样本处理流水线控制系统
本申请是申请号为“201310754511.8”的中国发明专利申请的分案申请。原申请的申请日是2013年12月31日，发明创造名称是“样本处理流水线控制系统”。
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种样本处理流水线控制系统。
背景技术
随着国内医疗水平以及人们对健康重视程度的不断提高，检验室需要处理的检验样本数量也逐渐在增长。为了提高对检验样本的处理效率，现有技术采用流水线检测的工作模式，将多台分析仪器组合在一条流水线上进行检测，分析仪器之间实行联合工作。
目前，流水线普遍采用的是RS422的通信方案，即由一个主控板和多个节点构成，主控板和各个节点之间采用RS422串行通信的方式连接，完成各个节点的调度工作。
发明人在对现有技术的研究与实践中发现，现有的流水线使用RS422的通信方式，在远距离通信时，其可靠通讯速率较慢，并且流水线上其中一个节点占用总线时，其余节点需要用总线时，需要等待总线释放后才可能使用，从而导致总线利用率低，流水线数据传输效率低下。
发明内容
本申请提供一种样本处理流水线控制系统。根据本申请的第一方面，本申请提供一种样本处理流水线控制系统，包括：至少一个轨道系统，所述轨道系统用于输送样本容器，所述轨道系统包括轨道；至少一个装载系统，所述装载系统用于将样本容器装载到轨道上；至少一个卸载系统，所述卸载系统用于将样本容器从轨道上移走；主控模块，所述主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，所述主节点和从节点之间通过CAN总线进行通信。
根据本申请的另一方面，一种样本处理流水线控制系统包括：
至少一个轨道系统，所述轨道系统用于输送样本容器，所述轨道系统包括轨道；
至少一个装载系统，所述装载系统用于将样本容器装载到轨道上；
至少一个卸载系统，所述卸载系统用于将样本容器从轨道上移走；
主控模块，所述主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，各个从节点根据控制指令完成相应的控制功能并在完成相应的控制功能后向主节点反馈完成状态，所述主节点和所述从节点之间以及各所述从节点之间通过CAN总线进行通信。
进一步地，每个从节点具有独立的上报机制，每个从节点用于通过CAN总线向主节点反馈完成状态。
进一步地，各个从节点向主节点反馈完成状态包括：装载系统装载样本容器完毕、轨道系统传送试管完毕以及卸载系统将样本容器卸载完毕。
进一步地，所述主节点负责所述从节点的调度与分配、数据分析与处理、报警与提示、信息交互和心跳机制中的至少一个。
进一步地，所述从节点具有电机控制、气压检测、阀控制、扫描仪与条码识别、传感器检测的功能中的至少一个。
进一步地，各个从节点为统一模块化的和/或具有相同的功能。
进一步地，所述主节点和从节点各包括一板卡，所述板卡包括微处理器；
所述从节点板卡的微处理器具有轨道系统控制功能、试管架装载系统控制功能和试管架卸载系统控制功能，所述主节点生成从节点的配置信息，将配置信息通过CAN总线发送给对应的从节点，所述从节点响应该配置信息，执行相应的控制功能。
进一步地，各从节点的微处理器功能相同。
进一步地，所述主节点和从节点各包括一板卡，所述板卡上设有一路CAN总线和与所述CAN总线连接的至少两个CAN接口；所述板卡之间通过CAN接口串联。
进一步地，各所述板卡上设有与所述CAN总线连接的至少三个CAN接口。
进一步地，一个从节点的两个CAN接口分别与相邻的两个从节点的CAN接口连接，而其余的CAN接口用作扩展接口或故障诊断接口。
进一步地，所述板卡包括：
微处理器、总线转换装置、CAN控制器以及收发器；
所述收发器连接在所述CAN控制器和所述CAN总线之间，用于将所述CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平；
所述总线转换装置连接在微处理器和所述CAN控制器之间，实现微处理器和CAN控制器之间的数据通信。
进一步地，所述总线转换装置具体用于接收所述微处理器发送的地址信息及数据报文并进行转换，将转换后的所述地址信息及数据报文发送到所述CAN控制器上，接收所述CAN控制器中的地址信息及数据报文并进行转换，发送至所述CPU；和/或
所述总线转换装置包括现场可编程门阵列FPGA；和/或
所述收发器还包括隔离器件，用于隔离电磁干扰及静电干扰。
进一步地，所述主控模块独立设置，或所述主控模块设置在装载系统、卸载系统或轨道系统中。
进一步地，所述CAN总线为以下任意一种：双绞线同轴电缆以及光纤；
所述CAN接口为以下任意一种接口：USB接口、航插接口以及DB9接口。
