CN204168193U - 一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，由主控制器单元、触摸屏电路、电流细分SD卡电路、三维运动驱动单元、通信单元和反馈单元组成；上述主控制器单元包括逻辑控制电路、智能调速控制器、接口电路和数据读写控制器；上述三维运动驱动单元包括数模转换器、步进电机驱动器和2个双向模拟开关。本实用新型只使用一个步进电机驱动器，通过对两路模拟开关的通断的控制完成三个步进电机的驱动，具有结构简单，成本低廉，操作便捷，易于实现和维护的特点。

Description

一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置

技术领域

本实用新型涉及单细胞分析仪技术领域，具体涉及一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置。

背景技术

单细胞分析仪是近年来研究发展的热点，在化学、生物学和医学等领域有重要的研究价值和应用前景，目前国内的单细胞分析仪还比较少见。单细胞分析仪一般采用微流控芯片承载细胞悬液，通过物镜和成像装置观测单个细胞在微流控芯片上的运动和化学发光等以达到检验分析的目的。因此其中的三维检验台需要将微流控芯片精确定位至仪器物镜和成像装置的观测范围内。在传统的生物化学仪器中，往往采用多轴位移装置或单片机加步进电机的解决方式实现三维检验台的定位。多轴位移装置结构复杂，手动操作步骤繁琐。单片机加步进电机的解决方法操作便捷，且步进电机不易受干扰，运转时无积累误差，但步进电机步距角一般较大，定位精度不高并需要特定的驱动器，在三维运动中为了达到一定的定位精度，需要采用细分驱动的方式，因此通常需要三个细分驱动芯片分别控制三路步进电机的运动，成本较高。且细分驱动芯片的细分数固定，难以调整，适应性不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，其优点是只需一个驱动器即可对三路步进电机进行控制的单细胞分析仪三维检验台的驱动控制，具有操作简便、细分数可变和定位精度高的特点。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，由主控制器单元、触摸屏电路、电流细分SD卡电路、三维运动驱动单元、通信单元和反馈单元组成；上述主控制器单元包括逻辑控制电路、智能调速控制器、接口电路和数据读写控制器；上述三维运动驱动单元包括数模转换器、步进电机驱动器和2个双向模拟开关；

触摸屏电路的输出端直接连接逻辑控制电路的输入端；电流细分SD卡电路的输出端经数据读写控制器连接逻辑控制电路的输入端；通信单元经接口电路与逻辑控制电路相连接；

逻辑控制电路的输出端连接智能调速控制器的输入端，智能调速控制器的输出端连接数模转换器的输入端；数模转换器的输出端连接步进电机驱动器的输入端；三维检验台的X轴步进电机经第一双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Y轴步进电机经第二双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Z轴步进电机直接与步进电机驱动器的输出端相连；

上述三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机同时连接反馈单元的输入端，反馈单元的输出端连接逻辑控制电路的输入端。

上述方案中，所述反馈单元包括电流采样滤波电路和位移检测电路，其中电流采样滤波电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，电流采样滤波电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接；位移检测电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，位移检测电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接。

上述方案中，所述电流细分SD卡电路包括SD卡和SD卡座，SD卡通过SD卡座与数据读写控制器相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、对现有的三维运动驱动器进行了改进，只使用一个步进电机驱动器，通过对两路模拟开关的通断的控制完成三个步进电机的驱动，具有结构简单，成本低廉，操作便捷，易于实现和维护的特点。

2、使用SD卡来存放多组细分电流表，从而省去一般的细分驱动控制器硬件结构中的nand flash或ROM芯片，简化硬件结构，方便仪器的维护和功能的升级。且三维检验台定位调节精度高，适应性好。

