实验仪器电控方法、装置、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及一种实验仪器电控方法、装置、系统、设备及介质，属于仪器控制技术领域。

背景技术

为了防止出现无人监管实验仪器的现象，现有技术通过研发设备信息数据库，能够实现对实验仪器的实时监控，但是无法实现对实验仪器的控制，应用范围较窄；再者，科研人员可能利用实验仪器进行长时间的持续实验、定时实验或顺序性实验，现有技术虽然可以实现远程控制，但是仅限于机械式控制实验仪器的打开与关闭，无法实现自动控制或需求式控制。因此，实验仪器的智能电控问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实验仪器电控方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，其分为软件和硬件两个部分，在实验仪器可手动控制的同时，通过串行通讯实现计算机自动控制和计算机手动控制的双路远程控制(双重控制方式)，进而构建高效率、高安全性和高便携性的实验仪器管理体系。

本发明的第一目的在于提供一种实验仪器电控方法。

本发明的第二目的在于提供一种实验仪器电控装置。

本发明的第三目的在于提供一种实验仪器电控系统。

本发明的第四目的在于提供一种计算机设备。

本发明的第五目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种实验仪器电控方法，由下位机执行，所述方法包括：

接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型；

通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

优选地，所述控制信号类型为所述自动控制信号类型；

所述令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作，包括以下至少之一：

令至少一个实验仪器的运行时长维持在第一预设时长内，

和/或，令至少一个实验仪器的至少一个功能的运行时长维持在第二预设时长内；

令至少一个实验仪器启动/关闭，

和/或，令至少一个实验仪器的至少一个功能启动/关闭。

优选地，所述控制信号由上位机发送；

所述控制信号的发送过程，包括：

读取自身的可用串口；

基于所述可用串口，匹配与下位机通讯所需的串口参量，所述串口参量包括至少之一：波特率、数据位、校验位、停止位和流控制参数；

基于多个实验仪器，根据实验中实验仪器的使用顺序，赋予每个实验仪器对应的控制优先级，和/或，基于实验仪器的多个功能，根据实验中实验仪器的功能使用顺序，赋予每个功能对应的控制优先级；

基于每个实验仪器对应的控制优先级和/或每个功能对应的控制优先级，根据从高到低的控制优先级顺序，通过串口参量匹配后的串口依次发送控制信号。

优选地，所述基于每个实验仪器对应的控制优先级和/或每个功能对应的控制优先级，根据从高到低的控制优先级顺序，通过串口参量匹配后的串口依次发送控制信号，包括：

在前一优先级的控制信号发送之后，根据前一优先级的控制信号所控制的实验仪器状态，反馈是否完成前一优先级的控制信号类型对应的操作；

若是，则发送后一优先级的控制信号；

若否，则关闭串口，并提示异常信息；

前一优先级信号的发出时间点和后一优先级信号的发出时间点相隔预设时间间隔。

优选地，上位机根据返回值，反馈是否完成操作，所述返回值由下位机发送；

所述返回值的发送过程，包括：

在接收到任一优先级的控制信号之后，向自身请求中断；

在中断过程中，判断控制信号是否匹配；

若匹配，则跳出中断，发送返回值，以反馈完成操作。

优选地，所述控制信号类型为所述手动控制信号类型；

所述令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作，包括以下其中之一：

令至少一个实验仪器的运行时长维持在第三预设时长内；

令至少一个实验仪器的任一功能的运行时长维持在第四预设时长内；

令至少一个实验仪器启动/关闭；

令至少一个实验仪器的任一功能启动/关闭。

本发明的第二目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种实验仪器电控装置，应用于下位机，所述装置包括：

接收模块，用于接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型；

控制模块，用于通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

本发明的第三目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种实验仪器电控系统，所述系统包括：

上位机，用于发送控制信号；

下位机，用于实现上述的实验仪器电控方法；

上位机、硬件电路、下位机依次连接；

手动控制电路、实验仪器连接。

本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的实验仪器电控方法。

本发明的第五个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的实验仪器电控方法。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明实施例通过软件和硬件结合的方式，提供了一种实验仪器电控方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，实现了手动及计算机双路远程控制。手动控制即通过控制机械按键的方式，实现对实验仪器的控制；计算机双路远程控制即通过串行通讯，上位机向下位机发送控制指令，下位机响应该控制指令并执行对应的控制功能，分为计算机自动控制和计算机手动控制；计算机自动控制可以根据实际需求，设置特定的控制优先级和持续时间；计算机手动控制是由人工控制计算机软件界面的功能启动按钮，触发控制指令。本发明实施例既保留了实验仪器原始的机械按键控制功能，又实现了实验仪器的智能远程控制；智能远程控制方式属于双重控制方式，提升了仪器控制的安全性和便捷性，从而令实验室管理变得省时和高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的实验仪器电控系统的硬件电控流程图。