进一步地，当从节点在发送信息时发生错误，该从节点会强制结束自身当前发送信息的动作，然后重复执行发送信息的动作，直到从节点顺利将信息发送出去；和/或
CAN总线记录从节点重复执行发送信息的动作的次数，当该次数达到预设值时，判断该从节点发生故障，将该从节点脱离CAN总线；和/或
在检测到从节点通信故障后，不断通过复位该从节点的CAN控制器，来恢复该从节点的工作；和/或
主节点通过心跳机制获知从节点脱离总线。
根据本申请的又一方面，一种样本处理流水线控制系统包括：
至少一个轨道系统，所述轨道系统用于输送样本容器，所述轨道系统包括轨道；
至少一个装载系统，所述装载系统用于将样本容器装载到轨道上；
至少一个卸载系统，所述卸载系统用于将样本容器从轨道上移走；
主控模块，所述主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，所述主节点和所述从节点之间以及各所述从节点之间通过CAN总线进行通信；
各个从节点利用CAN总线接收到其余从节点或者主节点发送的报文，然后根据报文的内容完成相关控制功能；
所述控制功能包括轨道系统输送样本容器、装载系统将样本容器装载到轨道系统的轨道上、卸载系统将样本容器从轨道上移走。
根据本申请的又一方面，一种样本处理流水线控制系统包括：
至少一个轨道系统，所述轨道系统用于输送样本容器，所述轨道系统包括轨道；
至少一个装载系统，所述装载系统用于将样本容器装载到轨道上；
至少一个卸载系统，所述卸载系统用于将样本容器从轨道上移走；
主控模块，所述主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，所述主节点和所述从节点之间以及各所述从节点之间通过CAN总线进行通信；
各个从节点为统一模块化的和/或具有相同的功能。
进一步地，所述节点能在无需重新增加线束或者重新连接的情况下被更换。
根据本申请的又一方面，一种样本处理流水线控制系统包括：
至少一个轨道系统，所述轨道系统用于输送样本容器，所述轨道系统包括轨道；
至少一个装载系统，所述装载系统用于将样本容器装载到轨道上；
至少一个卸载系统，所述卸载系统用于将样本容器从轨道上移走；
主控模块，所述主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，所述主节点和所述从节点之间以及各所述从节点之间通过CAN总线进行通信；
所述主节点与各个从节点之间以串联方式进行连接。
进一步地，所述主节点和从节点各包括一板卡，所述板卡上设有一路CAN总线和与所述CAN总线连接的至少两个CAN接口；所述板卡之间通过CAN接口串联。
进一步地，所述样本处理流水线控制系统包括多个轨道系统，所述多个轨道系统的从节点的板卡均相同并具有相同的功能，以便能够通过配置使得各个轨道系统执行不同的功能和/或更改轨道系统的执行功能。
进一步地，所述轨道系统能在无需重新增加线束或者重新连接的情况下被更换成具有相同板卡和功能的轨道系统；和/或
在所述样本处理流水线控制系统中，能在两个节点之间接入附加轨道系统，所述附加轨道系统具有与所述轨道系统相同的板卡和功能。
本申请的样本处理流水线控制系统，包括至少一个用于输送样本容器的轨道系统，至少一个用于将样本容器装载到轨道的装载系统、至少一个用于将样本容器从轨道上移走的卸载系统以及主控模块，主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，主节点和从节点之间通过CAN总线进行通信。本发明的样本处理流水线控制系统的整机传输效率以及总线的利用率，并且系统中各个节点间能够互相通信，节点的独立性强，提高了系统的抗干扰能力及稳定性。
附图说明
图1为本申请实施例一的系统结构示意图；
图2为本申请样本处理流水线控制系统的板卡的结构图；
图3为本申请样本处理流水线控制系统的板卡的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请提供一种样本处理流水线控制系统，可以实现对样本的高效检测。
实施例一：
请参阅图1，图1为本申请实施例一的系统结构示意图，如图1所示，本申请的样本处理流水线控制系统可以包括：
至少一个轨道系统1，轨道系统1用于输送样本容器，轨道系统1包括轨道。
至少一个装载系统2，装载系统2用于将样本容器装载到轨道上。
至少一个卸载系统3，卸载系统3用于将样本容器从轨道上移走。
主控模块4，主控模块4为主节点，每个轨道系统1、装载系统2和卸载系统3分别为一从节点，所述主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，主节点和从节点之间通过CAN总线进行通信。
一个实施例中，主控模块独立设置，或所述主控模块设置在装载系统2、试卸载系统3或轨道系统1中。
