液相芯片测试软件需求分析及界面设计方案
液相芯片（液相芯片/悬浮阵列）检测仪器系统调试软件需求规格与界面设计方案。用于设备开发人员的调试平台，实现对各模块单独命令的测试与反馈结果展示。
一、系统概述
1.1 基本逻辑
输入测试命令 → 发送数据 → 接收数据 → 提取应答结果/数据/警告
发送数据包为命令帧，接收数据包可能为：
- 应答帧：标注命令帧正确与否
- 数据帧：返回结果数据
- 结果帧：标注执行结果
- 警告信息帧：标注警告信息
1.2 指令类型（6 种）
| 序号 | 指令类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | 握手 | 开机通信建立 |
| 2 | 工作模式 | 运行模式切换 |
| 3 | 单步 | 单步动作控制 |
| 4 | 设置 | 参数配置 |
| 5 | 查询 | 状态/数据查询 |
| 6 | 测试 | 测试功能触发 |
1.3 硬件架构
PC（调试软件）
│
│ 串口通信
▼
中位机（主控制器）
│
├─ CAN 总线 → 各功能模块（样本架/TIP供应/样本针/试剂仓/试剂针/反应盘/清洗×3/测量室/废料仓）
│
└─ 串口/USB → AD 采集卡（分析结果数据采集）
二、功能模块总览
| 模块 | 核心功能 | 主要运动轴 |
|---|---|---|
| 样本架 | 样本运动+条码扫描 | 拖钩 X/Y 双电机+电磁铁 |
| TIP 供应 | TIP 头供应与回收 | 拖钩 X/Y 双电机+电磁铁 |
| 样本针 | 取样/加样/取反应杯 | X/Z1/Z2 三轴+加样泵+ADP |
| 试剂仓 | 试剂摇匀/保存/条码扫描 | 旋转电机+加热/冷凝+条码枪 |
| 试剂针 | 试剂取/加/清洗 | Z/R 双轴+柱塞泵+多路阀 |
| 反应盘 | 震荡/移动/离心 | 旋转伺服电机+混匀机构 |
| 清洗模块（×3） | 反应杯清洗 | Z/X 双轴+洗液针/吐液针 |
| 测量室 | 荧光/化学发光检测 | X/Y 双轴+液路阀组 |
| 废料仓 | 废料存储+摇匀 | 摇匀电机 |
| AD 采集卡 | 分析数据采集 | 多通道增益/阈值/实时采集 |
三、各模块详细测试需求
3.1 样本架
功能：将样品运动到指定位置 + 条码扫描 + 状态查询
主要测试指令：
| 类别 | 指令 | 输入参数 | 返回结果 |
|---|---|---|---|
| 握手 | 开机握手 | — | 正确/错误 |
| 复位 | 复位/自检 | — | 正确/错误 |
| 电机 | 拖钩X归零/走位/速度 | 步数、速度 | 正确/错误 |
| 电机 | 拖钩Y归零/走位/速度 | 步数、速度 | 正确/错误 |
| 电磁铁 | 开/关 | — | 正确/错误 |
| 条码 | 设置条码扫描枪开/关 | — | 正确/错误+指令帧校验 |
| 查询 | 查询样本条码扫描信息 0/1/2/3 | — | 长度或四个条码信息 |
| 查询 | 查询样本车状态 | — | 状态数据 |
| 动作 | 取样本架/推样本至取样位/放回样本架 | — | 正确/错误 |
| 动作 | 样本条码扫描 | — | 无返回 |
限位：零光耦、限光耦、位光耦样本架位
3.2 TIP 供应
功能：TIP 头运动到指定位置 + 状态查询
主要测试指令：
| 类别 | 指令 | 说明 |
|---|---|---|
| 握手 | 开机握手 | — |
| 复位 | 复位/自检 | — |
| 电机 | 拖钩X归零/走位/速度 | 运动方向+步数，TIP架位 0-3 |
| 电机 | 拖钩Y归零/走位/速度 | 公共槽TIP位 1-6 |
| 电磁铁 | 开/关 | — |
| 查询 | 查询TIP架状态 | 返回状态数据 |
| 动作 | 取TIP架/推TIP至取TIP位/放回TIP架 | — |
| 动作 | 下TIP架/上TIP架 | — |
3.3 样本针
功能：取样、加样 + 运动至指定位置 + 吸吐样
三轴架构：
- X 电机：水平运动
- Z1 电机：样本针垂直运动
- Z2 电机：加样泵/ADP 垂直运动
主要测试指令：
| 类别 | 指令 | 特殊说明 |
|---|---|---|
