生物方面的计算机应用技术

摘要: 　　随着科学技术的日新月异，和生物技术不断发展，计算机技术在生物领域的应用范围越来越广泛。本文从一个具体的项目着手，简要的叙述了在项目的具体实施过程中，如何在多个设备之间进行通讯，如何多方协调共同完成调取克隆点。 关键词: 基因 克隆点 6K4轴控制器 智能图像传感器 PLC 引言 　　以基因工程为核心的现代生物技术，自７０年代诞生以来得到飞跃发展，特别是基因操作技术、生物治疗技术、转基因动植物、大规模基因测序、生物信息技术等，对当今医药业、农业、工业、环保等产业的发展产生了深刻影响。我国１９８６年实施８６３计划，生物技术领域首位入选，并确定了农业和生物医药工程为两个突破口，肩负了技术创新和推动产业化的艰巨重任。 1概述 　　在国内大规模的生物领域，如基因测序、生物芯片、生物制药、免疫检测及化学合成等许多领域都有许多工序需要用机器人代替繁琐的手工操作，以确保高质量、高精度、高效率的流水线生产需要，以基因重组为核心的现代生物技术已成为人类解决农业、医疗保健、环境保护诸多重大问题的重要手段。我国发展生物技术旨在研究开发高产优质抗病虫害的农作物新品种，新型基因工程疫苗、药物，及蛋白质工程研究，在跟踪世界生物技术前沿的基础上，积极创新，建立和发展我国的生物技术产业。本文就基因测序方面，探讨视觉在生物系统中的一些应用。 基因测序的工作流程如下： 1.1文库阶段 　　用某种适当的酶分子剪刀把物种基因组DNA剪切成一定大小的片断，把这些片断连接到合适的载体中，然后转化到一定的宿主细胞中，构建成基因组文库，用于基因组物理图谱的构建，基因组序列分析，基因在染色体上的定位，基因组中基因的结构和组织形式等。 1.2模板提取阶段 　　基因组文库涂布到选择性培养基过夜生长后，单个细胞繁殖出大量的子代细胞群，然后就用机器或者手工把含有外源的，起源于同一个祖先的一群细胞－克隆，挑取到液体培养基中过夜生长后，繁殖出大量的含有同一外源的后代细菌。经过离心，把细菌沉淀下来，然后加入各种试剂来把连接有外源片断的载体DNA与细菌的其他成分如细菌染色体DNA，蛋白质，RNA等分离开，提取出的载体DNA就叫做模板。 1.3反应测序阶段 　　模板DNA经过测序PCR反应后被标记上不同的荧光物质。在测序以上通过激发荧光物质产生不同的信号，侧序仪收集这些信号并转换为DNA的碱基信号 　　其中克隆提取”是基因测序流程中的关键环节，是进行大规模测序的基础工作。目前这项工作主要还是由人工来完成，人眼识别出合格的克隆体，然后进行手工调取，所以效率并不高，容易受到各种因素的影响。如果运用机器视觉代替人眼，用机器人自动调取设备代替人的双手，就可以很好的解决这个问题，提高工作效率，对测序工作的结果影响很大。“面向基因操作的克隆及微量液体提取机器人”项目就是为了解决上述问题而进行的。 2具体应用 2.1项目介绍 　　本项目中涉及到多方面之间的通讯：PC机，6K4轴控制器、PLC和智能图像传感器。其中，PC机要通过网卡接口分别和6K4轴控制器与图像传感器进行通讯（PC机也可以通过232串口和6K4联机）；PC机还可以通过232串口和PLC进行通讯，建立、传送、修改PLC程序；6K4的输出接在PLC的输入上，在PC机中通过动态连接库，建立一个6K4对象，可以向PLC发送命令，通过改变6K4的输出，可以改变PLC的输入状态。PC机通过6K4对象和PLC一起操作提取设备进行工作，如图1所示。 