本发明实施例中，各个从节点和主节点之间采用CAN总线进行通信连接，构成一高速的通信网络，主节点可以通过CAN总线快速读取网络中各个从节点的信息，对从节点进行控制及调配。同时，从节点之间可以通过CAN总线通信连接，从而网络中的每个从节点及主节点均可以快速获知网络中其余任意从节点的状态。值得指出的是，本发明实施例中，各个从节点可以利用CAN总线接收到其余从节点或者主节点发送的报文，然后根据报文的内容完成相关控制功能，如：轨道系统1用于输送样本容器、装载系统2用于将样本容器装载到轨道系统1的轨道上、卸载系统3用于将样本容器从轨道上移走等，从而使样本处理流水线控制系统能够高效运作。
本发明实施例的CAN总线的用户接口简单，编程方便，由CAN总线构成的通信网络结构简单、成本较低，并且采用无源抽头连接，使得本实施例的样本处理流水线控制系统的可靠性提高。
本实施例中，主节点用于对各个从节点进行统一控制。一个主节点统一控制各个从节点，接收从节点发送的信息，统一为各个从节点分配操作时序和任务，并向各个从节点发送控制指令。各个从节点根据控制指令完成相应的控制功能。各个从节点完成相应的控制功能后可以向主节点反馈完成状态，例如：装载系统2装载样本容器完毕，轨道系统1传送试管完毕，卸载系统3将样本容器卸载完毕等。同时，每个从节点具有独立的上报机制，每个从节点用于通过CAN总线向主节点反馈完成状态。
本发明实施中，装载系统2和卸载系统3分别可以设置为1-3个，轨道系统1的轨道可以设置3-6个。在CAN总线的通信方案下，本实施例系统可以任意可扩展，可以根据需要加入其它带有CAN总线的节点，如：带CAN总线的测量仪器。另一种实施方式中，如果系统中的节点需要进行更换，如流水线控制系统需要增加检测仪器或者更换检测仪器时，只需要将相应的节点换下即可，无需重新增加线束或者重新连接，本发明实施例的流水线控制系统维护简单，方便实用。
主节点负责从节点的调度与分配、数据分析与处理、报警与提示、信息交互和心跳机制。从节点主要负责的电机控制、气压检测、阀控制、扫描仪与条码识别、传感器检测、按键、通讯故障与自恢复以及与其余节点信息交互等处理步骤。本发明实施例各个从节点做成统一模块化，任意节点都具有上述功能，节点的独立性和模块化程度高，方便装机和使用。
一个实施例中，主节点和每个从节点各包括一板卡，所述板卡上设有一路CAN总线5和与CAN总线5连接的至少两个CAN接口6。板卡之间通过CAN接口6串联。一个实施例中，板卡上设有与CAN总线5连接的三个CAN接口6。可以知道，本发明实施例样本处理流水线控制系统的主节点与各个从节点之间是以串联方式进行连接的，系统中所使用的线束取决于整机的长度，减少了系统整机使用的线束，连接简单，布线方便。
如图1所示，本发明实施例的样本处理流水线控制系统由主节点和多个从节点组成，主节点和各个从节点上均设置有一个板卡，板卡上带有一路CAN总线5和至少两个CAN接口6。本实施例中，CAN接口6的数量优选为三个。一种可行的实施方式，每个从节点上其中的两个CAN接口6分别与左右相邻的两个从节点上的两个CAN接口6连接，第三个CAN接口6可以保留，当样本处理流水线控制系统需要扩展节点数量时，按照实际需要将带有CAN总线的节点接入到第三个CAN接口6中，系统即可以增加一个节点。第三个CAN接口6同时可以作为故障诊断的接口，接入带有CAN总线的诊断设备，对流水线进行故障诊断与数据分析。
请参阅图2，图2为本申请的板卡的结构图，如图2所示，本申请实施例的主节点和各个从节点上设置的板卡均可以包括：微处理器7(CPU，Central Processing Unit)、CAN控制器8、总线转换装置9、以及收发器10。
收发器10连接在CAN控制器7和CAN总线5之间，用于将CAN控制器7的逻辑电平转换为CAN总线5的差分电平。总线转换装置9连接在CPU7和CAN控制器8之间，实现CPU7和CAN控制器8之间的数据通信。
值得指出的是，各从节点板卡的微处理器功能相同。一个实施例中，从节点板卡的CPU6具有轨道系统控制功能、试管架装载系统控制功能和试管架卸载系统控制功能，所述主节点根据用户的设置，生成从节点的配置信息，将配置信息通过CAN总线5发送给对应的从节点，所述从节点响应该配置信息，执行相应的控制功能。
总线转换装置9具体用于：接收CPU7写入的地址信息及数据报文并进行转换，将转换后的地址信息及数据报文发送到CAN控制器8上，
总线转换装置9具体用于：接收CAN控制器8中的地址信息及数据报文并进行转换，并发送至CPU7。
本发明实施例通过CAN总线5连接主节点及各个从节点，信息的传输是基于CAN通信协议，并通过CAN控制器8来完成。主节点以及各个网络从节点均为带有CPU7的智能节点，可以完成数据采集并基于CAN协议传输数据报文。