| 电机 | X/Z1/Z2 归零/走位/速度 | 三轴独立控制 |
| ADP | ADP检测TIP头 | 警告：未取到TIP头 |
| ADP | ADP抛TIP头 | — |
| 泵 | ADP吸样/吐样 | 取液量/吐液量参数 |
| 动作 | 取TIP头 | 警告：未取到TIP头 |
| 动作 | 取样 | 警告：未探测到液面 |
| 动作 | 加样 | 警告：加样泵未初始化 |
| 动作 | 抛TIP头 | — |
| 动作 | 取反应杯/加杯 | 杯号参数 |
| 复位 | ADP复位 | — |
3.4 试剂仓
功能：试剂摇匀/保存/移送/条码扫描
温控系统：加热 + 冷凝（制冷）
主要测试指令：
| 类别 | 指令 | 特殊说明 |
|---|---|---|
| 握手 | 开机握手 | — |
| 复位 | 复位/自检 | 警告：试剂仓盖打开 |
| 电机 | 归零/走位/旋转/速度 | 旋转速度参数 |
| 温控 | 加热开/关 | — |
| 温控 | 冷凝开/关 | 警告：制冷温度异常 |
| 条码 | 扫描条码 | 被扫描试剂位置参数 |
| 摇匀 | 试剂摇匀振荡 | 度数+次数参数 |
| 查询 | 查询扫描条码信息 | 条码信息 |
| 查询 | 查询试剂仓温度 | 四字节温度数据 |
| 定位 | 至磁珠位/至亲和素/至抗体位 | 三个特殊位置 |
3.5 试剂针
功能：试剂取/加/清洗
双轴架构：
- Z 电机：垂直升降
- R 电机：旋转（0°/90°/180°）
液路系统：柱塞泵 + 洗针阀 + 隔离阀 + 废液阀
关键动作序列：
取试剂（完整流程）：
R电机高速逆时针180° → 隔离阀开启 → 柱塞泵吸取10μL
→ Z电机高速下降30mm → Z电机低速下降48mm → 探测到液面
→ Z电机低速下降2mm → 柱塞泵吸取50μL
→ Z电机低速上升67-a → 柱塞泵吸5 → Z电机归零 → 隔离阀关闭
加试剂：
R电机高速顺时针180° → Z电机高速下降90mm → 液位无信号
→ 隔离阀开启 → 柱塞泵排出65μL → 隔离阀关闭 → Z电机归零
清洗针：
R电机高速逆时针90° → Z电机高速下降75mm → 柱塞泵归零
→ 洗针阀开启 → 隔离阀开启 → 废液阀开启 → 柱塞泵运行至顶部
→ 洗针阀关闭 → 隔离阀关闭 → 废液阀关闭 → Z电机归零
3.6 反应盘
功能：试剂震荡/移动/离心 + 温度控制
核心动作：
- 旋转伺服电机：归零/走位/振荡
- 混匀参数：转速、加减速、运行时间、震荡幅度、频率、次数
- 废液电磁阀吸废液
- 急停功能
- 温度查询（警告：温度异常）
- 位置定位：出杯位/进杯位/工作位（警告：未检测到反应杯）
3.7 清洗模块（3 个）
说明：三个实体部件（模块号 11/12/13），功能完全一致，归并设计
双轴架构：Z 电机（垂直）+ X 电机（水平）
主要指令：
| 类别 | 指令 | 说明 |
|---|---|---|
| 电机 | Z/X 归零/走位/速度 | 步数二字节 |
| 液路 | 洗液针1/2/3 开关 | 三针独立控制 |
| 液路 | 吐液针1/2/3 开关 | 三针独立控制 |
| 动作 | 清洗模块复位 | — |
| 动作 | 清洗操作 | 针号+次数+时间 |
| 动作 | 维护操作 | 针号+次数+时间 |
3.8 测量室
功能：试剂测量（光学检测）
双轴架构：X 电机 + Y 电机
液路阀组：吸样阀 + 吸液阀
主要指令：
| 类别 | 指令 | 说明 |
|---|---|---|
| 电机 | X/Y 归零/走位/速度 | 方向+步数二字节 |
| 液路 | 吸样阀开关/吸液阀开关 | — |
| 动作 | 复位/出反应杯/吸废液/抛弃反应杯 | — |
3.9 废料仓
功能：废料存储 + 摇匀
主要指令：
- 开机握手/复位/自检（警告：废料仓满、废料仓未推到位）
- 设置摇匀速度
- 废料摇匀（速度+时长）
3.10 AD 采集卡（分析结果数据采集）
功能：控制采集 + 设置采集条件 + 读取数据
主要指令：
| 类别 | 指令 | 参数 |
|---|---|---|
| 通信 | 通信握手 | — |
| 设置 | 设置通道增益/阈值 | 通道+增益/阈值（二字节） |
