体外诊断仪器原理与设计

目 录

第1章 概述 1
1.1 体外诊断概述 1
1.1.1 体外诊断定义 1
1.1.2 体外诊断产品分类 1
1.1.3 全球体外诊断市场现状和竞争
格局 2
1.1.4 我国体外诊断市场现状和竞争
格局 3
1.2 体外诊断仪器的基本结构和功能 4
1.2.1 主控模块 4
1.2.2 光学模块 6
1.2.3 运动模块 6
1.2.4 移液模块 9
1.2.5 液路控制模块 11
1.3 体外诊断仪器原理与设计实验
平台 12
1.3.1 液面检测与移液实验平台 12
1.3.2 直线加样与液路清洗实验平台 13
1.3.3 全自动移液移杯实验平台 15
1.3.4 液路凝块检测实验平台 15
1.4 体外诊断实验编排 17
第2章 体外诊断控制板硬件电路设计 19
2.1 电源电路 19
2.1.1 12V转5V电路 19
2.1.2 5V转3.3V电路 19
2.2 微控制器电路 20
2.3 功能模块电路 21
2.3.1 复位电路 21
2.3.2 SWD调试接口电路 21
2.3.3 晶振电路 21
2.3.4 独立按键电路 22
2.3.5 LED电路 22
2.3.6 平台选择电路 22
2.3.7 串口调试电路 23
2.3.8 蜂鸣器电路 24
2.3.9 电机接口电路 24
2.3.10 光耦/液面检测接口电路 25
2.3.11 泵/阀接口电路 25
2.3.12 夹爪接口电路 26
2.3.13 凝块检测接口电路 26
第3章 F103基准工程创建 27
3.1 理论基础 27
3.1.1 寄存器与固件库 27
3.1.2 Keil编辑和编译及STM32下载
过程 31
3.1.3 STM32参考资料 32
3.1.4 DbgIVD调试组件 33
3.1.5 TaskProc模块任务流程 34
3.2 设计思路 37
3.2.1 STM32工程模块分组及说明 37
3.2.2 应用层模块构成 38
3.3 设计流程 38
拓展设计 55
思考题 55
第4章 步进电机控制 56
4.1 理论基础 56
4.1.1 步进电机简介 56
4.1.2 步进电机的工作原理 57
4.1.3 步进电机的细分控制 60
4.1.4 步进电机驱动电路 61
4.1.5 STM32控制电机的时序 62
4.1.6 步进电机的加减速控制 63
4.1.7 液面检测与移液实验平台 64
4.1.8 StepMotor模块函数 64
4.2 设计思路 68
4.2.1 工程结构 68
4.2.2 步进电机控制流程 68
4.3 设计流程 69
拓展设计 87
思考题 87
第5章 光耦检测 88
5.1 理论基础 88
5.1.1 光耦简介 88
5.1.2 光耦遮光与未遮光 88
5.1.3 光耦接口电路 90
5.1.4 光耦输出电平转换电路 90
5.1.5 OPTIC模块函数 91
5.2 设计思路 92
5.2.1 工程结构 92
5.2.2 光耦检测流程 92
5.3 设计流程 93
拓展设计 101
思考题 101
第6章 液面检测 102
6.1 理论基础 102
6.1.1 液面检测原理 102
6.1.2 微控制器检测 103
6.1.3 IVD1Driver模块函数 104
6.1.4 IVD1Device模块函数 106
6.1.5 体外诊断任务处理 108
6.2 设计思路 110
6.2.1 工程结构 110
6.2.2 液面检测流程 110
6.2.3 初始化任务流程 110
6.2.4 任务流程 110
6.3 设计流程 111
拓展设计 115
思考题 116
第7章 柱塞泵控制 117
7.1 理论基础 117
7.1.1 柱塞泵结构 117
7.1.2 柱塞泵工作原理 117
7.1.3 柱塞泵吸液初始位 118
7.2 设计思路 118
7.2.1 工程结构 118
7.2.2 初始化任务流程 118
7.2.3 任务流程 119
7.3 设计流程 119
拓展设计 122
思考题 122
第8章 液面检测与移液 123
8.1 设计思路 123
8.1.1 工程结构 123
8.1.2 初始化任务流程 123
8.1.3 液面检测与移液流程 123
8.2 设计流程 124
拓展任务 126
思考题 127
第9章 微型泵控制 128
9.1 理论基础 128
9.1.1 旋转泵 128
9.1.2 隔膜泵 130
9.1.3 微型泵的驱动 131
9.1.4 微型泵接口电路原理图 132
9.1.5 直线加样与液路清洗实验平台 133
9.1.6 清洗液路 133
9.1.7 Pump模块函数 134
9.1.8 IVD2Driver模块函数 135
9.1.9 IVD2Device模块函数 137
9.2 设计思路 138
9.2.1 工程结构 138
9.2.2 微型泵控制流程 138
9.3 设计流程 139