图2为本发明实施例1的实验仪器电控方法的流程图。

图3为本发明实施例1的上位机控制系统的操作流程图。

图4为本发明实施例1的下位机控制系统的操作流程图。

图5为本发明实施例2的实验仪器电控装置的结构框图。

图6为本发明实施例3的计算机设备的结构框图。

其中，1-上位机；2-串行通讯协议；3-硬件电路主控芯片；4-光电隔离模块；5-继电器模块；6-实验仪器；7-自复位开关；8-红色LED灯；9-第一绿色LED灯；10-第二绿色LED灯。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述指定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

目前，在各类科研院所中，部分实验仪器设置有若干机械按键或触摸按键，用户通过手动控制按键，实现对仪器的开启、关闭和调节等控制，期间需要用户根据需求辨识按键的位置，给用户增加了工作量，并且以上方式存在紧急情况无法对实验仪器进行手动控制而导致实验失败、实验室耗电严重和实验室管理困难等现象。为此，本申请提供实施例1-4以减少用户工作量和避免上述现象的出现。

实施例1

参考图1，本实施例提供了一种实验仪器电控系统，该系统包括：

上位机，用于发送控制信号；

下位机，用于实现本实施例提供的实验仪器电控方法；

上位机、硬件电路、下位机依次连接；

手动控制电路、实验仪器连接。

其中，硬件电路由硬件电路主控芯片、光电隔离模块和继电器模块组成。

本实施例中，每个实验仪器包括一个下位机，以单片机作为下位机的主控芯片。

另一个实施例中，多个实验仪器共用一个下位机。

大型实验仪器包括高电压(AC220V)供电系统，而单片机包括低电压供电系统。因此，需要继电器模块对低电压和高电压进行转换。以每个实验仪器包括一个下位机为例，继电器模块的一端与单片机的I/O口连接，继电器模块的另一端与实验仪器的每个功能启动开关连接；当下位机接收到上位机发送的控制信号时，下位机做出响应并给指定的I/O口低电平，继电器模块中对应的子继电器通过转换常闭状态和常开状态，即通过控制该子继电器的通断，实现对一个或多个功能的控制。

另外，在主控芯片与继电器模块之间增加光电隔离模块，将输入、输出信号有效隔离，以提高系统的抗干扰能力，其中光电隔离模块主要由光电耦合器和三极管组成。

其中，手动控制电路由自复位开关、LED灯和功能启动开关组成。

在220V供电条件下，手动控制电路包括一个自复位开关、三个LED灯和一个功能启动开关，自复位开关配有一个红色LED灯和一个第一绿色LED灯，分别表示常闭状态和常开状态，功能启动开关配有一个第二绿色LED灯，当该功能启动时，第二绿色LED灯发光。

本实施例中，自复位开关默认处于常闭状态，此时功能启动开关未打开，红色LED灯发光；当手动按下自复位开关，自复位开关处于常开状态，功能启动开关打开，对应功能启动，第一绿色LED灯和功能面板对应的第二绿色LED灯发光。实验仪器中有几种功能启动开关，就有几组手动控制电路；通过人工控制自复位开关的按钮，实现对实验仪器的手动控制。

参考图2，本实施例提供了一种实验仪器电控方法，由下位机执行，该方法包括如下步骤：

S201、接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型。

参考图3，所述控制信号由上位机发送；所述控制信号的发送过程，包括：

S11、读取自身的可用串口。

本步骤中，读取上位机可用的串口信息，将可用串口号显示在上位机的软件界面中，此时实验仪器的所有功能启动按钮呈锁定状态。需要说明的是，本实施例中，功能启动按钮为软件按钮，功能启动开关为硬件按钮。

S12、基于所述可用串口，匹配与下位机通讯所需的串口参量，所述串口参量包括至少之一：波特率、数据位、校验位、停止位和流控制参数。

本步骤中，上位机的串口参量需要与单片机的串口参量一一对应。在完成串口参量设置之后，解锁功能启动按钮，随后打开串口。

S13、基于多个实验仪器，根据实验中实验仪器的使用顺序，赋予每个实验仪器对应的控制优先级，和/或，基于实验仪器的多个功能，根据实验中实验仪器的功能使用顺序，赋予每个功能对应的控制优先级。

示例1，一实验中，包括A、B、C三类实验仪器，实验仪器B需要先开启，赋予其高控制优先级，实验仪器A、实验仪器C依次后开启，分别赋予实验仪器A、实验仪器C中控制优先级、低控制优先级。

示例2，一实验中，包括A、B、C三类实验仪器，实验仪器B需要先开启，赋予其高控制优先级，实验仪器A、实验仪器C依次后开启，分别赋予实验仪器A、实验仪器C中控制优先级、低控制优先级；但是C类实验仪器中一部分实验仪器C需要在实验仪器A开启的同时开启，则将高控制优先级赋予这部分实验仪器，以替换其原有的控制优先级。

