一种多通道移液装置的控制系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211403198 U(45)授权公告日 2020.09.01

(21)申请号 202020521432.8(22)申请日 2020.04.10

(73)专利权人 佛山市顺励成生物科技有限公司

地址 528325 广东省佛山市顺德区杏坛镇

高赞村委会二环路8号顺德智富园7栋601之一(72)发明人 许讯文　

(74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限

公司 44102

代理人 刘爱珍(51)Int.Cl.

G05B 19/042(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

CN 211403198 U(54)实用新型名称

一种多通道移液装置的控制系统(57)摘要

本申请公开了一种多通道移液装置的控制系统，包括：液面探测模块，微处理器模块，FPGA模块，电机调速模块，和电机驱动模块；所述微处理器模块分别连FPGA模块和液面探测模块；所述FPGA模块连接电机驱动模块，所述电机驱动模块与电机连接；所述电机调速模块分别连接微处理器模块和电机驱动模块。本申请的多通道移液装置的控制系统，FPGA模块为逻辑门控制方式，FPGA内部可通过软件代码可实现多个控制模块；本申请使用FPGA逻辑门控制，只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制，无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。

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权　利　要　求　书

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1.一种多通道移液装置的控制系统，其特征在于，包括：液面探测模块，微处理器模块，FPGA模块，电机调速模块，和电机驱动模块；所述微处理器模块分别连FPGA模块、液面探测模块；所述FPGA模块连接电机驱动模块；所述电机驱动模块与电机连接；

所述电机调速模块分别连接微处理器模块和电机驱动模块。2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，电机配备了电机编码器，所述电机编码器与FPGA模块连接。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述FPGA模块内部包括逻辑编程实现的电机控制模块，正交计数器模块，和第一通信模块；所述第一通信模块与微处理器通信；所述正交计数器模块与电机编码器连接；

所述电机数量为M；所述每个电机对应FPGA内部的一个电机控制模块和一个正交计数器模块。

4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括CAN通信模块，所述CAN通信模块与微处理器模块连接。

5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电机零位检测模块，所述电机零位检测模块与FPGA模块连接。

6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述液面探测模块为液面气压感应模块。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述液面气压感应模块包括气压感应芯片、第一电阻、和滤波电路；所述第一电阻的第一端分别连接微处理器模块和滤波电路，所述第一电阻的第二端连接气压感应芯片。

8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电机调速模块连接24V输入。9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块为全桥驱动芯片。

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一种多通道移液装置的控制系统

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技术领域

[0001]本实用新型涉及用于医疗检测和生物科技行业的高精度液体转移的移液装置技术领域，具体地，涉及一种多通道移液装置的控制系统。背景技术

[0002]随着分子生物科技的快速发展,生物实验室的工作量剧增,如何有效提高实验工作效率成为当今热门课题。一种多通道且各道并行独立移液的移液装置，适用于医疗检测和生物科技行业的高精度液体转移。为生物实验室人员处理大量而重复的体力劳动，极大提高了工作效率；达到高可靠性、高精度的移液要求。

[0003]移液是通过电机驱动的螺杆并导致光杆在活塞中上下运动实现气体置换方式进行。移液装置的每个通道均对应单独的电机，以实现多通道并行独立移液。目前，移液装置的控制系统是一个逻辑芯片控制一个电机，这样导致了需要同时对多个电机控制时，电路繁杂、造成各控制芯片相互通信导致实时性降低。发明内容

[0004]为了解决上述问题，本申请提供了一种多通道移液装置的控制系统，包括：[0005]液面探测模块，微处理器模块， FPGA模块，电机调速模块，和电机驱动模块；[0006]所述微处理器模块分别连FPGA模块、和液面探测模块；[0007]所述FPGA模块连接电机驱动模块；[0008]所述电机驱动模块与电机连接；

[0009]所述电机调速模块分别连接微处理器模块和电机驱动模块。[0010]优选的，所述电机配备了电机编码器，所述电机编码器与 FPGA模块连接。[0011]优选的，所述FPGA模块内部包括逻辑编程实现的电机控制模块，正交计数器模块，和第一通信模块；所述第一通信模块与微处理器通信；所述正交计数器模块与电机编码器连接；

