2.分子诊断分析仪下位机控制软件设计文档PID控制

（公司名称）（公司logo）分子诊断分析仪MD_2000下位机控制软件设计文档V1.0目录TOC\o"1-3"\h\u分子诊断分析仪MD_2000下位机控制软件 1目录 1第一章背景介绍 3第二章软件启动 32.1软件初始化内容 32.1.1主控芯片内部外设初始化 32.1.2控制板卡功能单元初始化 4第三章板卡自检 53.1板卡自检内容 53.2自检结果存储于上报 5第四章协议处理 64.1自定义协议处理内容 64.2配置信息读写操作 74.3事件设置与上报操作 84.4功能执行操作 10第五章数据采集 115.1数据采集方式 115.2数据提取 125.3数据上报 13第六章恒温PID控制 146.1恒温PID控制原理 156.2恒温PID控制参数的配置与设置 12

第一章背景介绍由于分子诊断技术可针对产生疾病的相关基因进行准确诊断，又可以在发病前对疾病易感性做出预估，相较于其他体外诊断技术具有速度更快、灵敏度更高、特异性更强等优势，因此分子诊断不但可以广泛应用于传染性疾病、血液筛查、遗传性疾病、肿瘤分子诊断等领域，还能在部分应用领域替代其他体外诊断技术，成为体外诊断技术中重要的发展和研究方向。中国市场调研在线发布的2017年全球及中国分子诊断行业现状研究分析与发展趋势预测报告认为，广泛的应用领域促进了分子诊断行业的快速发展，目前全球分子诊断市场规模不断增大，增速高于同期体外诊断其他项目市场。2012至2015年，全球体外诊断市场的年复合增长率将达6.58%；2015年全球体外诊断市场规模增至503.00亿美元。在体外诊断行业众多细分市场中，分子诊断的表现最为突出，2012至2015年分子诊断市场的复合增长率将达11.00%，占体外诊断行业各类细分市场之首。随着分子诊断行业的快速发展，分子诊断在全球体外诊断市场的占比亦将随之增长。分子诊断分析仪MD_2000下位机控制程序，用于仪器的底层功能实现。主要功能有：步进电机运动控制，BLDC电机高低速控制，光电信号转换，数据采集，温控PID。第二章软件启动2.1软件初始化内容2.1.1主控芯片内部外设初始化主控板核心控制芯片采用ST公司的STM32F407RGT6处理器，其内部结构如下图：主控芯片外设初始化函数包括:BSP_Init_SysTick();BSP_RCC_Configuration();BSP_DMA_Configuration();BSP_GPIO_Configuration();BSP_NVIC_Configuration();BSP_EXTI_Configuration();BSP_ADC_Configuration();BSP_Timer1_Configuration();BSP_Timer2_Configuration();BSP_Timer3_Configuration();BSP_Timer4_Configuration();BSP_Timer5_Configuration();BSP_Timer6_Configuration();BSP_Timer7_Configuration();BSP_Timer8_Configuration();BSP_Timer9_Configuration();BSP_Timer10_Configuration();BSP_IWDG_Configuration();BSP_WWDG_Configuration();BSP_USART1_Configuration();BSP_USART3_Configuration();BSP_USART6_Configuration();BSP_RTC_Configuration();BSP_I2C_EE_Init();BSP_SPI1_Configuration();BSP_USART1_Configuration();BSP_USART3_Configuration();BSP_USART4_Configuration();本仪器用到的芯片内部硬件在上电阶段必须先配置好后才能提供给应用层调用。以实现软件相关功能。2.1.2控制板卡功能单元初始化主控板各个功能单元初始化函数包括:bsp_InitAD7606()bsp_InitEEPROM()bsp_InitBLDC_Motor()bsp_InitSTEP_Motor()bsp_InitPID_Control()AD7606外挂在CPU的FSMC总线上，配置好相关寄存器后便可对其读操作，AD7606用于采集光值信号的ADC值。EEPROM外挂在CPU的I2C总线上，配置好相关寄存器后便可对其读写操作，EEPROM用于保存系统配置信息，通过自定义协议可以编辑配置信息，系统上电检查EEPROM是否第一次使用，如果是则存入默认配置信息。BLDC电机通过PWM输出信号控制转速，STM32通过定时器4调节占空比实现。步进电机也是通过PWM输出信号控制速度和定位。STM32通过定时器1调节输出频率实现。温控PID系统上电从EEPROM中获取到配置信息，初始化后才能正常运行。2.2软件流程图：第三章板卡自检3.1板卡自检内容板卡自检函数：Judge_Board_Run_State()上电后执行，主要检查EEPROM读写是否正常，BLDC电机是否正常，STEP电机是否正常，温度传感器是否正常，采集光路是否正常，3.2自检结果存储于上报主控板自检后设置相应的标志位，保存在EEPROM中，上位机通过协议招测主控板状态便可以在维护界面显示出来。第四章协议处理4.1配置信息读写操作只读配置0x01软件版本号+硬件版本号下位机控制板各执行单元运行状态下位机控制板故障提示字电池剩余电能读配置0x02测试的试剂盘类型打印日志级别电池电压监控阀值设备运行模式0x03离心功能过程参数0x04混匀功能过程参数0x05光谱仪波长取值点写配置0x02测试的试剂盘类型打印日志级别电池电压监控阀值设备运行模式0x03离心功能过程参数0x04混匀功能过程参数0x05光谱仪波长取值点4.2事件设置与上报操作事件设置0x01弹出试剂盘托件0x02试剂盘进仓0x03试剂盘转动到摄像头下方执行完成上报事件0x04试剂盘离心功能执行完成上报事件0x05试剂盘光值采集功能执行完成上报事件0x06试剂盘采光曲线功能执行完成上报事件0x07试剂盘采光曲线功能2执行完成上报事件0x08混匀功能执行完成上报事件事件上报0x01弹出试剂盘托件执行完成上报事件0x02试剂盘进仓执行完成上报事件0x03试剂盘转动到摄像头下方执行完成上报事件0x04试剂盘离心功能执行完成上报事件0x05试剂盘光值采集功能执行完成上报事件0x06试剂盘采光曲线功能执行完成上报事件0x07试剂盘采光曲线功能2执行完成上报事件0x08混匀功能执行完成上报事件4.3功能执行操作执行方法0x01弹出试剂盘托件0x02试剂盘进仓0x03启动下位机将试剂盘二维码定位到摄像头下方0x04启动下位机试剂盘离心程序0x05启动试剂盘光值采集功能(30试剂孔的光值)0x06启动试剂盘采光曲线功能(采集一圈10个通道的光值)0x07启动试剂盘采光曲线功能2(采集一圈10个通道的光值)0x08启动混匀功能4.4通信协议处理流程图

