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申请/专利权人：华东师范大学

摘要：本发明公开了一种微流控自动化核心控制平台，包括异构多核边缘智能加速处理系统、第一千兆以太网模块、视频输入模块、视频输出模块、工业通信模块、交互模块、传感监控模块、系统控制单元及配置模块、FPGA实时数据处理与工业控制系统、PCIe模块、万兆以太网光纤模块、第二千兆以太网模块、支持多协议接口工业控制模块、多媒体采集与显示模块、电源模块、时钟模块和复位模块。本发明结合异构多核边缘智能加速处理器与FPGA芯片解决现有的微流控合成控制平台存在的自动化程度低、操作复杂、控制精度不高等问题，可精准控制复杂的微流控自动化合成，平台实时性强、操作简易，可构建本地数据库存储反应信息并与云端交互，实时监控反应异常保证平台安全、稳定运行。

主权项：1.一种微流控自动化核心控制平台，其特征在于，它包括异构多核边缘智能加速处理系统（1）、第一千兆以太网模块（2）、视频输入模块（3）、视频输出模块（4）、工业通信模块（5）、交互模块（6）、传感监控模块（7）、系统控制单元及配置模块（8）、FPGA实时数据处理与控制系统（9）、PCIe模块（10）、万兆以太网光纤模块（11）、第二千兆以太网模块（12）、支持多协议接口工业控制模块（13）、多媒体采集与显示模块（14）、电源模块（15）、时钟模块（16）及复位模块（17）；所述异构多核边缘智能加速处理系统（1）分别与第一千兆以太网模块（2）、视频输入模块（3）、视频输出模块（4）、工业通信模块（5）、交互模块（6）、系统控制单元及配置模块（8）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、PCIe模块（10）、电源模块（15）、时钟模块（16）及复位模块（17）连接；异构多核边缘智能加速处理系统（1）与第一千兆以太网模块（2）连接，支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的以太网数据传输速率，实现与网络设备的通信；与视频输入模块（3）连接，实现双角度实时监控微流控自动化合成过程；与视频输出模块（4）连接，实现同时输出高清视频及人机交互界面；与工业通信模块（5）连接，实现与CAN接口、USB3.0Type-C接口的工业设备通信；与交互模块（6）连接，实现通过WiFi智能控制机械臂和送药小车，并同时兼容ADC、SPI、IIC、GPIO及UART通信接口的传感器设备；系统控制单元及配置模块（8）用于启动并配置异构多核边缘智能加速处理系统（1），并实现本地数据库的构建；所述异构多核边缘智能加速处理系统（1）包括异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）、LPDDR4缓存模块（102）、NvRAM存储器模块（103）、双路MIPICSI接口（104）、MIPIDSI接口（105）、LVDS接口（106）、HDMI接口（107）及PCIe接口（108）；所述异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）分别与LPDDR4缓存模块（102）、NvRAM存储器模块（103）、双路MIPICSI接口（104）、MIPIDSI接口（105）、LVDS接口（106）、HDMI接口（107）及PCIe接口（108）连接；LPDDR4缓存模块（102）实现大容量数据缓存；NvRAM存储器模块（103）在系统下电后存储数据；双路MIPICSI接口（104）与两个MIPI摄像头连接，实现双路双角度高清视频拍摄；MIPIDSI接口（105）、LVDS接口（106）、HDMI接口（107）实现双角度实时监控高清视频输出以及人机交互界面显示；所述第一千兆以太网模块（2）包括第一以太网PHY收发器芯片（21）、第一变压器芯片（22）、第一RJ45插座（23）、第二以太网PHY收发器芯片（24）、第二变压器芯片（25）及第二RJ45插座（26），支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的以太网数据传输速率，实现与谱图分析设备的通信；所述第一以太网PHY收发器芯片（21）及第二以太网PHY收发器芯片（24）与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）连接；所述第一变压器芯片（22）与第一以太网PHY收发器芯片（21）及第一RJ45插座（23）连接；所述第二变压器芯片（25）与第二以太网PHY收发器芯片（24）及第二RJ45插座（26）连接；异构多核边缘智能加速处理系统（1）发送网络数据时，第一以太网PHY收发器芯片（21）及第二以太网PHY收发器芯片（24）将网络数据转换为适合物理层传输的格式，第一变压器芯片（22）将转换格式后的数据传输至第一RJ45插座（23），第二变压器芯片（25）将转换格式后的数据传输至第二RJ45插座（26），第一RJ45插座（23）及第二RJ45插座（26）分别连接网线将数据传输到目标谱图分析设备；异构多核边缘智能加速处理系统（1）接收谱图分析设备的数据时，第一RJ45插座（23）将信号传输给第一变压器芯片（22），第二RJ45插座（26）将信号传输给第二变压器芯片（25），第一变压器芯片（22）及第二变压器芯片（25）分别对信号进行匹配和衰减处理，并将处理后的信号分别传输给第一以太网PHY收发器芯片（21）及第二以太网PHY收发器芯片（24），第一以太网PHY收发器芯片（21）及第二以太网PHY收发器芯片（24）接收信号并将其转换为数字数据，然后进行解码和校验，最后将处理后的数据传