单元用于通过MOS管驱动单元控制MOS管的通断。

由于微控制单元产生的电信号不能直接控制电磁阀开关，通过设置MOS管驱动单元和MOS管，使微控制单元控制MOS管的通断，再由MOS管控制电磁阀的开关，达到间接控制电磁阀的目的。

进一步，所述微控制单元用于产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的通断。

在高精度的控制中，较小的噪声也会产生较大的干扰。与模拟信号相比，PWM脉宽调制信号从微控制单元输出到MOS管驱动电路都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。故，微控制单元调节PWM脉宽调制信号可以对MOS管的通断进行精确的控制，达到对电磁阀开关时间精确控制的目的。

进一步，所述压力源包括通过连接管依次连接的气泵、气源处理装置和稳压装置。

通过气源处理装置能对气泵输出的气体进行过滤，保持气体的洁净，避免气体污染目标液体，通过稳压装置，能够使气体保持恒压。

进一步，所述控制模块用于判断当前压力是否等于预设值，如果当前压力小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前压力大于预设值，生成过压报警信息。

便于工作人员快速了解当前情况是欠压还是过压，针对性进行处理。

一种高精度配存控制方法，包括如下步骤：

S1、启动压力源，将恒压气体输入储液瓶；

S2、采集压力源的当前气压；判断当前气压是否等于预设值，若不等于，生成报警信息；

S3、接收控制指令，根据控制指令打开电磁阀；

S4、电磁阀打开，将目标液体输出喷液嘴；

S5、根据控制指令关闭电磁阀，结束目标液体输出。

本方案先启动压力源，使储液瓶保持恒压，再采集压力源的当前气压，确保实际气压与预设值保持一直，减小误差。储液瓶中事先装有目标液体，在压力恒定、喷液嘴一定的情况下，通过控制电磁阀的打开时间，可以实现目标液体喷液量的精准控制。

进一步，所述S3中，微控制单元接收控制指令，微控制单元通过MOS管驱动单元控制MOS管的导通，MOS管控制电磁阀打开。

由于微控制单元产生的电信号不能直接控制电磁阀开关，通过设置MOS管驱动单元和MOS管，使微控制单元控制MOS管的通断，再由MOS管控制电磁阀的开关，达到间接控制电磁阀的目的。

进一步，所述S3中，微控制单元产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的导通。

微控制单元调节PWM脉宽调制信号可以对MOS管的通断进行精确的控制，达到对电磁阀开关时间精确控制的目的。

进一步，所述S1中，通过气泵产生气体，将气体输入气源处理装置进行过滤，将过滤后的气体输入稳压装置使气体保持恒压。

通过气源处理装置能对气泵输出的气体进行过滤，保持气体的洁净，避免气体污染目标液体，通过稳压装置，能够使气体保持恒压。

进一步，所述S1中，判断当前压力是否等于预设值，如果当前压力小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前压力大于预设值，生成过压报警信息。

便于工作人员快速了解当前情况是欠压还是过压，针对性进行处理。

附图说明

图1为实施例一中高精度配存控制系统的逻辑框图；

图2为实施例一中液体存储部和液体供应部的轴测图；

图3为实施例一中液体存储部和液体供应部的正视图；

图4为实施例一中连管传送部的局部俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：储液瓶1、上支架2、下支架3、顶板4、电磁阀5、喷液嘴6、电磁阀安装板7、喷液嘴安装板8、工作平台9、输送带10、联管放置盘11、联管放置槽12。

实施例一

本实施例的一种高精度配存控制系统，包括压力源、液体存储部、液体供应部和若干连接管。

压力源用于提供稳定、洁净的气体。压力源包括气泵、气源处理装置和稳压装置；气泵的输出口和气源处理装置的输入口之间通过连接管连接，气源处理装置的输出口和稳压装置的输入口之间也通过连接管连接。压力源中气源处理装置和稳压装置可采用现有的FRL组合装置(F代表空气过滤器、R代表减压阀和L代表油雾器)，其同时具备空气过滤和油雾分离功能，且自带减压阀，能够提供洁净、稳定的气体。

如图2和图3所示，液体存储部包括支架和若干储液瓶1；储液瓶1固定在支架的顶部。储液瓶1用于存储目标液体。储液瓶1的顶部盖有密封盖，密封盖上开有连接口，气源处理装置的输出口通过连接管与密封盖的连接口连接。即一个压力源整体上为所有储液瓶1提供气体。

