微流控化学发光中位机通信协议（20181022）
文档类型：通信协议规范（XLSX格式，7个Sheet） 来源：文思海辉 × 苏州国科均豪 — 微流控化学发光免疫分析仪项目 版本：2018.10.22 硬件架构：PC（上位机） ↔ 中位机 ↔ 5个下位机模块 文件大小：145.10 KB
一、整体架构
1.1 五层模块架构
上位机 (PC软件)
↓ 串口通信
中位机 (0x01) — 主控协调、流程编排
↓ 5条模块总线
┌─────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┐
加样模块 反应测量 样本TIP 试剂仓 （预留）
0x02 0x03 0x04 0x05
1.2 帧格式
统一帧结构：
【FA】【帧类型】【帧号】【模块号】【指令长度】【指令类型】【指令】【参数1】…【参数N】【校验和高】【校验和低】【FB】
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| 帧头 | 0xFA |
| 帧类型 | 见下表（7种） |
| 帧号 | 发送方 0x00~0x99 循环累加；应答/结果/警告/数据帧的帧号与命令帧相同 |
| 模块号 | 0x01中位机 / 0x02加样 / 0x03反应测量 / 0x04样本TIP / 0x05试剂仓 |
| 指令长度 | 除 FA、FB 之外所有字节的长度 |
| 指令类型 | 工作模式/单步/设置/查询/测试（见下表） |
| 指令 | 具体指令编号 |
| 参数 | 可变长度，不足补零 |
| 校验和 | 从帧头后第一字节到校验和前一字节累加取低4位，高8位在前低8位在后 |
| 帧尾 | 0xFB |
设计特点：
- 除帧头帧尾外，所有帧都由数字组成，不含字母
- 所有通信指令等长，不足的补零
- 三重重传机制（重发命令帧 / 重获结果帧）
1.3 帧类型（7种）
| 帧类型 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 命令帧 | 0x01 | 上位机→中位机 / 中位机→下位机 发送指令 |
| 重发命令帧 | 0x02 | 命令丢失时重发（暂未使用） |
| 重获结果帧 | 0x03 | 结果丢失时重取（暂未使用） |
| 命令应答帧 | 0x04 | 接收方确认收到命令 |
| 命令结果帧 | 0x05 | 执行完成后返回结果 |
| 数据帧 | 0x06 | 主动上报数据（如PMT读数、AD采样） |
| 警告信息帧 | 0x07 | 异常/故障主动上报 |
1.4 指令类型（5类）
| 指令类型 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| 握手 | 0x01 | 通信握手（仅1条：通信握手） |
| 工作模式 | 0x02 | 复合流程指令（如”加稀释样本”包含多步动作） |
| 单步 | 0x03 | 单步电机/执行器指令 |
| 设置 | 0x04 | 参数配置（坐标、速度、高度等） |
| 查询 | 0x05 | 读取当前参数/状态 |
| 测试 | 0x06 | 自检 |
二、中位机（0x01）
2.1 工作模式指令（20条复合流程）
| 序号 | 指令 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | 复位 | — | 全系统复位 |
| 2 | 样本条码扫描/稀释杯扫描 | — | 扫描样本条码 + 稀释杯检测 |
| 3 | 试剂条码扫描 | — | 扫描试剂条码 |
| 4 | 加稀释全血样本 | TIP孔位、稀释液孔位、稀释液体积、样本孔位、样本体积、注样体积 | 全血样本稀释+加样 |
| 5 | 加稀释血清样本 | （同上） | 血清样本稀释+加样 |
| 6 | 加全血样本 | TIP孔位、样本孔位、注样体积 | 直接加全血 |
| 7 | 加血清 | TIP孔位、样本孔位、注样体积 | 直接加血清 |
| 8 | 加样后离心 | — | 加样完成后离心 |
| 9 | 加试剂 | TIP孔位、试剂孔位、注试剂体积 | 加试剂 |
| 10 | 加磁珠 | TIP孔位、磁珠孔位、注磁珠体积 | 加磁珠 |