拓展设计 144
思考题 144
第10章 电磁阀控制 145
10.1 理论基础 145
10.1.1 规格参数 145
10.1.2 电磁阀基本原理 145
10.1.3 电磁阀的控制 146
10.1.4 电磁阀的液路选择 147
10.2 设计思路 148
10.2.1 电磁阀控制工程结构 148
10.2.2 初始化任务流程 148
10.2.3 清洗取样针内壁任务流程 149
10.3 设计流程 149
拓展设计 152
思考题 152
第11章 直线加样与液路清洗 153
11.1 设计思路 153
11.1.1 工程结构 153
11.1.2 初始化任务流程 153
11.1.3 直线加样与液路清洗流程 153
11.2 设计流程 154
拓展设计 156
思考题 156
第12章 夹爪控制 157
12.1 理论基础 157
12.1.1 夹爪规格参数 157
12.1.2 夹爪控制电路原理图 158
12.1.3 夹爪控制时序 159
12.1.4 全自动移液移杯实验平台 160
12.1.5 Claw模块函数 161
12.1.6 IVD3Driver模块函数 162
12.1.7 IVD3Device模块函数 168
12.2 设计思路 170
12.2.1 工程结构 170
12.2.2 夹爪夹取流程 170
12.2.3 夹爪张开流程 171
12.2.4 初始化任务流程 171
12.2.5 夹取测试流程 171
12.3 设计流程 172
拓展设计 178
思考题 179
第13章 移液移杯 181
13.1 设计思路 181
13.1.1 工程结构 181
13.1.2 初始化任务流程 181
13.1.3 移液移杯流程 181
13.2 设计流程 182
拓展设计 185
思考题 185
第14章 凝块检测 186
14.1 理论基础 186
14.1.1 凝块检测原理 186
14.1.2 传感器规格参数 186
14.1.3 凝块检测硬件电路 186
14.1.4 微控制器的凝块检测 187
14.1.5 液路凝块检测实验平台 188
14.1.6 Grume模块函数 188
14.1.7 IVD4Driver模块函数 189
14.1.8 IVD4Device模块函数 194
14.2 设计思路 196
14.2.1 工程结构 196
14.2.2 凝块检测流程 196
14.2.3 初始化任务流程 196
14.2.4 凝块检测实验流程 196
14.2.5 清洗取样针任务流程 196
14.3 设计流程 198
拓展设计 208
思考题 209
第15章 液路凝块检测 210
15.1 设计思路 210
15.1.1 液路凝块检测工程结构 210
15.1.2 初始化任务流程 210
15.1.3 液路凝块检测流程 210
15.1.4 清洗取样针任务流程 211
15.2 设计流程 211
拓展设计 214
思考题 214
附录A 本书配套的资料包介绍 215
附录B 体外诊断控制板原理图 216
附录C STM32F103RCT6引脚定义 222
附录D 体外诊断实验平台端口分配 226
附录E C语言软件设计规范
（LY-STD001-2019） 227
E.1 排版 227
E.2 注释 228
E.3 命名规范 228
E.4 C文件模板 230
E.5 H文件模板 232
附录F 故障排除 234
参考文献 236
【作者简介】
刘谦，海南大学教授，博士生导师。现任海南大学生物医学工程学院院长。华中科技大学生物医学工程博士，华中科技大学兼职教授。第八届*科学技术委员会学部委员，"百千万人才工程”入选者，*"新世纪优秀人才支持计划”入选者，海南省高层次杰出人才，湖北省新世纪高层次人才，湖北省科技创新源泉工程创新创业人才。第十届生物医学工程学会教育工作委员会，副主任委员；湖北省医疗器械产业技术创新战略联盟秘书长，中国医疗器械行业协会医用软件分会副秘书长，智慧医疗/移动医疗分会副秘书长, 湖北省卫生统计与信息学会副会长。湖北省第十三届人大代表，鄂州市第八届人大代表和人大常委。主要研究方向：生物医学光学检测，医疗器械，农作物表型测量，三维可视化及仿真模拟。已在Nature Communications, Proceedings of the IEEE, Plant Methods, Medical Physics, Applied Physics Letters, Physics in Medicine and Biology等国内外学术期刊发表学术论文140余篇。获专利20余项，软件著作权10项，主编出版专著一部。十三五国家重点研发计划项目首席科学家，主持国家自然科学基金项目3项，国家863计划项目2项，湖北省自然科学基金重点项目1项。先后获湖北省科技进步一等奖，自然科学一等奖，技术发明二等奖，获中国人民解放军总后勤部科技进步三等奖。