本实施例中，支架整体呈立方体框架形状，包括上支架2，下支架3和顶板4；上支架2的底端与下支架3的顶端固定连接。顶板4固定在上支架2的顶面。顶板4上开有若干容纳孔。储液瓶1的上部固定在容纳孔内。本实施例中，储液瓶1的数量为24个，呈4x6的矩阵分布。对应的，容纳孔的数量为24个。

液体供应部包括电磁阀5、喷液嘴6、电磁阀安装板7和喷液嘴安装板8。

电磁阀安装板7竖直固定在上支架2的侧面，电磁阀5固定在电磁阀安装板7上。本实施例中，电磁阀安装板7的数量为两块，每一块电磁阀安装板7上各固定12个电磁阀5。电磁阀5之间沿电磁阀安装板7的长度方向均匀分布。本实施例中，电磁阀5采用高精密微量流体电磁阀5，该电磁阀5响应时间应低至10ms、耐压能力达到0.38Mpa、阀内容积20uL，以满足精密微量控制需求。

喷液嘴安装板8水平固定在下支架3的顶部，喷液嘴安装板8上开有若干通孔，喷液嘴6固定在通孔内。本实施例中，喷液嘴安装板8上沿其长度方向均匀开有24个通孔，用于安装24个喷液嘴6。

每个储液瓶1都有一个唯一的编号，且和电磁阀5以及喷液嘴6一一对应，组成一组喷液组件，每组喷液组件按顺序排列。本实施例中，同组喷液组件中，储液瓶1底端的出口和电磁阀5的入口端通过连接管连接，电磁阀5的出口端和喷液嘴6也通过连接管连接。连接管的规格可根据实际情况进行选择。例如供气的连接管的直径可以大于输送目标液体的直径。

如图4所示，还包括连管传送部，连管传送部包括工作平台9，设置工作平台9上的输送带10，等间隔的设置在输送带10上的联管放置盘11，联管放置盘11上设有联管放置槽12。联管放置槽12用于放置试管。本实施例中试管采用八联管(即8个连接在一起的试管)，联管放置槽12共24个槽位，可放置3个八联管。下支架3的底端与工作平台9固定连接，输送带10穿过下支架3，喷液嘴6位于联管放置槽12的移动路径上且位于联管放置槽12的正上方。喷液嘴6与联管放置槽12的距离应小于1cm，例如1-3mm。

如图1所示，还包括控制模块和压力检测模块；

控制模块用于根据控制指令控制电磁阀5的打开时间；具体的，控制模块包括微控制单元、MOS管驱动单元和MOS管，MOS管与电磁阀5电连接；微控制单元用于产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的通断。通过MOS管的通断实现电磁阀5的开关控制。

压力检测模块用于采集压力源的当前气压；控制模块还用于判断当前气压是否等于预设值，若不等于，生成报警信息。

本实施例中，压力检测模块用于实时检测稳压装置的压力并发送至微控制单元，微控制单元用于判断当前压力是否等于预设值，如果当前压力小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前压力大于预设值，生成过压报警信息。配合调节稳压装置的压力，确保溶液不会因为压力过大引起飞溅，也不会因为压力不足导致喷液量不准确。本实施例中，气体压力为0.03Mpa，电磁阀5开启时间18ms时的喷液量6uL。

基于高精度配存控制系统，本实施例还提供一种高精度配存控制方法，包括如下步骤：

S1、通过气泵产生气体，将气体输入气源处理装置进行过滤，将过滤后的气体输入稳压装置使气体保持恒压，将恒压气体输入储液瓶1；

S2、采集压力源的当前气压；判断当前气压是否等于预设值，如果当前压力小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前压力大于预设值，生成过压报警信息。

S3、接收控制指令，根据控制指令打开电磁阀5。具体为，微控制单元接收控制指令，微控制单元产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的导通，MOS管控制电磁阀5打开；

S4、电磁阀5打开，将目标液体输出喷液嘴6；

S5、根据控制指令关闭电磁阀5，结束目标液体输出。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中，还包括上位机，运行时，上位机用于向微控制单元发送控制信号，微控制单元对上位机下发的控制信号中的数据进行解码，解码出需要喷液的储液瓶1编号，以及每个试管需要装入溶液所在的储液瓶1编号。放置试管1的联管放置槽12在输送带10上匀速运动，依次从第一个喷液嘴6下通过，微控制单元根据解码信息，判断是否进行喷液，然后经过第二个喷液嘴6，此时试管2也经过第一个喷液嘴6，进行同样的喷液判断，以此类推，直到最后一个试管经过最后一个喷液嘴6，这样实现多个试管装入不同溶液操作。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种高精度配存控制系统，其特征在于，包括通过连接管依次连接的压力源、储液瓶、电磁阀和喷液嘴；压力源用于供应恒压气体，储液瓶用于存储目标液体；压力源包括气源处理装置；