输至异构多核边缘智能加速处理系统（1）；所述视频输入模块（3）包括第一MIPI摄像头（31）和第二MIPI摄像头（32），第一MIPI摄像头（31）和第二MIPI摄像头（32）通过软排线连接到异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的双路MIPICSI接口（104）上，用于双角度实时高清视频拍摄；所述视频输出模块（4）包括MIPI显示屏（41）、LVDS显示屏（42）和HDMI显示屏（43），MIPI显示屏（41）通过软排线连接到异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的MIPIDSI接口（105）上，LVDS显示屏（41）通过软排线连接到异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的LVDS接口（106）上，HDMI显示屏（43）通过HDMI连接线连接到异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的HDMI接口（107）上，多种显示屏能够同时满足双角度实时监控高清视频输出以及人机交互的需求；其中，MIPI显示屏（41）及LVDS显示屏（42）显示双角度实时监控高清视频，HDMI显示屏（43）显示系统启动及人机交互界面；所述工业通信模块（5）包括CAN总线隔离收发器芯片（51）、DB9插座（52）、USB3.0PHY芯片（53）、USBType-C插座（54），CAN总线隔离收发器芯片（51）及DB9插座（52）用于与CAN接口工业设备进行通信，USB3.0PHY芯片（53）及USBType-C插座（54）用于与USB3.0Type-C接口工业设备进行通信；所述CAN总线隔离收发器芯片（51）及USB3.0PHY芯片（53）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）连接；所述DB9插座（52）与CAN总线隔离收发器芯片（51）连接；所述USBType-C插座（54）与USB3.0PHY芯片（53）连接；所述交互模块（6）包括WiFi模块（61）、ADC接口（62）、SPI接口（63）、IIC接口（64）、GPIO接口（65）及UART接口（66），同时兼容ADC、SPI、IIC、GPIO及UART通信接口的传感器设备；所述WiFi模块（61）、ADC接口（62）、SPI接口（63）、IIC接口（64）、GPIO接口（65）及UART接口（66）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）连接；所述传感监控模块（7）包括电流监控模块（71）、压力传感器模块（72）及温度传感器模块（73）；其中，电流监控模块（71）与交互模块（6）的ADC接口（62）连接，用于监测系统电流变化并进行过流警告使系统下电；压力传感器模块（72）与交互模块（6）的SPI接口（63）连接，温度传感器模块（73）与交互模块（6）的SPI接口（64）连接，分别用于监测微流控自动化反应过程终端压力以及温度，若监测出现温度过高或压力异常的情况，进行警告使系统下电；所述系统控制单元及配置模块（8）包括JTAG接口（81）、RS232总线隔离收发模块（82）、eMMC模块（83）及USB2.0串口下载模块（84），JTAG接口（81）及RS232总线隔离收发模块（82）用于系统调试，系统启动通过eMMC模块（83）或USB2.0串口下载模块（84）实现，eMMC模块（83）实现构建本地数据库；所述JTAG接口（81）、RS232总线隔离收发模块（82）、eMMC模块（83）及USB2.0串口下载模块（84）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）连接；所述FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）、PCIe模块（10）、万兆以太网光纤模块（11）、第二千兆以太网模块（12）、支持多协议接口工业控制模块（13）、多媒体采集与显示模块（14）、电源模块（15）、时钟模块（16）及复位模块（17）连接，用于实现定制化精准控制微流控合成、高速数据传输以及并行控制任务处理；FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）与PCIe模块（10）连接，实现最高传输速率为10GTs的数据传输；与万兆以太网光纤模块（11）连接，实现最高传输带宽为20Gbps的高速远距离数据传输；与第二千兆以太网模块（12）连接，支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的以太网数据传输速率；与支持多协议接口工业控制模块（13）连接，实现定制化精准控制微流控合成；与多媒体采集与显示模块（14）连接，实现音视频多媒体数据采集与视频显示；所述FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）包括FPGA芯片（91）、DDR3存储模块（92）、QSPI-Flash模块（93）、JTAG模块（94）、SD卡模块（95）、USB-UART接口模块（96）及IIC接口（97）；所述FPGA芯片（91）分别与DDR3存储模块（92）、QSPI-Flash模块（93）、JTAG模块（94）、SD卡模块（95）、USB-UART接口模块（96）及IIC接口（97）连接，FPGA芯片（91）与DDR3存储模块（92）连接实现大容量数据缓存；与QSPI-Flash模块（93）、JTAG模块（94）、SD卡模块（95