第五章数据采集5.1数据采集方式主控板控制BLDC电机低速运行，然后启动高速ADC并行执行数据采集，将采集到是数据保存到内部SRAM中，形成不同光路的曲线。5.2数据提取CPU根据不同光路的曲线特征，获取到试剂碟片各个反应孔的光值信息。5.3数据上报试剂碟片各个反应孔的光值信息以事件方式上报给上位机处理。第六章恒温PID控制6.1恒温PID控制原理1.

位置式PID控制公式原型：u(t)

=

kp

*

e(t)

+

ki

*

[e(1)

+

e(2)

+

+

e(t)]

+

kd

*

[e(t)

-

e(t-1)]2.

控制对象：加热/制冷器（在2分钟内不能再加热至冷之间切换）控制密封的腔体（空间体积大小15cm*20cm*65cm）温度。3.

控制原理：利用MCU的输出比较模块（OCM）产生PWM波驱动H桥电路（通过目标温度和环境温度对比决定加热或者制冷）。4.

PID参数整定因温度控制属于滞后控制系统，可采用工业控制中常用的滞后控制参数整定模型（Ziegler-Nichols参数整定方法）控制器TiTdKpKiKdP××0.5Kc××PD×0.15Pc0.65Kc×Kp*Td/TPI0.85Pc×0.45KcKp*T/Ti×PID0.5Pc0.15Pc0.65KcKp*T/TiKp*Td/T参数说明：Kc：

只采用比例环节控制条件下，控制系统的稳态误差尽量达到最小时的Kp值。Pc：

只采用比例环节控制条件下，控制系统的震荡周期。Ti：

控制系统的积分时间。Td：

控制系统的微分时间。T：

PID控制采样计算周期。Kp、Ki、Kd：被整定的参数。6.2恒温PID控制参数的配置与设置PID就是通过系统误差利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。基本上都离不开三个参数：比例、积分时间、微分时间。采样周期在进行PID调节之前要先设定好PID的采样周期，采样周期设定主要根据被控对象的特性决定。被控对象变化快的（如：流量），可将采样周期设定在100ms左右，采样周期变化慢的（如：液位）可将采样周期设定在1000ms，对于特别缓慢的（如：温度）可设置成5-10S。简单的理解是多长时间比较一次采样值与设定值。比例比例作用是依据偏差的大小来动作.比例有时又被称为增益用Gain表示，当控制量与被控量成正比例关系时（例如：阀位与流量）增益为正数；当控制量与被控量成反比例关系时（例如：液位与频率）增益为负数。比较简单的理解是如果设定值与反馈值有偏差时一次调整多少。当然比例参数设定是还要考虑被控值的性质，对于变频器来说，单次变化可以为0.