体外诊断仪器原理与设计
作 译 者：刘谦
出 版 日 期：2022-03-01
书 代 号：G0431460
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121431463
图书简介：
本书在阐明体外诊断原理的基础上，重点介绍体外诊断仪器设计相关技术，包括加样控制、步进电机控制、位置检测、液面检测、柱塞泵控制、微型泵控制、液路切换、夹爪控制、凝块检测等。本书采用模块化的方式，通过详细讲解各模块的电路设计、程序设计及微控制器系统设计，帮助读者掌握体外诊断仪器从硬件到软件的完整开发流程。与本书配套的有4款体外诊断实验平台，读者在学习本书的同时，在实验平台上进行同步操作，可达到事半功倍的效果。此外，本书提供丰富的软、硬件资料包及PPT等。
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配 套 资 源
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图 书 内 容
内容简介
本书在阐明体外诊断原理的基础上，重点介绍体外诊断仪器设计相关技术，包括加样控制、步进电机控制、位置检测、液面检测、柱塞泵控制、微型泵控制、液路切换、夹爪控制、凝块检测等。本书采用模块化的方式，通过详细讲解各模块的电路设计、程序设计及微控制器系统设计，帮助读者掌握体外诊断仪器从硬件到软件的完整开发流程。与本书配套的有4款体外诊断实验平台，读者在学习本书的同时，在实验平台上进行同步操作，可达到事半功倍的效果。此外，本书提供丰富的软、硬件资料包及PPT等。图书详情
ISBN：9787121431463开 本：16(185*260)页 数：244字 数：390本书目录
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展开前 言
体外诊断（In Vitro Diagnosis，IVD）是指将血液、体液、组织等样品从人体中取出，使用体外检测试剂、试剂盒、校准品、质控品、仪器等工具对样品进行检测与校验，用于疾病的预防、诊断、治疗监测、预后观察、健康评价及遗传性疾病的预测。检测过程中所需要的仪器和试剂组成了体外诊断系统，它汇集了生物、医学、机械、光学、电子学、计算机、工程学、工程设计与制造等相关技术，而从事这些仪器、试剂、耗材等研发、生产、营销的企业，统称为生产体外诊断产品的企业。 随着体外诊断产业的高速发展，企业对仪器和试剂开发人才的需求越来越强烈。高校作为人才输出的重要源头，既要根据业界的需求培养相关人才，还要不断优化人才培养体系。体外诊断试剂开发人才主要来自生物、免疫、临床检验等专业，这方面的教材和课程体系相对成熟。但体外诊断仪器开发人才主要来自电子信息工程、计算机科学与技术、软件工程和生物医学工程等专业，国内开设相关课程的高校不多，相关教材（尤其是实验教材）更是极度匮乏。 体外诊断产品按检测原理或检测方法主要可分为生化诊断产品、免疫诊断产品、分子诊断产品、微生物诊断产品、尿液诊断产品、凝血诊断产品、血液学和流式细胞诊断产品、现场快速诊断产品8大类，其中生化、免疫、分子诊断和即时诊断产品为国内诊断产品主要的4大类品种。本书从上述体外诊断产品中抽象出4款实验平台：液面检测与移液实验平台、直线加样与液路清洗实验平台、全自动移液移杯实验平台和液路凝块检测实验平台，这4款实验平台基本包含了体外诊断仪器所涉及的主要模块，包括取样针、步进电机、光耦检测、液面检测模块、柱塞泵、微型泵（包括旋转泵和隔膜泵）、电磁阀、夹爪、液路凝块检测模块等，涉及的技术包括机械设计、电路、嵌入式系统和算法等。 本书是一本实践性较强的教材，全书共15章：第1章介绍4款体外诊断实验平台的整体架构、资源和工作过程；第2章详细介绍平台的硬件电路，如电源电路、微控制器电路和功能模块电路；第3章创建基于STM32的基准工程，是后续实验的基础；第4、5、6、7、9、10、12、14章通过一系列实验分别验证步进电机、光耦检测、液面检测模块、柱塞泵、微型泵、电磁阀、夹爪和液路凝块检测模块，目的是学习基于STM32的底层驱动设计；第8、11、13、15章分别针对4款实验平台，实现其各个组成模块的协同工作，目的是学习基于STM32的应用层设计。 使用本书开展实验时，建议先学习第1～2章，整体认识4款体外诊断实验平台，以及各个模块和硬件资源；然后通过第3章的基准工程创建来快速熟悉Keil软件的整个开发流程；第4～15章通过底层驱动设计和应用层设计，引导读者掌握各个模块的工作原理及实验平台的运行机制，同时基于STM32微控制器，用C语言实现对这些模块和平台的控制。底层驱动设计应重点学习各个模块的工作原理，应用层设计应重点学习系统的运行机制。 本书中的程序严格按照《C语言软件设计规范（LY-STD001—2019）》编写。设计规范要求每个函数的实现必须有清晰的函数模块信息，函数模块信息包括函数名称、函数功能、输入参数、输出参数、返回值、创建日期和注意事项。受限于篇幅，第4～15章中的程序省略了函数模块信息，建议读者在编写程序时完善每个函数的模块信息。“函数实现及其模块信息”（位于本书配套资料包的“08.软件资料”文件夹）罗列了所有函数的实现及其模块信息，供读者参考。 刘谦和罗洁对本书的编写思路和大纲进行了总体策划，指导全书的编写，对全书进行统稿，并参与了部分章节的编写；董磊、时梅林、刘宇林、黄荣祯、彭芷晴、覃进宇、郭文波参与了本书部分内容的编写和实验项目的验证；刘昕宇对全书进行了严格的审校；本书涉及的实验基于深圳市乐育科技有限公司的体外诊断开发平台，该公司提供了充分的技术支持；本书的出版还得到了电子工业出版社的鼎力支持，张小乐编辑为本书的顺利出版做了大量的工作。在此一并致以衷心的感谢！ 由于编者水平有限，书中难免有不成熟和错误的地方，恳请读者批评指正。读者反馈发现的问题、索取相关资料或遇实验平台技术问题，可发邮件至邮箱：ExcEngineer@163.com。展开作者简介
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。第八届教育部科学技术委员会学部委员，"国家级百千万人才工程”入选者，教育部"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。 -
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