CN116790732A - 基因测序成像系统及其气液模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基因测序成像系统及其气液模块。其中，气液模块包括集成控制板卡和气液元件；集成控制板卡包括耦合器、开关量输出单元、模拟量输出单元、串行通信单元以及模拟量输入单元；耦合器用于接收控制指令，并将解析得到的控制信号传输至开关量输出单元、模拟量输出单元以及串行通信单元；开关量输出单元分别与纯水泵、废液泵以及电磁阀连接，用于输出开关量信号；模拟量输出单元与真空泵连接，用于输出模拟量信号；串行通信单元与注射泵连接；模拟量输入单元与压力表连接，用于接收模拟量输入信号。本发明采用具有集成控制板卡统一控制所有的气液元件，提高了气液模块的集成度，简化了气液模块的硬件和软件控制复杂度，提高了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及基因测序成像系统领域，特别涉及一种基因测序成像系统及其气液模块。
背景技术
气液模块是基因测序成像系统必不可少的组成部分，在基因测序成像应用中，需要真空吸附生物芯片，为芯片注液、排出测序产生的废液等。一般医疗设备整机都需要高度的集成化和小型化，气液模块作为其一部分，一体化小型化设计就显得至关重要。分布式控制是使用较为广泛的一种方式，根据不同的气液元件采用不同的控制策略。
现有的基因测序成像系统气液模块采用分布式控制方式，例如采用单独的控制器输出开关量电压；控制液泵的开启与关闭；使用串口通信模块与注射泵通信，发送指令实现注液控制；使用模拟量采集模块采集压力表输出的模拟量信号等。
使用这种分布式控制虽然可以实现气液元件的控制功能，但是控制模块位于基因测序成像系统的不同部分，与主控采用不同的通信方式，增加了系统的硬件和软件控制的复杂度。气液模块与系统中的其它模块之间共用电源，由于无电气隔离会使得各模块相互影响，例如当气液模块发生短路等故障，会对其它模块造成影响甚至损坏，降低了系统的可靠性。气液模块的分布式控制会增加硬件与线缆的数量，难以实现小型化，同时还会增加成本。随着医疗检测设备对可靠性和小型化要求的提高，原有的分布式控制和串行通信架构已经不能满足需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中分布式控制存在的系统复杂度高、可靠性低等的缺陷，提供一种集成式控制的基因测序成像系统及其气液模块。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的第一方面提供一种基因测序成像系统的气液模块，包括集成控制板卡和气液元件；所述集成控制板卡包括耦合器、开关量输出单元、模拟量输出单元、串行通信单元以及模拟量输入单元；所述气液元件包括纯水泵、废液泵、电磁阀、真空泵、注射泵以及压力表；
所述耦合器用于接收控制指令，并对所述控制指令进行解析，将解析得到的控制信号传输至所述开关量输出单元、所述模拟量输出单元以及所述串行通信单元；
所述开关量输出单元分别与所述纯水泵、所述废液泵以及所述电磁阀连接，用于输出开关量信号；
所述模拟量输出单元与所述真空泵连接，用于输出模拟量信号；
所述串行通信单元与所述注射泵连接；
所述模拟量输入单元与所述压力表连接，用于接收模拟量输入信号。
可选地，所述耦合器用于通过以太网接口接收所述控制指令。
可选地，所述耦合器包括ID开关，其中，所述集成控制板卡在网络中的位置通过所述ID开关进行配置。
可选地，所述以太网接口采用RJ45网络转接头，一端与所述耦合器通过网线连接，另一端与发送所述控制指令的主控模块通过网络连接。
可选地，所述气液模块还包括开关电源，所述开关电源输出的一路电压用于为所述集成控制板进行供电。
可选地，所述开关电源输出的另一路电压用于为所述真空泵、所述注射泵以及所述压力表进行供电。
可选地，所述串行通信单元通过RS422接口或者RS485接口与所述注射泵连接。
可选地，所述气液模块还包括与所述开关量输出单元连接的信号状态指示灯，用于指示输出的开关量信号是否正常。
本发明的第二方面提供一种基因测序成像系统，包括如第一方面所述的气液模块。
可选地，所述基因测序成像系统还包括主控模块，用于向所述气液模块发送所述控制指令。
在符合本领域常识的基础上，上述各可选条件可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：采用具有体积小、能耗低优点的集成控制板卡统一控制所有的气液元件，提高了气液模块的集成度，简化了气液模块的硬件和软件控制复杂度，提高了可靠性。
另外，本发明提供的气液模块具有很好的扩展性，可以在原有的硬件基础上任意扩展气液元件。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种基因测序成像系统的气液模块的结构框图。
图2为本发明实施例1提供的一种气液模块的工作原理示意图。