[0012]所述电机数量为M；所述每个电机对应FPGA内部的一个电机控制模块和一个正交计数器模块。

[0013]优选的，所述控制系统还包括CAN通信模块，所述CAN通信模块与微处理器模块连接。所述CAN通信模块用于连接系统的CAN总线，并接收上位机控制指令。[0014]优选的，所述控制系统还包括电机零位检测模块，所述电机零位检测模块与FPGA模块连接。

[0015]优选的，所述液面探测模块为液面气压感应模块。[0016]优选的，所述液面气压感应模块包括气压感应芯片、第一电阻、和滤波电路；所述第一电阻的第一端分别连接微处理器模块和滤波电路，所述第一电阻的第二端连接气压感应芯片。

[0017]优选的，所述电机调速模块连接24V输入。

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优选的，所述电机驱动模块为全桥芯片。全桥芯片包括但不限于RZ7899驱动模块。

[0019]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：[0020]本申请的多通道移液装置的控制系统，FPGA模块为逻辑门控制方式，FPGA内部可通过软件代码可实现多个控制模块；本申请使用FPGA逻辑门控制，只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制，无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。[0021]另外，微处理器加FPGA的架构，比起用FPGA内部构建软核更灵活，调试维护更快速可靠，更新程序可独立进行，互不干扰。附图说明

[0022]图1为本申请实施例所提供的一种多通道移液装置的控制系统的结构示意图；[0023]图2为本申请一个优选实施例所提供的液面探测模块的电路结构示意图；[0024]图3为本申请实施例所提供的电机驱动模块的电路原理图。[0025]附图标记：

[0026]液面探测模块10、电机零位检测模块20、电机调速模块30、微处理器模块40、CAN通信模块50、FPGA模块60、电机驱动模块70。具体实施方式

[0027]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。[0028]下面结合附图和实施例，对本申请作进一步说明：[0029]实施例：[0030]如图1所示，本具体实施例提供了一种多通道移液装置的控制系统，包括：液面探测模块10，微处理器模块40，FPGA模块60，电机调速模块30，和电机驱动模块70。[0031]液面探测模块10，用于实现不同通道样本的液面高度探测，为后续移液的动作做准备；

[0032]微处理器模块40，例如MCU单元；[0033]多个电机，通过电机驱动螺杆并导致光杆在活塞中上下运动实现气体置换方式进行移液。移液装置的每个通道均对应单独的电机，以实现多通道并行独立移液；[0034]本申请的电机优选直流伺服电机，直流伺服电机的转矩密度大，体积小，运行稳定，定位精确，适用于对位移要求严格的领域。[0035]电机驱动模块70，与电机连接，通过直流电机驱动电路驱动电机；[0036]电机调速模块30，与电机驱动模块70相连接，电机调速模块30连接24V输入；[0037]所述电机调速模块30分别连接微处理器模块40和电机驱动模块70。[0038]微处理器模块40还连接液面探测模块10，液面探测模块10将探测到的信息发送给微处理器模块40。

[0039]所述FPGA模块60微处理器模块40还分别连接并接收微处理器指令，FPGA模块60连

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接电机驱动模块70。微处理器模块40向FPGA模块60发送用户指令，FPGA模块60用于控制电机驱动模块70驱动电机，实现对电机的位置控制。[0040]本申请的多通道移液装置的控制系统，FPGA模块60为逻辑门控制方式，FPGA内部可通过软件代码可实现多个控制模块。本申请使用FPGA逻辑门控制，只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制，无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。另外，微处理器加FPGA的架构，比起用FPGA内部构建软核更灵活，调试维护更快速可靠，更新程序可独立进行，互不干扰。

[0041]液面探测模块10探测到液位到达一定数值时，微处理器向FPGA发送指令，FPGA通过控制电机驱动模块70，使电机停止运行，并向上位机发送液面高度数据，从而实现不同样本液位高度探测，为后续移液动作做准备。

[0042]本申请的移液装置为电动活塞式移液器。其中，移液是通过电机驱动移液装置的螺杆组件(丝杆组件)并导致光杆在活塞中上下运动实现气体置换方式进行。电机正转或者反转驱动螺杆(丝杆)转动，螺杆组件用于将旋转运动转化为上下运动并驱动光杆，最终光杆改变活塞的运动位置以实现定量吸液或者喷液。