| 11 | 加试剂磁珠后离心 | — | 试剂+磁珠后离心 |
| 12 | 加清洗液 | TIP孔位、注清洗液体积 | 加清洗液 |
| 13~15 | 加清洗液1/2/3后离心 | — | 三次清洗+离心 |
| 16 | 加底物 | TIP孔位、注底物体积 | 加底物（发光触发） |
| 17 | 加底物后离心读数 | — | 加底物后离心+PMT读数 |
| 18 | 磁座ON/OFF | ON/OFF | 磁分离磁座控制 |
| 19 | 仓盖打开/关闭 | ON/OFF | 反应盘仓盖控制 |
| 20 | 仓盖关闭 | — | — |
设计亮点：中位机将复杂的免疫检测流程（样本稀释→加样→试剂→磁珠→清洗×3→底物→读数）抽象为20条高层工作模式指令，上位机只需按流程顺序下发，不需关心各模块底层协调。
2.2 设置类指令（坐标参数配置）
X轴坐标设置（15项）：
- 取底物/试剂/抛TIP/取样本/稀释/取清洗液/取稀释液/1号TIP/8号TIP
- 全血加样位/清洗液加样位/血清加样位/磁珠加样位/底物加样位/酶标加样位
Z轴高度设置（含液面探测，20+项）：
- 盘片加样位Z轴高度
- 取TIP起始/结束高度
- 取清洗液/稀释液/样本/磁珠/试剂 起始液面探测高度 & 结束高度
- 稀释高度
- 盘片各孔位坐标（全血/清洗液/血清/磁珠/底物/酶标）
2.3 典型检测流程时序（Sheet2 右侧流程表）
一个完整检测样本约 882秒（~15分钟），包含约40步：
1. 样本条码扫描 (5s)
2. 试剂条码扫描 (10s)
3. 复位 (5s) — 4模块同时复位
4. 仓盖关闭 (5s)
5. 加稀释样本 (10*n s) — 加样模块+样本TIP模块+试剂仓协同
6. 复位/取TIP
7. 走到加样孔位
8. 复位/走到样本位
9. 吸稀释液和样本稀释
10. 吸注全血/血清/抛TIP/复位
11. 加样孔关闭/注样后离心
12. 加试剂、磁珠
13. 注试剂磁珠后离心
14~24. 三次清洗（加清洗液1/2/3 + 离心） — 每步约35s
25. 加底物
26. 注底物后离心读数 (66s) — PMT打开，读取发光信号
27. 仓盖打开
...
三、加样模块（0x02）
3.1 工作模式（11条）
| 序号 | 指令 | 参数 |
|---|---|---|
| 1 | 复位 | — |
| 2 | 取TIP | TIP孔位 |
| 3 | 抛TIP | — |
| 4 | 吸稀释液和样本稀释 | TIP孔位、稀释液体积、样本体积、注样体积 |
| 5 | 吸注全血 | TIP孔位、注样体积 |
| 6 | 吸注血清 | TIP孔位、注样体积 |
| 7 | 吸注试剂 | TIP孔位、注试剂体积 |
| 8 | 吸注磁珠 | TIP孔位、注磁珠体积 |
| 9 | 吸注清洗液（3次） | TIP孔位、注清洗液体积 |
| 10 | 吸注底物 | TIP孔位、注底物体积 |
| 11 | （测试）自检 | — |
3.2 单步指令（13条）
- ADP系列：ADP初始化 / ADP抛TIP / ADP吸样 / ADP放样
- Z轴系列：Z轴取TIP / 抛TIP / 取样本 / 放样本 / 混匀 / 初始化 / 位置模式
- X轴系列：X初始化 / X位置模式
3.3 设置参数（37项 Z轴 + 2项 X轴 + 2项 ADP）
Z轴取样参数（12项）：
- 是否LLD（液面探测）、吸样高度（非LLD）、LLD起始/结束高度、LLD灵敏度
- 吸样量、吸样起始/最高/结束流速
- blow-out体积、transport-air体积、吸样后等待时间、Travel高度
Z轴放样参数（11项）：
- 放样高度、放样量、放样起始/最高/cut_off流速
- 回吸量、放样至回吸间隔、放样后等待时间、Travel高度
Z轴混匀参数（7项）：
- 混匀高度、上气封、混匀体积、混匀流速、混匀次数、Travel高度
Z轴取/抛TIP参数（各2-3项）：Travel高度、寻TIP起始/结束高度、抛TIP高度
ADP单吸/单吐参数（各4项）：吸/吐样量（0.1μL精度）、起始/最大/cutoff流速（μL/S）
四、反应测量模块（0x03）
4.1 工作模式（22条）
