仪器软件方案设计说明书

1、研究发展司文件编号版本密级专案名称专案来源软件设计指南制作：天数：核审查：天数：批准：天数：文档更改历史记录序号变更描述作者版本号日期得到批准一、简介-1-1.1编写目的-1-1.2范围-1-1.3定义-1-1.4版本说明-1-1.5参考资料-1-二、项目概述-2-2.1产品说明-2-2.2产品功能-2-2.3自定义特性-2-三、嵌入式软件总体程序设计-3-3.1子系统控制程序设计-3-3.2中央控制板GUI程序设计-3-3.3数据通信程序设计-4-四、子系统控制程序设计-5-4.1液压系统控制程序设计-5-4.2样品收集系统控制程序设计-7-4.3二氧化碳温度调节器环境控制环境设计-8-五、

2、中央控制板GUI程序设计-9-六、数据通信程序设计-10-6.1数据链路层通信方法-10-6.2 PC和仪表板通信流程设计-10-一、引言1.1编写目的本手册是项目嵌入式软件系统的主要设计报告，可以由项目经理、嵌入式软件工程师、测试工程师等阅读。1.2范围本软件是项目仪器设备控制软件。1.3定义1.4版本说明Vx.x| | _ _ _ _ _ _表示软件模块更改的次要版本号表示软件体系结构更改的| _ _ _ _ _ _主要版本号1.5参考资料1.HA通信协议总括.doc二、项目概述2.1产品说明项目是核心部件hollow fiber构成细菌和细胞的培养系统，该系统具有广泛的应用前景，我们公司

3、开发该项目的目的目前主要用于1，免疫细胞治疗的三个方面。2、药物PK/PD应用；3、干细胞培养。装置通常由五个部分组成，主要和次要环路单元以hollow fiber为核心。环境控制装置样品收集和存储装置；电脑控制装置。2.2产品功能项目设备为细菌、细胞体外培养提供一定的二氧化碳和温度环境，定期取样，为意志细菌、细胞生长提供一定的环境。2.3自定义特性用户通常是医院医生、护士、公司内部职员。用户一般具有较好的生化知识。三、嵌入式软件总体程序设计项目设备嵌入式软件系统可以从卡结构中分离出来，分为中板软件、液滴板软件、样品采集板软件、二氧化碳恒温环境仪表板软件。从功能上可分为子系统控制系统软件设计、

4、控制板GUI方案设计、数据通信方案设计。子系统的功能复杂，在单个前后实施方面存在困难，因此使用图3-1所示的基本框架结构。图3-1嵌入式软件设计框架结构在中央控制器硬件结构中选择STM32F429可提供TFT屏幕硬件驱动器和硬件加速。在实时操作系统中选择UCOSIII可提供比封装的FreeRTOS(例如，包括徽标组、旋转相同优先级的时间切片等)更多的功能。CMSIS固件库使用Ver1.5而不是HAL库。该控制器不能使用HAL的傻瓜库函数，因为它具有较高的基本处理要求，尤其是串行端口的基本操作灵活性要求。可能影响程序效率和结构性能。液体系统、样本采集和二氧化碳温度调节器系统使用STM32F407

5、将时钟提高到160MHz，以处理所有传感器数据和事故。STM32Cube附带FreeRTOS，使用HAL库的优点是外围设备开发简单。通过STM303.1子系统控制程序设计子系统控制系统可以分为：液体道路设定操作控制、样品收集控制、二氧化碳温度控制环境控制。这些控制系统不徐璐干涉，在软件设计中也不均匀，因此都需要单独的设计。3.2中央控制板GUI程序设计控制GUI设计是设备的显示窗口，为客户提供设备运行状态的最直观的视图，因此需要进行简单、待机、美观等操作。原则上，控制GUI不创建控制命令界面，仅提供显示。3.3数据通信程序设计数据通信机制提供了子系统之间完整的通信方式，是父计算机和控制、欧元系

