体外诊断原理与设计-第11讲-微型泵控制

体外诊断仪器原理与设计PrincipleandDesignofInVitroDiagnosticInstrument第11讲微型泵控制1“11.12

微型泵是传输液体或者给液体增压的机械装置，广泛运用于体外诊断各类设备仪器中，是体外诊断仪器中液路流向、流速控制等的动力来源。直线加样与液路清洗实验平台（IVD2）和液路凝块检测实验平台（IVD4）上使用到的微型泵有两种，分别是旋转泵和隔膜泵。理论基础TheoreticalBasis旋转泵——规格参数3

微型旋转泵具有结构紧凑，耐腐蚀，体积小，流量大，振动小，噪声低等特点，被广泛应用于医疗器械、环保设备、实验仪器和其他高端应用领域。项目参数项目参数泵属性容积泵工作电压12V液体流量＞0.3L/min工作电流0.12A最大抽吸压力-50kPa以上工作温湿度5℃～50℃、0～90%RH最大排气压力120kPa以上功率<3W接口3.2mm内径硅胶管信号线VCC（红）、GND（黑）、PWM调制（蓝）旋转泵——原理4

顶盖和阀体内部组成环形结构的空间，由密封圈密封形成进气室与出气室。电机工作时主轴转动，偏心轮带动传动轴与摇柄往复摆动，交替推拉三个泵活塞使活塞内容积发生改变，产生正负压腔。在正负压的作用下，气体/液体会从进气室进入，从出气室排出，达到持续泵送的功能。隔膜泵——规格参数5微型隔膜泵安装简易，具有震动小，噪音低，密封性好，耐腐蚀等特点，同样被广泛应用于医疗器械、实验仪器等高端应用领域。项目参数项目参数大气压下过液流量≥0.30L/min额定电压DC12V输出压力≥0.2MPa额定电流A0.5A适用介质水、弱酸、弱碱等额定功率W<7W接口4mm内径软管工作温度0℃～40℃抽吸负压（过液）≤-80kPa信号线VCC（红）GND（黑）隔膜泵——原理6

直流电机工作时，主轴转动带动偏心轮连续转动，在轴承的传动下使得隔膜片做上下往复运动，隔膜片的类活塞运动使泵体的腔内形成正负压，通过两个单向阀门片的同步运动，同时配合泵体及阀体的空间结构，实现控制液体从进液口到出液口的定向流动，加上直流电机的高速转动，从而形成连续的压力与流量输出。微型泵的驱动7

控制微型泵的关键就在于驱动直流电机的工作。常见的直流电机有两个主要的输入端，电流输入的方向决定了电机转动的方向，两端电压决定了电机转速的快慢，电压越大则电机转速越快。在电机控制中一般很少使用修改电压的方式控制电机转速，而是使用PWM信号控制。通过修改PWM信号的占空比可控制其平均电压，从而控制电机两端的电压，达到控制电机转速的目的。微型泵接口电路8直线加样与液路清洗实验平台简介9微型泵控制实验液路10Pump模块函数11API函数：SetPumpDuty：设置每个通道的占空比，根据输入的通道参数channel和占空比参数duty，调用TIM_SetCompareX函数设置对应引脚输出相应占空比的PWM。InitPump：初始化Pump驱动，通过调用SetPumpDuty函数将所有Pump通道占空比初始化为0IVD2Driver和IVD2Device模块函数12IVD2Driver模块函数：InitIVD2Driver：IVD2驱动初始化IVD2VeritcalHome：IVD2竖直归位IVD2HonrizonHome：IVD2水平归位IVD2DCPumpTest：微型泵测试IVD2GetDriverState：获取驱动状态IVD2ClearDriverFlag：清除标志位IVD2Device模块函数：InitIVD2：初始化IVD2设备IVD2Proc：IVD2设备处理SetIVD2Init：使能IVD2初始化任务SetIVD2Task1：使能IVD2任务1SetIVD2Idle：设置IVD2设备为空闲状态IVD2平台的底层驱动函数IVD2平台的顶层应用函数设计思路DesignIdeas“11.213工程结构14

微型泵实验使用了F103基准工程的框架，同时还涉及到了StepMotor模块和OPTIC模块。对于微型泵的驱动则是在新增的Pump模块里实现的，包括微型泵GPIO的配置，初始化和微型泵的启动和停止等，此外，微型泵控制工程还新增了IVD2Device模块和IVD2Driver模块，这两个模块实现了对直线加样和液路清洗实验平台的控制。微型泵控制流程15设计流程DesignProcess“这次实验分为9个步骤，通过学习旋转泵和隔膜泵原理、控制方式以及硬件电路图，设计微型泵驱动程序，利用直线加样与液路清洗实验平台（IVD2）的独立按键控制微型泵进行工作。11.316设计流程17步骤1：复制并编译原始工程步骤2：添加Pump文件对步骤3：完善Pump.h文件步骤4：完善Pump.c文件步骤5：初始化Pump驱动步骤6：完善IVD2Driver.h文件步骤7：完善IVD2Driver.c文件步骤8：完善IVD2Device.c文件步骤9：编译及下载验证拓展设计ExtendedDesign“11.418拓展设计19

表中给出了直线加样与液路清洗实验平台的取样针从水平光耦到两个试管及清洗台正中间的大致步数，利用DbgIVD调试组件的DbgMoterHome和DbgMotorStep调试函数，测量出取样针从水平光耦到两个试管及清洗台正中间的精确步数并填入下表，注意，在水平移动前一定要先进行竖直归位，以免损坏取样针。完成之后，设计一个调试函数，实现通过串口控制两个微型泵的转速及运行时间，输入参数包括但不限于微型泵的占空比及延时，注意，为防止清洗台液体溢出，隔膜泵的运行时间需大于或等于旋转泵的运行时间。目标1号试管2号试管清洗台大致步数12120165503700精确步数思考题Questions“11.520思考题211. 直线加样与液路清洗实验平台使用时有哪些注意事项？