3、在仪器上使用触摸屏进行人机交互操作，提高仪器操作的便捷性。

4、使用了有线通信通用异步收发传输器UART模块和无线通信Zi_gBee模块，可以进行有线和无线通信，增加了可靠性和灵活性。

附图说明

图1是一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置的总体结构框图。

图2是图1中电流细分SD卡电路原理图。

图3是图1中触摸屏电路原理图。

图4是图1中三维运动驱动单元原理图。

具体实施方式

本实用新型将结合附图，通过以下实施例做进一步的说明。

一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，如图1所示，由主控制器单元、触摸屏电路、电流细分SD卡电路、三维运动驱动单元、通信单元和反馈单元组成。上述主控制器单元包括逻辑控制电路、智能调速控制器、接口电路和数据读写控制器。上述三维运动驱动单元包括数模转换器、步进电机驱动器和2个双向模拟开关。上述反馈单元包括电流采样滤波电路和位移检测电路，用于实现绕组电流和电机位移值的采样。上述通信单元包括有线通信通用异步收发传输器UART和无线通信ZigBee模块，实现三维检验台与上位机和其他设备不同方式的通信。

触摸屏电路的输出端直接连接逻辑控制电路的输入端。电流细分SD卡电路的输出端经数据读写控制器连接逻辑控制电路的输入端。有线通信通用异步收发传输器UART模块和无线通信ZigBee模块的输出端均连接主控制器单元的接口电路的输入端。接口电路的输出端连接逻辑控制电路相的输入端。逻辑控制电路的输出端连接智能调速控制器的输入端，智能调速控制器的输出端连接数模转换器的输入端；数模转换器的输出端连接步进电机驱动器的输入端；三维检验台的X轴步进电机经第一双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Y轴步进电机经第二双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Z轴步进电机直接与步进电机驱动器的输出端相连。电流采样滤波电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，电流采样滤波电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接；位移检测电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，位移检测电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接。

用户通过触摸屏或通信单元对三维检验台的运动进行控制，SD卡中存有不同细分的电流表，可以实现粗定位和精确定位。通信单元和触摸屏电路向主控制器单元发送控制命令，电流细分SD卡电路提供多组细分电流值，三维运动驱动单元接收主控制器单元的信号驱动检验台运动，反馈单元将采集的绕组电流和位移数据送入主控制器单元中。

图2是本实用新型优选实施例的电流细分SD卡电路图，所述电流细分SD卡电路包括SD卡和SD卡座，SD卡通过SD卡座与数据读写控制器相连。图中为数据读写控制器端口与SD卡的部分引脚连接图，模块供电为3.3V，所用电阻为10K，其中，数据读写控制器端口Xmmc0CDn引脚与SD卡的nCD引脚相连，XEINT6_SD0_nWP引脚与WP引脚相连，Xmmc0DATA1引脚与DAT1引脚相连，Xmmc0DATA0引脚与DAT0引脚相连，Xmmc0CLK引脚与CLK引脚相连，Xmmc0CMD0引脚与CMD引脚相连，Xmmc0DATA3引脚与DAT3引脚相连，Xmmc0DATA2引脚与DAT2引脚相连。SD卡存储多组细分电流表，实现步进电机可变细分控制。当读取较小细分电流表的值时，步进电机步距角较大，可进行粗定位，当读取较大细分电流表的值时，步进电机步距角较小，定位精度较高，可进行精确定位。

图3是本实用新型优选实施例的触摸屏电路连接图，以四线电阻式触摸屏为例，图中采用双MOS管芯片FDC6321，电压为3.3V，主控制器单元通过逻辑控制电路与触摸屏电路连接，RC滤波电路滤除传递给逻辑控制电路中模数转换输入接口信号中的干扰。触摸屏的X+引脚连接逻辑控制电路的AIN7引脚，Y+引脚连接逻辑控制电路的AIN5引脚，对触摸屏进行控制的XMON引脚，YMON引脚，nXPON引脚，nYPON引脚分别与两片FDC6321芯片连接，通过外部晶体管对触摸屏X+引脚，X-引脚，Y+引脚，Y-引脚进行切换控制。

