近期全国疫情呈多点发生、局部暴发态势，全国各地区陆续开展了全员核酸检测工作，核酸检测在及时发现感染者、锁定感染范围以及降低传播风险等方面具有重要意义；国家卫健委发布的《关于进一步强化当前新冠病毒核酸检测服务的通知》中提出核酸检测机构要向社会提供24小时核酸检测服务；要加强核酸采样、送检、报告各环节衔接，在保证检测质量的前提下，发挥核酸检测仪器设备最大效能，在规定的反馈时间基础上，进一步缩短核酸检测结果报告时间；特别是对“愿检尽检”人群的核酸检测，要力争在6小时之内报告结果，并通过信息化手段及时向群众推送，鼓励根据检测量，配备新冠病毒核酸快检试剂及配套设备，减少等待时间，但是核酸采集检测的诸多方面急待尽快解决！

1、全员核酸在排队过程中，一旦人群中存在感染者，检测点将变“感染点”，而且会增加一些不必要的社会纠纷；对于医护人员更是增加感染风险和工作压力。面对如此繁重的采样工作，工作人员基于防疫要求，还要必须穿戴医用防护口罩、护目镜/面屏、一次性工作帽、防护服、双层乳胶手套。这会对标签的剥离和规范粘贴造成一定影响，也会降低采样流程的效率；我们针对目前核酸检测采样流程，加入核酸检测自助取管机，设立自助取管处，优化了市民采样时排队情况，降低医院采样工作人员工作量，节省人工。

2、业务流程优化：将第一步和第二步流程进行优化，直接用“核酸检测自助取管一体机”代替医院医护人员，市民在一体机上自助完成核酸挂号、缴费、登记，取管，流程优化后优势：

（1）、不需要医护人员人工贴标发管，减少了整个核酸检测流程中的工作人员。

（2）、减少了市民排队，避免了感染风险。

（3）、提高了核酸检测采样效率。

（4）、确保采样管标签内容准确规范。

3、为了提高核酸码的采集效率，上海企科重推出了全新的核酸码采集取管一体机，这款一体机拥有自动登记、查验核酸码、核酸系统音频输出等多种功能，市民只需要提前打开核酸码，然后放在核酸码采集一体机上进行扫码，设备就会自动完成信息收集过程，整个过程仅需几秒就能完成，极为方便快捷。

4、受到疫情反复等因素影响，核酸检测已经成为现阶段一种常态化的防控措施，如果哪里出现疫情，核酸检测就必须马上跟上；一般的核酸检测站点，除了核酸采样人员外，还拥有一位核酸码信息收集人员，虽然现在各个城市都设有相应的核酸检测点，但是由于志愿者人数有限，很难协调到大部分核酸检测点，尤其是像街道、社区、高铁站、机场等大规模采样地点，核酸码信息收集人员人手根本不够；不过核酸码采集取管取管取管取管一体机的出现有效解决了这个问题。以前需要专人扫码的工作，现在只需要核酸码采集取管一体机就能快速完成信息收集，通过市民自助扫码操作，就能将身份信息与检测试管绑定，然后完成采样，整个过程并不需要医护人员参与，这不但大大减少了医护人员的工作压力，而且能提高核酸检测的效率。

5、在进行大规模核酸检测时，核酸码采集取管一体机还会自动统计采样人数，当到达一定数量后设备会弹出提示，以此来提醒医护人员，从而有效减少发生错码、漏码以及混管等现象；另外核酸检测核酸码采集取管一体机也能够轻松满足每日数千人甚至上万人的核酸检测需求，为疫情防控提供不小的助力。

6、智能核酸信息采集取管一体机集信息登记、身份核验、核酸采集、数据查询、取管于一体，具有高清扫码、核酸系统音视频输出、自动登记等功能；市民进行核酸采样时，设备会发出语言提示“请扫描二维码”。被采样人打开健康码，置于机器上方扫码，设备会提醒“身份信息已登记，请取管”；紧接着“大白”接管后进行核酸采样，整个过程就几秒钟。

7、智能核酸信息采集取管一体机核酸采样时一般需要配备两名工作人员，一人负责信息采集，一人负责采样；智能核酸信息采集一体机可以替代信息采集人员，降低人工成本，同时提高采样速度；这款设备和各省核酸检测平台实现数据互通，市民扫码时，设备会实时上传信息：“十混一”核酸采样时，设备会自动统计人数，当人数达到10人时，设备会提示封管，否则无法继续采样，从而避免错采。