6、统、样品采集系统、二氧化碳恒温系统数据传输的重要手段。其设计的好坏直接影响设备的正常运行。此外，通过与控制系统交互，控制系统可以接收和解释中央控制或父计算机的命令，同时通过通信机制将自己的部分异常反馈到中央控制和父计算机。四、子系统控制程序设计4.1液压系统控制程序设计液化气系统控制分为两种状态：液化气平衡设定时态和液化气平衡运行时态。液化平衡建立时态是指用细菌，细胞培养的平衡性液体构建环境。液化平衡运行时态是指水道平衡时需要处理的部分运行控制状态。图4-1-1液体生成流程图图4-1-1液设定流程图中所示，液滴系统首先接收培养基的体积，然后接收设定为启动液的命令，仪器开始工作，注入泵开始从新鲜

7、培养基向主循环中提取液体。同时，一次和二次循环的蠕动泵开始运转，利用二次联锁泵的转速差异平衡了一次和二次循环中的液体流动。图4-1-2液体工作流程图如图4-1-2液运行流程图中所示，在液炉系统建设完成后开始运行，然后接受父机器的指示，进行主、次循环计量比较。如果主重量大于辅助重量5g，则主驱动泵速度快。二次重量比主重量大5g，二次联锁泵速度快。主重量和辅助重量的差异在5g以内，速度相同。从上级计算机收到培养基指令、药剂命令、废液排放命令、暂停命令或停止命令后，仪器将相应地工作。4.2样本采集系统控制程序设计图4-2-1示例收集系统控制流程图图4-2-1示例性收集系统控制流程图、启动等待、转盘和

8、X轴、Z轴首先重置，如果重置超时，则发送重置异常包以继续重置操作，直到系统重置。收到样品收集命令，注射器泵开始均匀拔出，混合结束后开始样品提取，转盘到达预定位置后，X轴马达到达预定位置后，Z轴马达启动，针穿刺取样，样品注入，Z轴复位。判断此次样品是否注入，否则，请执行前面的工作。取样注射完成后，X轴线马达将重置，转盘重置完成，取样结束。4.3二氧化碳温度调节器环境控制环境设计图4-3-1二氧化碳浓度控制流程图4-3-1是二氧化碳浓度控制过程，通电后传感器自检，如果自检失败，则发送传感器异常命令，直到自检成功。收到偏好命令后，读取传感器参数，如果浓度低于4.9%，打开电磁阀，放置二氧化碳气体50

9、0毫秒，等待气体稳定，重新测量，重复之前的工作。如果大于4.9%，就不需要放二氧化碳气体。温度调节，直接连接温度调节板设置温度。五、中央控制板GUI程序设计EmWin设计为独立于处理器和显示控制器提供高效、独立的图形用户界面，可用于使用图形显示的所有应用程序。与单任务和多任务环境、专用操作系统或所有商用RTOS兼容，emWin以c语言源代码形式发货。可用于具有任意大小的显示控制器和CPU的物理和虚拟显示器。STemwin是专用于STM32系列芯片的emwin接口。中板的GUI采用了STemwin的接口控制方法。六、数据通信程序设计6.1数据链路层通信方法图6-1基本通信机制流程由于串行端口的误

10、码率和可能的数据干扰，需要在物理层添加数据链路层以增强数据通信功能，因此数据通信是通过RS232串行端口协议在每个子系统和控制板之间进行的。提出了图6-1所示的基本通信机制流程。主机主动发送数据，从机器接收，实时响应，主机接收到响应后，表示此数据已成功发送，如果没有接收到响应信息，则实时重新发送，重新发送三次以上，并发送通信异常事件。有关数据通信格式，请参阅HA通信协议总括.doc文档。6.2 PC和仪表板通信流程设计PC和仪表板之间主要包括四种状态：主系统和每个子系统初始化状态、正常运行状态、异常运行状态和关机状态。图6-2是包含正常初始化和异常初始化处理的基本系统初始化流程图。图6-2初始化主系统图5-2流体操作流程图5-2是在等待下一台机器发送操作状态时，父计算机轮询每5S，压力、颜色传感器参数旋转推荐周期为10S的液压系统初始化流程图。图5-3示例收集和操作状态流程图5-3是示例收集系统的操作状态与PC交互的流程图。发送采样收集的命令有两个驱动源。一种是在界面中手动单击“收集样品”，另一种是定期发送“收集样品”命令。(疑问：磁光灯杀菌是1小时，细菌样品收集间隔不到1小时，如何处理？）图5-4是CO2环境设置过程。首先，用户必须设置CO2环境的温度，PC每5S轮询一