2.2 PC机和6K4轴控制器的连接 　　在PC机上，在Visual Basic环境下，可以通过动态连接库生成一个6K4对象，代码如下： (1)通过网卡联机 Dim commserver As Object Dim ConnectReturnValue As Integer 建立一个通过网卡联机的对象 Set commserver = CreateObject("COM6SRVR.NET") 和IP地址为“192.168.10.30”的网络设备建立连接 ConnectReturnValue = commserver.Connect("192.168.10.30") (2)通过232口联机 Dim MyMachine As Object Dim ConnectReturnValue As Integer 建立一个通过232口联机的对象 Set MyMachine = CreateObject("COM6SRVR.RS232") 通过com1口和网络设备建立连接 ConnectReturnValue = MyMachine.Connect(1) 2.2 PC机和智能图像传感器的连接 在PC机上，在Visual Basic环境下，通过调用其特有的控件，可以和智能图像传感器建立连接，使用其的属性和方法： 把控件添加到编程环境中后，就可以通过它和图像传感器建立连接，传送图像到PC机。简单代码如下： 根据图像传感器的实际IP地址设置 DVTSID1.RemoteHost = “192.168.10.29” 根据图像传感器开放的端口设置 DVTSID1. Remote Port = “5000” 和图像传感器建立连接 DVTSID1.Connect 　　建立连接后，在PC端就可以通过改变该控件的属性和使用其方法来控制传感器，图像传感器的镜头的分辨率为640x480，共有30720个象素，每个象素都有一个表示该点亮度的灰度值，它的值在0~255之间，数值越大，该点越白，既越亮，数值越小，该点则越黑。通过分析组成图像的所有象素的灰度值来确定镜头范围内的所有克隆点的参数，如面积，形状，质心位置坐标等参数。 图像传感器中有16384位寄存器，传感器先把这些参数值按照某种约定规则保存在寄存器李，通过共享传感器寄存器的方式在PC机端获得这些参数值 2.2 6K4轴控制器和PLC的连接 　　调取设备上有96个针头，按照8行12列的方式矩阵排列着，共有20个电磁阀——其中8个控制行，12个控制列，通过给对应的电磁阀通电，就可以使相应的针头动作，进行调取操作。轴控制器只有和4个输出点，接到PLC上，所以只能通过改变这四个输出的状态，使PLC控制这20个电磁阀。四位进行编码后最多只能有16位不同的状态，不能满足控制20个阀的要求，在这里采用了分时编码的方法,其大概方法如下： 　　由于这四位每一位只有两个状态：0和1，按二进制编码后是0000～1111，在这16种状态中挑选4个定义成有特殊意义的。 比如： 0000－表示要执行操作 1101－表示要保存行数 1110－表示要保存列数 1111－表示有错误发生 0001～1100－分别表示1～12 　　6K4首先输出状态为0001，PLC把这个先状态保存到通道HR8中，6K4接着输出的状态为1101，PLC检测到6K4的状态为1101，则把HR8通道中的数据保存到表示行数的通道HR5里；6K4再输出状态1100，PLC还是把这个状态先保存到通道HR8中，如果6K4紧接着下一个的输出状态为1110，则表示上一个输出的是列数，即把HR8中的内容保存到表示列数的通道HR6中。如果6K4的下一个输出状态为0000，则表示开始执行操作，PLC根据行通道HR5，和列通道HR6中的数值决定了要通电的两个电磁阀，驱动针头进行调取操作。 3 结束语 　　随着科学技术的不断进步和现代生物技术的飞跃发展，机器人作为人类生活和生产“最忠实的伴侣”也取得飞速发展，功能不断完善，将会出项越来越多的自动化设备来代替人，把人从繁重的劳动中解脱出来，在各种领域中进行各种高质量，高精度，高效率的工作，计算机技术在现代化生产中的应用也更加广泛，更好的推动生产力的发展。 参考文献: [1] 丁崇兴. 计算机应用技术. [2] 熊光楞. 计算机仿真应用. [3] 芮廷先. 计算机与商业自动化.