图3为本发明实施例2提供的一种基因测序成像系统的结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种基因测序成像系统的气液模块，如图1所示，包括集成控制板卡和气液元件。所述集成控制板卡包括耦合器、开关量输出单元、模拟量输出单元、串行通信单元以及模拟量输入单元。所述气液元件包括纯水泵、废液泵、电磁阀、真空泵、注射泵以及压力表。
所述耦合器用于接收控制指令，并对所述控制指令进行解析，将解析得到的控制信号传输至所述开关量输出单元、所述模拟量输出单元以及所述串行通信单元。在具体实施中，耦合器用于对接收的控制指令进行解码和译码，从而得到开关量输出单元、模拟量输出单元以及串行通信单元可以识别的控制信号。
所述开关量输出单元分别与所述纯水泵、所述废液泵以及所述电磁阀连接，用于输出开关量信号。所述模拟量输出单元与所述真空泵连接，用于输出模拟量信号。所述串行通信单元与所述注射泵连接。所述模拟量输入单元与所述压力表连接，用于接收模拟量输入信号。
在具体实施中，通过开关量输出单元输出的开关量信号控制纯水泵，纯水泵在工作时注射纯水至吸附盘。通过开关量输出单元输出的开关量信号控制废液泵，用于排除基因测序过程中产生的废液。通过开关量输出单元输出的开关量信号控制电磁阀的开启和关闭，以实现控制负压的开启和关闭。真空泵接收模拟量输出单元输出的模拟量信号，通过不同的模拟量信号控制真空泵产生不同的负压，实现测序芯片的吸附。注射泵接收串行通信单元发送的启动、停止等串行命令，注射生化液体至生物芯片上。模拟量输入单元接收压力表输出的模拟量输入信号，可以根据模拟量输入信号计算出压力值的大小。
其中，开关量输出单元可以采用多通道例如8通道的输出端子，输出电压为24V的开关量信号。开关量输出单元采用3通道的输出端子可以分别控制电磁阀、纯水泵和废液泵，其余通道的输入端子作为预留可以扩展使用。
模拟量输入单元也可以采用多通道例如4通道的输入端子，输入电压的范围为-10V～10V。模拟量输入单元采用单通道的输入端子与压力表连接，通过采集压力表输出的模拟量可以得到对应的压力值。模拟量输入单元的其它输入端子作为预留可以扩展使用。其中，为了满足控制精度要求，模数转换的分辨率需高于10位。
模拟量输出单元也可以采用多通道例如2通道的输出端子，输出电压的范围为0～10V。模拟量输出单元采用单通道的输出端子与真空泵连接，通过输出不同的模拟量控制真空压力。模拟量输出单元的其它输出端子作为预留可以扩展使用。其中，为了满足真空泵的控制精度要求，模拟量输出单元输出的模拟量信号的精度需高于8位。
在可选的一种实施方式中，所述耦合器用于通过以太网接口接收所述控制指令。在具体实施中，所述以太网接口可以采用RJ45网络转接头，一端与所述耦合器通过网线连接，另一端与发送所述控制指令的主控模块通过网络连接。
本实施方式中，主控模块通过以太网接口向气液模块中的耦合器发送控制指令，因此，在一些例子中，所述控制指令也可以称为以太网命令。
在可选的一种实施方式中，所述耦合器包括ID开关，其中，所述集成控制板卡在网络中的位置通过所述ID开关进行配置。
在可选的一种实施方式中，所述气液模块还包括开关电源，所述开关电源输出的一路电压用于为所述集成控制板卡进行供电。在具体实施中，开关电源的一路输出端与集成控制板卡的耦合器连接，耦合器可以为开关量输出单元、模拟量输入单元、模拟量输出单元以及串行通信单元进行供电。
在具体实施中，气液模块中设有供电接口，一端用于连接外部的交流电源，另一端用于连接开关电源，开关电源用于将交流电转换为直流电。其中，供电接口可以采用IEC13连接器，具有通用性，可以与绝大多数的供电系统兼容。在一个具体的例子中，开关电源对220V的单相交流电进行转换，输出一路24V的直流电压，为集成控制板卡进行供电。
在可选的一种实施方式中，所述开关电源输出的另一路电压用于为所述真空泵、所述注射泵以及所述压力表进行供电。
本实施方式中，开关电源输出两路电压，一路电压用于为集成控制板卡进行供电，另一路电压用于为部分的气液元件进行供电，采用两路电压进行分别供电可以提高气液模块的可靠性。
在具体实施中，上述开关电源可以选择小型导轨安装式电源，从而减小空间。由于集成控制板卡与气液元件的功率均较低，因此可以选取较小容量的开关电源，例如可以选取小于100W的开关电源。为了进一步提高气液模块的可靠性，开关电源具有过压保护、过载保护以及过流保护等功能，防止气液模块的组成部分发生意外的电气故障，同时也可以起到隔离的作用。
在具体实施中，所述串行通信单元可以通过RS422接口或者RS485接口与所述注射泵连接。