示例3，一实验中，包括A、B两类实验仪器，实验仪器A的a1功能需要在10点开启，并一直持续，实验仪器A的a2功能需要在10点30分开启，并持续到11点关闭，实验仪器B需要在11点开启，并一直持续；根据上述情况，赋予a1功能高控制优先级，赋予开启a2功能中控制优先级，赋予关闭a2功能和实验仪器B低控制优先级；其中，高控制优先级、中控制优先级和低控制优先级三者之间存在时序触发条件，即三者中，两两之间间隔对应的预设时间。

3种示例意味着处于最高控制优先级的实验仪器最先被控制信号控制。除以上3种示例之外，还可以根据实际需求，设置特定的、更加复杂的控制优先级和持续时间。

S14、基于每个实验仪器对应的控制优先级和/或每个功能对应的控制优先级，根据从高到低的控制优先级顺序，通过串口参量匹配后的串口依次发送控制信号。

本步骤，包括：

S141、在前一优先级的控制信号发送之后，根据前一优先级的控制信号所控制的实验仪器状态，反馈是否完成前一优先级的控制信号类型对应的操作。

S142、若是，则发送后一优先级的控制信号。

S143、若否，则关闭串口，并提示异常信息。

其中，前一优先级信号的发出时间点和后一优先级信号的发出时间点相隔预设时间间隔。

S13～S14属于计算机自动控制模式。

参考图4，上位机根据返回值，反馈是否完成操作，所述返回值由下位机发送；

所述返回值的发送过程，包括：

S21、在接收到任一优先级的控制信号之后，向自身请求中断。

本步骤之前，对串口通讯以及与不同的功能启动开关对应的I/O口进行初始化，值得注意的是，该初始化操作在S12之前进行，以获取单片机的串口参量数据。

本步骤中，判断是否接收到上位机传送的控制指令，若接收到，则向自身的CPU发送中断请求。

S22、在中断过程中，判断控制信号是否匹配。

本步骤中，在CPU响应中断请求之后，判断控制指令是否与初始化后的串口参量数据匹配。

S23、若匹配，则控制相应的功能启动开关的打开或关闭，同时跳出中断，发送返回值，以反馈完成操作。

S24、若不匹配，则退出中断，等待上位机继续发送控制指令，以此循环。

在计算机自动控制模式和计算机手动控制模式中均存在S21～S24，不同的是，计算机手动控制模式中，需要通过人工点击上位机的软件界面的功能启动按钮的方式，向下位机发送相应的控制指令，并且下位机响应该控制指令时，对应的功能启动按钮处于锁定状态；完成控制操作即下位机反馈数据之后，解锁该功能启动按钮。

S202、通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

(1)所述控制信号类型为所述自动控制信号类型；

所述令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作，包括以下至少之一：

1、令至少一个实验仪器的运行时长维持在第一预设时长内，

和/或，令至少一个实验仪器的至少一个功能的运行时长维持在第二预设时长内；

2、令至少一个实验仪器启动/关闭，

和/或，令至少一个实验仪器的至少一个功能启动/关闭。

(2)所述控制信号类型为所述手动控制信号类型；

所述令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作，包括以下其中之一：

1、令至少一个实验仪器的运行时长维持在第三预设时长内；

2、令至少一个实验仪器的任一功能的运行时长维持在第四预设时长内；

3、令至少一个实验仪器启动/关闭；

4、令至少一个实验仪器的任一功能启动/关闭。

本实施例中，大型实验仪器为大气气溶胶分级仪器，该仪器包括20个分级盒、3个抽气泵和2个三通电磁阀，其中：抽气泵包括电磁开关；各分级盒之间相互连接，筛选尺寸连续；在抽气泵的作用下，各分级盒通过对应的电磁开关将筛选后的颗粒排出。

需要说明的是，功能指的是某个开关所实现的功能、某个气泵所实现的功能和某个电磁阀所实现的功能，例如，某个开关用于辅助筛选某尺寸的颗粒，辅助筛选某尺寸的颗粒即该开关所实现的功能。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

实施例2：

如图5所示，本实施例提供了一种实验仪器电控装置，应用于下位机，该装置包括接收模块501和控制模块502，各个模块的具体功能如下：

接收模块501，用于接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型；

控制模块502，用于通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

实施例3：

如图6所示，本实施例提供了一种计算机设备，其包括通过系统总线601连接的处理器602、存储器、输入装置603、显示装置604和网络接口605。其中，处理器602用于提供计算和控制能力，存储器包括非易失性存储介质606和内存储器607，该非易失性存储介质606存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器607为非易失性存储介质606中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器602执行时，实现上述实施例1的实验仪器电控方法，如下：

接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型；

通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

实施例4：

本实施例提供一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的实验仪器电控方法，如下：

接收控制信号，控制信号类型包括其中之一：手动控制信号类型和自动控制信号类型；

通过所述控制信号控制至少一个实验仪器，并令至少一个实验仪器执行所述控制信号类型对应的操作。

需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读存储介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

综上所述，本发明实施例既保留了实验仪器原始的机械按键控制功能，又实现了实验仪器的智能远程控制；智能远程控制方式属于双重控制方式，提升了仪器控制的安全性和便捷性，从而令实验室管理变得省时和高效。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。