| 设置 | 设置停止条件 | 三字节停止条件 |
| 查询 | 查询通道增益/阈值/停止条件 | — |
| 控制 | 复位/停止采集 | — |
| 数据 | 读取数据 | 样本序号（二字节） |
| 数据 | 实时采集 | — |
| 数据 | 采集保存 | — |
四、故障提示模块
目的：展示故障信息，帮助快速定位和解决问题
故障信息结构：模块 + 故障描述 + 触发机制 + 原因描述 + 处理措施
4.1 故障清单（按模块分类）
| 模块 | 故障 | 模块 | 故障 |
|---|---|---|---|
| 样本供应 | CAN总线通讯异常 | 样本针 | Z轴电机通讯异常 |
| 样本供应 | X轴电机初始化异常 | 样本针 | 加样泵通讯异常 |
| TIP供应 | 初始化异常 | 样本针 | X轴电机通讯异常 |
| TIP供应 | TIP盒抽屉未到位 | 样本针 | Z轴电机初始化错误 |
| 试剂仓 | 初始化异常 | 样本针 | Z轴电机位置超限 |
| 试剂仓 | 未到达位置点 | 样本针 | X轴电机初始化错误 |
| 试剂仓 | 条码枪故障 | 样本针 | X电机位置超限 |
| 试剂仓 | 试剂仓仓盖未关闭 | 样本针 | 加样泵未初始化 |
| 试剂仓 | 制冷温度异常 | 样本针 | 吸液量过大 |
| 试剂仓 | 试剂余量不足 | 样本针 | 未探测到液面 |
| 试剂仓 | 质控品余量不足 | 样本针 | 未取到TIP |
| 中位机 | 串口通信异常 | 样本针 | 吸样异常（气泡、凝块） |
| 中位机 | CAN总线通讯异常 | 样本针 | 吸样中无TIP |
| AD采集卡 | 串口通信异常 | AD采集卡 | USB通信异常 |
共 25 项故障定义（含样本供应 2 + TIP供应 2 + 样本针 10 + 试剂仓 6 + 中位机 2 + AD采集卡 2 + 隐含清洗/测量室/反应盘/废料仓补充项）
五、连续时序测试（一键式测试）
5.1 两种模式
| 模式 | 说明 |
|---|---|
| 单独模块一键式测试 | 按模块正常运行时序，提供测试输出接口 |
| 整机一键式测试 | 按整机工作时序，提供完整测试流程 |
5.2 步骤类型（12 种）
加全血样本 → 加其他样本 → 加底物 → 加磁珠 → 加酶标 → 加清洗液
→ 离心 → 振荡 → 静置 → 磁座on → 磁座off → PMT测量
5.3 测试流程编辑器
- 左侧：流程清单（添加好的步骤序列）
- 右侧：参数显示栏（当前选中步骤的参数）
- 操作：选择步骤类型 → 弹出参数设置对话框 → 设定参数 → 加入流程
- 保存的流程可供”测试序列”模块中”流程选择”下拉调用
5.4 测试序列模块
每个测试序列参数：
- 样本孔位
- 盘片孔位（选择后 disabled，避免重复使用）
- 试剂位
- 拟合曲线（来自曲线拟合页面保存的曲线）
共性参数：
- 流程选择（来自测试流程保存的信息）
- Tip 初始位置（来自机械臂测试模块预存孔位）
测试结果：
- 右侧显示各序列的光子数和浓度数值
- 下方状态栏显示仪器状态信息
六、设计特点与架构洞察
- 模块化设计：10 个独立功能模块通过 CAN 总线互联，调试软件按模块分界面设计，每个模块独立单步测试
- 三层通信架构：PC（调试软件）→ 中位机（主控制）→ 各模块（CAN 总线）+ AD 采集卡（独立串口/USB）
- 四帧类型：命令帧/应答帧/数据帧/结果帧/警告帧，通信协议分层清晰
- 双模式测试：单步调试（开发定位问题）+ 一键式测试（整机/模块验证），兼顾开发与验证需求
- 故障系统完备：25+ 项故障定义覆盖所有主要模块，含触发机制+原因+处理措施
- 反应盘双模式：离心 + 震荡摇匀，参数全部可配置（转速/加减速度/时间/幅度/频率/次数）
- 清洗模块复用：3 个清洗模块硬件完全一致，软件统一设计仅模块号不同
七、关联笔记
- 荧光补偿算法-液相芯片多色荧光检测 — 液相芯片荧光检测核心算法
- 流式细胞仪详细设计说明书-CLFCS-V1.0 — 兄弟项目（流式细胞仪）软件架构对比
- 共聚焦显微镜操作软件需求说明 — 另一医疗仪器项目需求文档参考
- MIOT项目方案-仪器远程监控系统 — 仪器物联网远程监控方案