）连接实现系统启动配置；与USB-UART接口模块（96）连接实现串口通信及调试任务；与IIC接口（97）连接实现与挂载的IIC设备通信；FPGA芯片（91）实现并行控制任务处理；所述PCIe模块（10）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、电源模块（15）及时钟模块（16）连接，实现异构多核边缘智能加速处理系统（1）与FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）之间通信的最高传输速率10GTs；所述万兆以太网光纤模块（11）分别与FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、电源模块（15）及时钟模块（16）连接，通过光纤连接外部设备，实现最高传输带宽为20Gbps的高速远距离数据传输；所述第二千兆以太网模块（12）包括第三以太网PHY收发器芯片（121）、第三变压器芯片（122）及第三RJ45插座（123）；支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的以太网数据传输速率；所述第三以太网PHY收发器芯片（121）与FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）的FPGA芯片（91）连接；所述第三变压器芯片（122）与第三以太网PHY收发器芯片（121）及第三RJ45插座（123）连接；FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）发送数据时，第三以太网PHY收发器芯片（121）将数据转换为适合物理层传输的格式，并通过第三变压器芯片（122）发送到第三RJ45插座（123），然后通过网线传输到网络通信设备；FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）接收数据时，第三RJ45插座（123）将信号传输给第三变压器芯片（122），第三变压器芯片（122）对信号进行匹配和衰减后，第三以太网PHY收发器芯片（121）接收信号并将其转换为数字数据，然后进行解码和校验，最后将处理后的数据传输至FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）；所述支持多协议接口工业控制模块（13）能够根据外部设备接口需求，定制化实现各类接口协议，包括CAN、SPI、RS485及RS232接口，对注射泵阵列、温控模块、光照模块、背压阀阵列及多通道切换阀阵列发出自定义指令进行精准控制；所述复位模块（17）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）及电源模块（15）连接，并对异构多核边缘智能加速处理系统（1）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）及电源模块（15）分别进行软件复位以及硬件复位；所述电源模块（15）与异构多核边缘智能加速处理系统（1）、第一千兆以太网模块（2）、视频输入模块（3）、视频输出模块（4）、工业通信模块（5）、交互模块（6）、传感监控模块（7）、系统控制单元及配置模块（8）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、PCIe模块（10）、万兆以太网光纤模块（11）、第二千兆以太网模块（12）、支持多协议接口工业控制模块（13）、多媒体采集与显示模块（14）、时钟模块（16）及复位模块（17）连接并供电；所述时钟模块（16）分别与异构多核边缘智能加速处理系统（1）、第一千兆以太网模块（2）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、PCIe模块（10）、万兆以太网光纤模块（11）、第二千兆以太网模块（12）及电源模块（15）连接，并为异构多核边缘智能加速处理系统（1）、第一千兆以太网模块（2）、FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）、PCIe模块（10）、万兆以太网光纤模块（11）及第二千兆以太网模块（12）提供对应的时钟；所述复位模块（17）包括第一复位按键（171）、非门芯片（172）、或门芯片（173）、与门芯片（174）、第一LED复位指示灯（175）、第二复位按键（176）及第二LED复位指示灯（177）；其中，第一复位按键（171）、非门芯片（172）、或门芯片（173）、与门芯片（174）及第一LED复位指示灯（175）实现对异构多核边缘智能加速处理系统（1）的复位及指示操作；第二复位按键（176）及第二LED复位指示灯（177）实现对FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）的复位及指示操作；所述第一复位按键（171）与非门芯片（172）连接；所述或门芯片（173）与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）、非门芯片（172）及电源模块（15）连接；所述与门芯片（174）与异构多核边缘智能加速处理系统（1）中的异构多核边缘智能加速处理器芯片（101）、电源模块（15）及第一LED复位指示灯（175）连接；所述第二复位按键（176）及第二LED复位指示灯（177）分别与FPGA实时数据处理与工业控制系统（9）中的FPGA芯片（91）连接。

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