一种用于显微实验系统手持操作装置的节能方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于显微实验系统手持操作装置的节能方法，包括低压降、无抖动电源切换电路自动切换电源适配器和电池供电；低功耗电池电压检测电路的检测方法；以及微处理器浅睡眠、深睡眠相结合的运行方法。本发明在满足了显微实验操作功能需求的基础上，通过低功耗的硬件设计和节能方法，延长了电池寿命，增加了装置使用时间，提高了科研人员的工作效率和质量。
【专利说明】一种用于显微实验系统手持操作装置的节能方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及显微实验操作领域，具体而言，涉及一种用于显微实验系统的手持操作装置的节能方法。
【背景技术】
[0002]显微注射技术是现代生物工程重要的技术手段之一，广泛应用在转基因、试管婴儿和克隆等细胞工程领域。显微实验操作系统是一套完整的用于显微注射实验的自动化装置，它将自动控制、微电子、嵌入式、无线通讯等技术运用到显微注射实验中，通过手持操作装置和机械手驱动系统实现了显微注射实验的自动化和智能化，相比于传统人工操作，极大地提高了科研工作者的工作效率和工作质量。
[0003]手持操作装置是显微实验系统的人机接口，用户通过手持操作装置将命令发送至机械手驱动系统，由驱动系统控制三轴机械手实现对细胞探针的操作，并通过LCD显示屏实时显示机械手工作状态及参数，从而真正实现了显微实验的自动化和智能化。
[0004]手持操作装置为电池供电，随着显微实验系统对于手持操作装置功能需求的不断提高，手持装置的功耗也在随之不断增加，如何设计出性能稳定、功耗低的手持操作装置已经成为手持设备开发的难点之一。低功耗的硬件设计配合节能方法可以保证尽可能长的待机时间，不但减少了用户频繁充电给正常使用带来的不便，还延长了电池寿命。
[0005]因此，迫切需要一种用于显微实验系统的手持操作装置的节能方法来解决以上问题。
【发明内容】
[0006]为了满足显微实验系统人机接口的功能需求，并且减少供电电池的损耗，增加装置使用时间，延长电池寿命，本发明提供了一种用于显微实验系统的手持操作装置的节能方法。
一种用于显微实验系统手持操作装置的节能方法，包括低压降、无抖动电源切换电路自动切换电源适配器和电池供电；低功耗电池电压检测电路及方法；以及微处理器浅睡目民、深睡眠相结合的运行方法；
所述低压降、无抖动电源切换电路包括微处理器复位芯片m、PMOS晶体管和整流二极管；所述微处理器复位芯片Ul的I脚耦接至系统参考地，2脚耦接至所述PMOS晶体管栅极，3脚耦接至电源适配器输出；所述PMOS晶体管漏极耦接至电池正极，源极耦接至系统负载；所述整流二极管阳极耦接至电源适配器输出，阴极耦接至负载；所述低压降、无抖动电源切换电路检测并等待电源适配器输出电压稳定后，自动将供电由电池切换至适配器；
所述低功耗电池电压检测电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻第一端耦接至电池正极，所述第二电阻第一端耦接至微处理器通用输出引脚，所述第一电阻和第二电阻第二端耦接至微处理器模拟/数字转换器输入引脚；当需要检测电池电压时，耦接至第二电阻第一端的微处理器通用输出引脚切换为输出模式并输出低电平，微处理器通过耦接至第一电阻和第二电阻的第二端的模拟/数字转换器输入引脚获取电池电压；当不需要检测电池电压时，耦接至第二电阻第一端的微处理器通用输出引脚切换为高阻模式；
所述微处理器浅睡眠模式为微处理器的正常工作模式，即微处理器的外设工作、内核休眠，且周期定时唤醒内核，执行短暂监控程序后再次进入浅睡眠模式；所述手持操作装置未接收用户操作的持续时间超过预设值时，微处理器进入外设和内核同时休眠的深睡眠模式，用户通过按键唤醒，恢复至浅睡眠模式。
[0007]本发明的有益效果在于:本发明在满足了显微实验操作功能需求的基础上，通过低功耗的硬件设计和节能方法，减少供电电池的损耗，延长了电池寿命，增加了装置使用时间，提高了科研人员的工作效率和质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明节能方法的显微实验手持操作装置结构框图；
图2是本发明实施例提供的低压降、无抖动电源切换电路结构图；
图3是本发明实施例提供的低功耗简易电池电压检测电路结构图；
图4是本发明实施例提供的低功耗简易电池电压检测方法流程图；
图5是本发明实施例提供的微处理器节能运行主程序流程图；
图6是本发明实施例提供的微处理器唤醒中断服务程序流程图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
[0010]图1为采用本发明节能方法的显微实验手持操作装置结构框图。外围电路主要包括LCD显示屏、用于控制机械手运动的光电编码器和按键以及无线通讯模块，微处理器通过外设接口控制外围电路，完成手持操作装置的人机接口任务。低压降、无抖动电源切换电路用于根据电源适配器的连接情况切换系统供电电源。通过深睡眠、浅睡眠模式运行方法管理微处理器内核和外设以及外围电路的功耗，实现手持操作装置低功耗需求。低功耗电池电压检测电路结合低功耗电池电压检测方法，实现低功耗电池电压检测。