图4是本实用新型优选实施例的三维运动驱动单元图，图示主要包括主控制器单元的智能调速控制器输出端口，8位数模转换器TLC7255芯片，步进电机驱动器A3988芯片，双向模拟开关CD4066及两相混合式步进电机。步进电机采用细分驱动方式以保证定位的较高精度。主控制器单元通过智能调速控制器与数模转换芯片和驱动芯片连接。TLC7255芯片的DB0～DB7引脚与智能调速控制器的输出端口相连，接收智能调速控制器发送的细分电流值，经转换后通过OUTA、OUTB、OUTC、OUTD四个引脚输出，作为电机驱动芯片A3988四个参考电压VREF1、VREF2、VREF3、VREF4的输入，从而通过改变电机驱动器的输出控制步进电机各相电流值的大小，实现细分驱动。主控制器单元还通过智能调速控制器与A3988芯片的I01～I04引脚、I11～I14引脚及PHASE1～PHASE4引脚相连，其中通过设置I01～I04引脚及I11～I14引脚的高低电平可以控制流过电机各相电流的最大值，控制PHASE1～PHASE4引脚的电平值可以控制电机各相电流的方向。两个双向模拟开关CD4066的四个输入引脚INA、INB、INC、IND以及一路步进电机的输入与步进电机驱动器的输出相连，两个模拟开关的四个输出端与另两个步进电机相连，给步进电机提供绕组电流。两个双向模拟开关的控制引脚CONA、CONB、CONC、COND与主控制器单元的智能调速控制器相连，主控制器单元通过控制两个模拟开关的通断实现三个步进电机的驱动控制。

装有细胞液的微流控芯片固定在单细胞分析仪的检验台后，通过控制检验台的运动完成微流控芯片的定位操作，由于检验台在两个方向位移距离较短，智能调速控制器控制三个步进电机以较小细分低速运行进行粗定位，在位移较短的两个方向完成粗定位后控制两路模拟开关关闭两路步进电机，加速完成另一个方向的粗定位，完成粗定位后，切换到高细分电流表，通过对模拟开关通断的控制进行三维的精确定位，使观测的细胞位于仪器物镜的可视范围中。

通信单元包括通用异步收发传输器UART模块和ZigBee模块，其中UART模块的输出端和ZigBee模块的输出端均连接主控制器单元的接口电路的输入端。通用异步收发传输器UART模块，实现控制器与上位机的有线通信，ZigBee模块采用cc2430芯片，通过RS232与主控制器单元接口电路相连，实现信号的收发功能，使控制器能与上位机及其他设备进行无线通信。主控制器单元与输入信号之间使用光电耦合器进行隔离，将干扰源与控制器隔离开来，提高控制器的抗干扰能力，实现控制器与上位机以及与其他设备的稳定通信。

反馈单元包括电流采样滤波电路和位移检测电路，其中电流采样滤波电路的输出端和位移检测电路的输出端都与主控制器单元的逻辑控制电路相连。电流采样滤波电路采集步进电机各相绕组电流值，位移检测电路采用光电编码器采集步进电机转子位移。测得的电流值送入逻辑控制电路与参考细分电流值进行比较，智能调速控制器根据比较的结果和位移数据控制步进电机的运动速度和方向。

Claims (3)

1.一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，其特征在于：由主控制器单元、触摸屏电路、电流细分SD卡电路、三维运动驱动单元、通信单元和反馈单元组成；上述主控制器单元包括逻辑控制电路、智能调速控制器、接口电路和数据读写控制器；上述三维运动驱动单元包括数模转换器、步进电机驱动器和2个双向模拟开关；

触摸屏电路的输出端直接连接逻辑控制电路的输入端；电流细分SD卡电路的输出端经数据读写控制器连接逻辑控制电路的输入端；通信单元经接口电路与逻辑控制电路相连接；

逻辑控制电路的输出端连接智能调速控制器的输入端，智能调速控制器的输出端连接数模转换器的输入端；数模转换器的输出端连接步进电机驱动器的输入端；三维检验台的X轴步进电机经第一双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Y轴步进电机经第二双向模拟开关与步进电机驱动器的输出端相连，三维检验台的Z轴步进电机直接与步进电机驱动器的输出端相连；

上述三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机同时连接反馈单元的输入端，反馈单元的输出端连接逻辑控制电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，其特征在于：所述反馈单元包括电流采样滤波电路和位移检测电路，其中电流采样滤波电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，电流采样滤波电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接；位移检测电路的输入端与三维检验台的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机连接，位移检测电路的输出端与逻辑控制电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种单细胞分析仪三维检验台驱动控制装置，其特征在于：所述电流细分SD卡电路包括SD卡和SD卡座，SD卡通过SD卡座与数据读写控制器相连。