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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。

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

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。

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