[0011]图2为本发明实施例提供的低压降、无抖动电源切换电路结构图，该电路用于根据电源适配器的连接情况切换系统供电电源。在具体实施例中，PMOS晶体管型号采用A03401，微处理器复位芯片Ul型号采用MP809L。
[0012]当适配器连接至手持操作装置后，由所述微处理器复位芯片Ul检测输出电压，等待其稳定后，Ul通过耦接至所述PMOS晶体管栅极的2脚关断PMOS晶体管，实现电源无抖动切换至适配器，以延长电池使用时间；当适配器未连接至手持操作装置时，系统由电池供电，所述PMOS晶体管开通，电池经由所述PMOS晶体管压降极低，实现低功耗。
[0013]图3为本发明实施例提供的低功耗简易电池电压检测电路结构图，所述第一电阻和第二电阻构成分压器，匹配微处理器模拟/数字(以下简称A/D)转换的量程以及电池电压范围。采用本发明的低功耗简易电池电压检测方法流程图参见图4，主要功能是通过通用输出引脚(以下简称GP10)模式的切换使得电路仅在需要检测电池电压时才构成通路，从而降低功耗，开始于步骤401，结束于步骤407: 步骤401:开始；
步骤402:GPIO配置为输出模式，并输出低电平；
步骤403:启动A/D转换；
步骤404:等待A/D转换完成，如果转换完成则进入步骤405，否则回到步骤404 ；
步骤405:对转换结果进行数字滤波，并计算电池电压；
步骤406 =GPIO配置为高阻抗模式；
步骤407:结束。
[0014]采用本发明的微处理器浅睡眠、深睡眠相结合的节能方法流程图参见图5。在具体实施例中，微处理器采用STM32F103。主要功能是正常时微处理器处于浅睡眠模式，内核休眠可降低微处理器20%功耗，按照监控程序运行节拍，周期唤醒内核，执行短暂的监控程序，并再次进入浅睡眠模式。如果用户长时间未对装置进行操作，空闲计数器计数值等于预设值时，微处理器进入深睡眠模式，并通过电子开关关闭装置中消耗电流较多的液晶显示器(以下简称IXD)背光及编码器。开始于步骤501，结束于步骤511:
步骤501:开始；
步骤502:配置微处理器进入浅睡眠模式；
步骤503:等待周期唤醒定时器溢出，如果溢出则进入步骤304，否则回到步骤303 ； 步骤504:唤醒微处理器；
步骤505:执行短暂的监控程序；
步骤506:判断用户是否对装置有操作命令，如有则转入步骤508，否则转入步骤507 ； 步骤507:空闲计数器递增；
步骤508:空闲计数器复位，转入步骤502 ；
步骤509:判断空闲计数器计数值是否等于预设值时(即溢出)，如是则转入步骤510，否则转入步骤502 ；
步骤510:关闭LCD背光以及光电编码器电源；
步骤511:配置微处理器进入深睡眠模式，等待用户唤醒。
[0015]微处理器进入深睡眠模式后，系统功耗最低，当用户需要使用装置时，按键中断唤醒，唤醒中断服务程序流程图参见图6，开始于步骤601，结束于步骤605:
步骤601:开始；
步骤602:微处理器初始化；
步骤603:等待微处理器初始化完成，如果完成则进入步骤604，否则回到步骤603 ； 步骤604:开启LCD背光以及光电编码器电源开关；
步骤605:结束；
以上所述的实施例只是本发明较优选的【具体实施方式】，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于显微实验系统手持操作装置的节能方法，其特征在于，包括低压降、无抖动电源切换电路自动切换电源适配器和电池供电；低功耗电池电压检测电路及方法；以及微处理器浅睡眠、深睡眠相结合的运行方法； 所述低压降、无抖动电源切换电路包括微处理器复位芯片UU PMOS晶体管和整流二极管；所述微处理器复位芯片Ul的I脚耦接至系统参考地，2脚耦接至所述PMOS晶体管栅极，3脚耦接至电源适配器输出；所述PMOS晶体管漏极耦接至电池正极，源极耦接至系统负载；所述整流二极管阳极耦接至电源适配器输出，阴极耦接至负载；所述低压降、无抖动电源切换电路检测并等待电源适配器输出电压稳定后，自动将供电由电池切换至适配器； 所述低功耗电池电压检测电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻第一端耦接至电池正极，所述第二电阻第一端耦接至微处理器通用输出引脚，所述第一电阻和第二电阻第二端耦接至微处理器模拟/数字转换器输入引脚；当需要检测电池电压时，耦接至第二电阻第一端的微处理器通用输出引脚切换为输出模式并输出低电平，微处理器通过耦接至第一电阻和第二电阻的第二端的模拟/数字转换器输入引脚获取电池电压；当不需要检测电池电压时，耦接至第二电阻第一端的微处理器通用输出引脚切换为高阻模式； 所述微处理器浅睡眠模式为微处理器的正常工作模式，即微处理器的外设工作、内核休眠，且周期定时唤醒内核，执行短暂监控程序后再次进入浅睡眠模式；所述手持操作装置未接收用户操作的持续时间超过预设值时，微处理器进入外设和内核同时休眠的深睡眠模式，用户通过按键唤醒，恢复至浅睡眠模式。
【文档编号】H02J9/06GK103545915SQ201310529076
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】叶桦, 李多, 孙晓洁, 冒建亮 申请人:东南大学