值得指出的是，从节点可以使用带有片内CAN控制器8的CPU7，或选用CPU7直接接独立的CAN控制器8的方式来完成节点功能。由于本实施例的主节点对各个从节点实行统一调配，主节点的CPU7的要求主频较高，而主频较高的CPU一般没有片内CAN控制器8，并且在CPU上直接接CAN控制器8，采用并行接口连接，会耗费CPU的接口资源，降低CPU的处理能力。有鉴于此，本实施例系统在CPU7和CAN控制器8之间接总线转换装置9的连接架构。本实施的总线转换装置9优选为现场可编程门阵列FPGA(Filed-Programmable Gate Array)，CAN控制器8优选为SJA1000控制器。SJA1000是一款独立的CAN控制器，广泛应用于汽车和一般工业环境中的控制器局域网络。SJA1000控制器与CAN2.0B协议兼容，内部集成了发送缓冲区和接收缓冲区，可以用报文的形式发送和接收信息。具有位流处理器，SJA1000控制器除在发送缓冲区和CAN总线之间控制数据流的程序装置外，还执行错误检测、仲裁、总线填充和错误处理。FPGA采用逻辑单元阵列的概念，内部包括可编程逻辑模块(CLB，ConfigurableLogic Block)、输出输入模块(IOB，Input output block)和内部连线三个部分。FPGA运行速度快，频率可以达几百兆，可以满足主节点的主频要求。并且FPGA具有丰富的触发器和I/O引脚，可以实现大规模系统。能够进行编程，定制协议与接口，且可以反复编程，使用灵活。
一个可选的实施例中，在FPGA的扩展下，主节点的CPU7可以采用较为快速的处理器，各个从节点上的CPU7可以采用相对较慢的(ARM，Advanced RISC Machines)处理器，可以节省系统使用的材料成本。
请参阅图3，图3为本申请的板卡的另一种结构图，如图3所示，本申请实施例的收发器10用于将CAN控制器8的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平。收发器10将传输的报文转换成CAN总线上的电平信号。在组建CAN总线5时，需要考虑抗干扰能力，并避免将干扰引入到CAN控制器8或者CPU7处，所以需要在信号上使用光电隔离，同时隔离电压。一个实施例中，收发器10包括隔离器件100，隔离器件100用于隔离电磁干扰及静电干扰。
为了简化电路，本发明实施例的收发器10采用CTM1050芯片。该芯片内部集成了所有必须的CAN隔离器件100，具有DC2500V的隔离功能和静电释放(ESD，Electro-Staticdischarge)保护作用。该芯片电磁辐射极低、电磁抗干扰能力极高，并具有瞬态抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)防总线过压的保护作用。本实施例系统无需额外增加任何电路，即可将CAN控制器8的逻辑电平转换为CAN总线5的差分电平，同时降低CAN总线5上的干扰，应用简单，降低成本。
样本处理流水线控制系统通过CAN总线连接了多个从节点，因此CAN总线上传输的数据量大，并且存在多种干扰，容易造成总线信号波动。若系统中的某个从节点在出现故障后直接进行报警，则会增加整机故障率。如果节点出现严重的故障，还会造成系统整机的瘫痪。为了能够自动恢复机器可以正常工作，避免因为干扰而导致的故障加重系统整机的负担，本发明实施例的样本处理流水线控制系统在检测到通信故障后，不断通过复位CAN控制器，来恢复该从节点的工作。本发明实施例的CAN总线具有错误检测功能，当从节点在发送信息时发生错误，从节点会强制结束自身当前发送信息的动作，然后重复执行发送信息的动作，直至从节点顺利将信息发送出去。上述过程中，总线可以记录下故障次数(即重复执行发送信息的次数)，当故障次数达到预设值时，认为该从节点发生故障，将从节点脱离总线。主节点通过心跳机制，可以获知从节点脱离总线，这样，在某个节点出现故障后，不影响整个总线上的通讯。
CAN总线5为以下任意一种：双绞线、同轴电缆以及光纤。
CAN接口4为以下任意一种接口：USB接口、航插接口以及DB9接口。
本申请的样本处理流水线控制系统，包括至少一个用于输送样本容器的轨道系统，至少一个用于将样本容器装载到轨道的装载系统、至少一个用于将样本容器从轨道上移走的卸载系统以及主控模块，主控模块为主节点，每个轨道系统、装载系统和卸载系统分别为一从节点，主节点用于接收从节点发送的信息，并向从节点发送控制指令，主节点和从节点之间通过CAN总线进行通信。本发明的样本处理流水线控制系统的整机传输效率以及总线的利用率，并且系统中各个节点间能够互相通信，节点的独立性强，提高了系统的抗干扰能力及稳定性。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