[0043]活塞组件包括从上往下依次连接的光杆(拉杆)、活塞头、腔体和移液头。光杆与丝杆连接，丝杆与活塞头连接并带动活塞头在腔体内移动。移液头伸出用于吸喷液体。[0044]作为进一步优选的方案，电机配备了电机编码器，电机编码器与 FPGA模块60连接。电机编码器例如为磁编码器，用于将电机的编码信号反馈给FPGA模块60；FPGA模块60通过编码器反馈的编码信号，实现精确的位置控制。使电机的位置控制通过磁编码器向FPGA反馈编码信号实现。[0045]优选的，本申请的FPGA模块60内部包括电机控制模块，正交计数器模块，和第一通信模块。其中，电机控制模块和正交计数器模块由逻辑编程实现，第一通信模块与微处理器通信，正交计数器模块与电机编码器连接。

[0046]电机控制模块和正交计数器模块这两个模块可以控制一个电机。当需要控制多个电机时，只需复制这电机控制模块和正交计数器模块这两个模块即可。假如本申请的多通道移液装置的控制系统中，通道数量为M，电机数量为M，那么每个电机在FPGA内部对应一个电机控制模块和一个正交计数器模块；共需要M个电机控制模块和M个正交计数器模块。[0047]本申请的控制系统还包括CAN通信模块50， CAN通信模块50与微处理器模块40连接。CAN通信模块50用于连接系统的CAN总线，并接收外部上位机的控制指令。CAN通信模块50能转换外部通信到微处理器模块40，CAN通信模块50通过与外部通信接收外部上位机的指令，包括：电机回零指令、电机速度指令、电机位置指令、液面探测指令。FPGA模块60内部的电机控制模块，可根据电机编码器的位置信息以及上位机的指令信息来触发电机驱动模块70工作。

[0048]本申请的控制系统还包括电机零位检测模块20，电机零位检测模块20与FPGA模块60连接。因为移液装置的移液头和活塞都必须确定零位，作为起始坐标，才能实现精确的位置移动。

[0049]本申请的电机驱动模块70，包括电机驱动电路，在一个具体的实施例中可以同时驱动十几个电机，故对于多个电机只需要一个驱动模块。[0050]FPGA，即现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)。本申请的FPGA模

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块，例如为市面上的LCMXO2-4000HC型号FPGA芯片。[0051]本申请的电机驱动模块70为全桥驱动芯片，包括但不限于RZ7899驱动模块，图3所示为RZ7899驱动模块的电机驱动电路原理图。[0052]作为进一步优选的方案，本申请的液面探测模块10为液面气压感应模块。液面气压感应模块通过接近液面时的气压变化实现液面高度探测。液面探测模块10对应活塞的腔体设置。气压传感模块通过接近液面时的气压变化实现液面高度探测。[0053]本申请的液面探测模块10，是通过高精度气压感应探头检测活塞腔体内的微小气压变化，来感知探枪头尖端接触液面所带来的腔体内部的气压变化来实现的。当移液装置的移液头接近液面时，腔体内的气压会连续变化，当液面气压感应探测模块检测到气压达到一个设定数值时，微处理器向FPGA发送指令。[0054]本申请液面气压感应模块，可灵活设置检测灵敏度，而且便于高密度集成在多通道移液。同时，不需要向样本通电，避免了电容检测的弊端。[0055]如图2所示，液面气压感应模块包括气压传感器。本申请的气压传感器优选为气压感应芯片J1。液面气压感应模块包括传感器、第一电阻R6、和滤波电路。[0056]第一电阻R6的第一端分别连接微处理器模块40和滤波电路，第一电阻R6的第二端连接气压感应芯片。滤波电路包括第二电阻R50和并联在第二电阻R50两端的电容C38。[0057]与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：[0058]本申请的多通道移液装置的控制系统，FPGA模块为逻辑门控制方式，FPGA内部可通过软件代码可实现多个控制模块；本申请使用FPGA逻辑门控制，只需要内部进行控制模块复制即可对多电机同步控制，无需增加额外的电路设计，简化电路的同时增强了系统的稳定性。[0059]另外，微处理器加FPGA的架构，比起用FPGA内部构建软核更灵活，调试维护更快速可靠，更新程序可独立进行，互不干扰。[0060]最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本申请实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本申请实施例技术方案的范围。

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