还包括控制模块和压力检测模块；控制模块用于根据控制指令控制电磁阀的打开时间；压力检测模块用于采集压力源的当前气压；控制模块还用于判断当前气压是否等于预设值，如果当前气压小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前气压大于预设值，生成过压报警信息；所述控制模块包括微控制单元；

还包括液体存储部，液体存储部包括支架和若干储液瓶；储液瓶固定在支架的顶部，用于存储目标液体；储液瓶的顶部盖有密封盖，密封盖上开有连接口，气源处理装置的输出口通过连接管与密封盖的连接口连接；

支架整体呈立方体框架形状，包括上支架、下支架和顶板；上支架的底端与下支架的顶端固定连接；顶板固定在上支架的顶面；顶板上开有24个容纳孔；储液瓶的上部固定在容纳孔内，储液瓶的数量为24个，呈矩阵分布；

还包括液体供应部，液体供应部包括电磁阀和喷液嘴；电磁阀采用高精密微量流体电磁阀，该电磁阀响应时间为10ms、耐压能力为0.38Mpa、阀内容积20uL；喷液嘴安装板水平固定在下支架的顶部，喷液嘴安装板上开有若干通孔，喷液嘴固定在通孔内；喷液嘴安装板上沿其长度方向均匀开有24个通孔，用于安装24个喷液嘴；

还包括连管传送部，连管传送部包括工作平台，设置工作平台上的输送带，等间隔的设置在输送带上的联管放置盘；联管放置盘上设有联管放置槽，用于放置试管；联管放置槽共24个槽位；喷液嘴位于联管放置槽的移动路径上且位于联管放置槽的正上方；喷液嘴与联管放置槽的距离为1-3mm；

还包括上位机，所述上位机用于向微控制单元发送控制信号，微控制单元对上位机下发的控制信号中的数据进行解码，解码出需要喷液的储液瓶编号，以及每个试管需要装入溶液所在的储液瓶编号；联管放置槽在输送带上匀速运动，依次经过各喷液嘴，各喷液嘴下有经过的试管时，微控制单元根据解码信息，判断是否进行喷液，直至最后一个试管经过最后一个喷液嘴，实现多个试管装入不同溶液操作。

2.根据权利要求1所述的高精度配存控制系统，其特征在于：所述控制模块还包括MOS管驱动单元和MOS管，MOS管与电磁阀电连接；微控制单元用于通过MOS管驱动单元控制MOS管的通断。

3.根据权利要求2所述的高精度配存控制系统，其特征在于：所述微控制单元用于产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的通断。

4.根据权利要求1所述的高精度配存控制系统，其特征在于：所述压力源包括通过连接管依次连接的气泵、气源处理装置和稳压装置。

5.一种高精度配存控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的高精度配存控制系统，包括如下步骤：

S1、启动压力源，将恒压气体输入储液瓶；

S2、采集压力源的当前气压；判断当前气压是否等于预设值，如果当前气压小于预设值，生成欠压报警信息，如果当前气压大于预设值，生成过压报警信息；

S3、接收控制指令，根据控制指令打开电磁阀；

S4、电磁阀打开，将目标液体输出喷液嘴；

S5、根据控制指令关闭电磁阀，结束目标液体输出。

6.根据权利要求5所述的高精度配存控制方法，其特征在于：所述S3中，微控制单元接收控制指令，微控制单元通过MOS管驱动单元控制MOS管的导通，MOS管控制电磁阀打开。

7.根据权利要求6所述的高精度配存控制方法，其特征在于：所述S3中，微控制单元产生PWM脉宽调制信号，将PWM脉宽调制信号输入MOS管驱动电路，MOS管驱动电路根据PWM脉宽调制信号控制MOS管的导通。

8.根据权利要求5所述的高精度配存控制方法，其特征在于：所述S1中，通过气泵产生气体，将气体输入气源处理装置进行过滤，将过滤后的气体输入稳压装置使气体保持恒压。

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