| 类别 | 指令 | 参数 |
|---|---|---|
| 磁控 | 磁座打开/关闭 | 打开角度/速度/加速度、关闭速度/加速度 |
| 盘盖 | 盘盖打开/关闭 | — |
| 加样口 | 加样口打开/关闭 | — |
| PMT | PMT打开/关闭/读数 | — |
| 走位 | 走到全血/血清/试剂/磁珠/清洗液/底物 孔位 | — |
| 离心 | 注样后离心 / 注试剂磁珠后离心 / 注清洗液1/2/3后离心 | — |
| 读数 | 注底物后离心读数 | — |
4.2 单步指令（14条）
- 反应盘归零 / 走位 / 旋转（速度+加速度+减速度+时间）
- 反应盘震荡（次数+频率+幅度）
- 盘盖开/关、加样口开/关
- 电磁铁打开/关闭（0/1）
- PMT读数（采集时间+间隔时间+次数）
- 磁座打开/关闭
4.3 设置参数（9项）
- 反应盘位置模式：速度 / 加速度 / 减速度
- 反应盘离心模式：速度 / 加速度 / 减速度
- 振荡频率 / 振荡幅度
- 磁座：打开角度 / 打开速度 / 打开加速度
4.4 查询参数（12项）
- 位置/离心模式参数（速度/加速度/减速度）
- 振荡频率 / 幅度
- 磁座打开角度/速度/加速度
- 光耦状态 / 反应盘温度 / 编码器值
- 各孔位坐标（全血/血清/试剂/磁珠/清洗液/底物）
五、样本TIP模块（0x04）
5.1 工作模式（4条）
| 指令 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|
| 复位 | — | 归零 |
| 走到清洗底物位 | — | — |
| 走到样本位 | 样本孔位 | 样本盘定位 |
| 走到TIP位 | TIP行位 | TIP架定位 |
| 样本条码扫描/稀释杯扫描 | — | 扫码+稀释杯检测 |
5.2 单步指令（5条）
- 样本TIP归零 / 走到样本位 / 走到TIP位 / 走到清洗/底物位 / 样本条码/稀释杯扫描
5.3 设置 / 查询
- 设置：电机速度、步数补偿
- 查询：光耦状态、电机速度、步数补偿、样本条码（按孔位）、稀释杯状态
六、试剂仓模块（0x05）
6.1 工作模式（4条）
| 指令 | 参数 | 说明 |
|---|---|---|
| 复位 | — | — |
| 走到试剂位/磁珠位/稀释液位 | 试剂孔位 | 转盘定位 |
| 摇匀 | 次数 | 试剂/磁珠混匀 |
| 试剂条码扫描 | — | 扫码 |
6.2 单步指令（4条）
- 试剂仓归零 / 走位到试剂孔位 / 摇匀 / 试剂条码扫描
6.3 设置 / 查询
- 设置：电机速度、补偿参数
- 查询：光耦状态、试剂仓内温度、电机速度、补偿参数、试剂条码（按孔位）
七、协议设计要点
7.1 分层架构
上位机层：UI + 业务逻辑 → 下发中位机工作模式指令
中位机层：接收工作模式指令 → 拆分为各下位机单步指令 → 协调时序 → 汇总结果
下位机层：5个模块独立执行单步指令，返回应答+结果
7.2 可靠性设计
- 三重重传：命令帧丢失→重发命令帧（0x02）；结果帧丢失→重获结果帧（0x03）
- 校验和：累加取低4位双字节校验（高低字节分开）
- 帧号循环：0x00~0x99 循环，应答/结果帧回显相同帧号
- 等长指令：所有指令补零等长，简化解析
7.3 与项目其他协议的关系
- 与 USB与串口通信协议20190924-液相芯片检测系统 类似但架构不同：液相芯片是 USB（AD采集卡）+ 串口（中位机）双总线，本协议为单串口5模块主从架构
- 与 双激光流式细胞仪下位机CAN通信协议-V0.1.2 不同：流式用CAN总线多主架构，本协议用串口主从架构
- 与 半自动双激光流式细胞仪串口通信协议-液路上样单元命令全集 指令编码风格一致（帧头FA/FB + 帧类型 + 模块号 + 指令类型 + 指令）
7.4 微流控化学发光特点
相比传统板式化学发光，微流控盘片式架构的特点：
- 盘片集成：全血/血清/清洗液/试剂/磁珠/底物 等多种孔位在一张盘片上
- 离心驱动：所有液体转移通过离心力实现，无传统柱塞泵
- 磁分离：磁珠+磁座完成免疫复合物分离清洗
- PMT检测：加底物后离心的同时读取化学发光信号
- 体积小、速度快：单样本约15分钟出结果