上述气液模块的工作原理如图2所示，气液模块与外部的接口包括供电接口和以太网接口。供电接口连接220V的单相交流电，开关电源对交流电进行转换，输出两路24V的直流电压。一路24V的直流电压为集成控制板卡进行供电，另一路24V的直流电压为压力表、真空泵以及注射泵进行供电。气液模块上电后，通过以太网接口与外部的主控模块建立工业以太网的通信连接，准备接收主控模块发送的控制指令。接收控制指令后，无延时地输出控制信号，例如开关量信号。模拟量信号、串行命令等。例如当基因测序成像系统需要排出废液时，由主控模块向气液模块发出用于开启废液泵的控制指令，集成控制板卡接收该控制指令，并向废液泵输出对应的开关量信号，以控制废液泵工作，开始排出废液。集成控制板卡基于接收的控制指令可以实现所有气液元件的控制，无需复杂的控制模块。气液元件与集成控制板卡直接相连，无需转接线缆。集成控制板卡具有体积小、能耗低的优点，使得气液模块的集成性更高，气液模块的体积也相应变小。
与现有分布式控制相比，本实施例提供的气液模块具有高集成度和可靠性，气液模块还可以单独测试和使用。模块化设计使得改型更加灵活，可以满足目前和下一代高通量基因测序成像系统气液分配和控制需求。
在可选的一种实施方式中，所述气液模块还包括与所述开关量输出单元连接的信号状态指示灯，用于指示输出的开关量信号是否正常。其中，开关量信号包括“0”和“1”两种状态。在一个具体的例子中，开关量输出单元输出的开关量信号为“0”，信号状态指示灯处于熄灭状态；开关量输出单元输出的开关量信号为“1，信号状态指示灯处于点亮状态。
在故障诊断时，工作人员可以根据信号状态指示灯的亮灭状态确定开关量输出单元输出的开关量信号是否正常。具体地，根据控制指令可以确定开关量输出单元的目标开关量信号，根据信号状态指示灯的亮灭状态可以确定开关量输出单元输出的实际开关量信号，若目标开关量信号与实际开关量信号不相同，说明开关量输出单元输出的实际开关量信号存在异常。若目标开关量信号与实际开关量信号相同，说明开关量输出单元输出的实际开关量信号正常。
实施例2
本实施例提供一种基因测序成像系统，包括实施例1所述的气液模块。气液模块包括集成控制板卡和气液元件。所述集成控制板卡包括耦合器、开关量输出单元、模拟量输出单元、串行通信单元以及模拟量输入单元。所述气液元件包括纯水泵、废液泵、电磁阀、真空泵、注射泵以及压力表。
在可选的一种实施方式中，如图3所示，所述基因测序成像系统包括实施例1所述的气液模块以及主控模块，所述主控模块用于向所述气液模块发送所述控制指令。在具体实施中，主控模块可以通过工业以太网向气液模块发送控制指令。
本实施方式中，主控模块向气液模块发送控制指令，气液模块中的集成控制板卡基于接收的控制指令可以实现气液模块中所有气液元件的控制，无需复杂的控制模块。另外，在气液模块中，气液元件与集成控制板卡直接相连，无需转接线缆。而且集成控制板卡具有体积小、能耗低的优点，使得气液模块的集成性更高，气液模块的体积也相应变小，提高了基因测序成像系统中气液模块的集成度，简化了硬件和软件控制复杂度，提高了可靠性。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基因测序成像系统的气液模块，其特征在于，包括集成控制板卡和气液元件；所述集成控制板卡包括耦合器、开关量输出单元、模拟量输出单元、串行通信单元以及模拟量输入单元；所述气液元件包括纯水泵、废液泵、电磁阀、真空泵、注射泵以及压力表；
所述耦合器用于接收控制指令，并对所述控制指令进行解析，将解析得到的控制信号传输至所述开关量输出单元、所述模拟量输出单元以及所述串行通信单元；
所述开关量输出单元分别与所述纯水泵、所述废液泵以及所述电磁阀连接，用于输出开关量信号；
所述模拟量输出单元与所述真空泵连接，用于输出模拟量信号；
所述串行通信单元与所述注射泵连接；
所述模拟量输入单元与所述压力表连接，用于接收模拟量输入信号。
2.如权利要求1所述的气液模块，其特征在于，所述耦合器用于通过以太网接口接收所述控制指令。
3.如权利要求2所述的气液模块，其特征在于，所述耦合器包括ID开关，其中，所述集成控制板卡在网络中的位置通过所述ID开关进行配置。
4.如权利要求2所述的气液模块，其特征在于，所述以太网接口采用RJ45网络转接头，一端与所述耦合器通过网线连接，另一端与发送所述控制指令的主控模块通过网络连接。
5.如权利要求1所述的气液模块，其特征在于，所述气液模块还包括开关电源，所述开关电源输出的一路电压用于为所述集成控制板进行供电。
6.如权利要求5所述的气液模块，其特征在于，所述开关电源输出的另一路电压用于为所述真空泵、所述注射泵以及所述压力表进行供电。
7.如权利要求1所述的气液模块，其特征在于，所述串行通信单元通过RS422接口或者RS485接口与所述注射泵连接。
8.如权利要求1-7中任一项所述的气液模块，其特征在于，所述气液模块还包括与所述开关量输出单元连接的信号状态指示灯，用于指示输出的开关量信号是否正常。
9.一种基因测序成像系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的气液模块。
10.如权利要求9所述的基因测序成像系统，其特征在于，所述基因测序成像系统还包括主控模块，用于向所述气液模块发送控制指令。
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