8、智能核酸信息采集取管一体机技术重点

1）核酸提取工作站中的移液管需要进行往复运动。步进电机是用于全自动核酸提取移液管移动执行机构的重要驱动元件，通过预设步进电机的步长和步数来控制步进电机，使得移液管移动执行机构被步进电机驱动到达预设位置，但由于移液管移动执行机构和步进电机在长时间使用后，会出现一定的机械移位或形变，因此现有的核酸提取工作站存在高频率使用后，步进电机无法准确驱动移液管移动执行机构到达预设位置。针对现有核酸提取工作站存在的不足，上海企科设计了一种用于核酸提取的步进电机驱动系统。

2）总体设计：步进电机三相绕组的电流是正弦阶梯电流，通过改变给定电流的每一次变化的阶梯数可以实现可变细分功能；驱动器的任务就是控制绕组的电流，使之按正弦阶梯波的规律变化；每给一个步进脉冲，A、B、C三相绕组的电流沿正弦阶梯波前进一步，电机转动一个步距角。

        步进电机控制系统框图如图所示。采用FPGA作为主控制芯片,将控制器与驱动器的数字电路部分集成在一片FPGA上实现；为了控制绕组电流，在设计中引入电流跟踪型闭环反馈，反馈电流与给定的正弦电流（离散的正弦表）经过改进的比例积分PI调节后进行SPWM调制，输 出6路PWM波，来控制驱动电路三个桥臂上的6个IGBT开通关断；如果忽略死区时间控制每个桥臂的上下半桥的两路PWM波互补即上半桥PWM波为高/低电平时，下半桥PWM波为低/高电平；系统采用14位宽度200MHz计数器产生PWM载波，载波频率12.2KHz，电流数据全部采用14位精度进行离散化；200MHz时钟由50MHz时钟经PLL倍频产生；FPGA输出的PWM波经功率模块放大后，控制步进电机运行；步进电机运行状态（转速和转向）通过LED指示；步进电机转速是由查表速度决定的，CP是用来决定查表频率，在细分等级一定的情况下CP速度越高电机转速越快；如果电机在高细分下高速旋转则CP脉冲频率就会很高，导致PWM脉宽过小，使功率模块IGBT控制桥臂频繁开关，其结果是开关损耗大为增加，功率模块过热；而高细分在步进电机高速旋转时其优势并不明显，所以在不影响电机运行精度的情况下，系统根据转速对细分精度在4096、2048、1024、512、256、128、64、32之间自动调节，使电机更加平稳可靠的运行。

3）硬件设计：以四相反应式步进电机为例，最多只能实现二细分，对于相数较多的步进电机可达到的细分数稍大一些，但也很有限。因此要使可达到的数很大，就必须能控制步进电机各相励磁绕组中的电流，使其按阶梯上升或下降，即在零到最大电流之间能有多个稳定的中间电流状态，相应的磁场矢量幅值也就存在多个中间状态，这样，相邻两相或多相的全成磁场的方向也将有多个稳定的中间状态。四相步进电机八细分时的各相电流是以1/4的步距上升或下降的，在两相中间又插入了七个稳定的中间状态，原来一步所转过的角度将由八步完成，实现了步距角的八细分。由此可见，步进电机的细分驱动的关键在于细分步进电机各相励磁绕组中的电流。

4）软件设计

（1）步进电机控制算法設计：步进电机驱动系统软件设计。采用了以位置要求为导向的增量式PID控制算法，即：△u（k）=Kp（E（k）-E（k-1））+KIE（k）+KD（E（k）-2E（k-1）+E（k-2））。其中KP为比例系数，KI为积分系数，KD为微分系数，E（k）为第k次采样时刻输入的偏差值，E（k-1）为第（k-1）次采样时刻输入的偏差值，E（k-2）为第（k-2）次采样时刻输入的偏差值。增量式PID的计算量相对绝对式PID的较小，因为计算的是增量，所以对执行部件的扰动较小，一般采用带死区的控制。

5）步进电机转速控制程序设计：控制步进电机转速源程序的设计：首先定义步进电机参数结构体srd，然后编写步进电机参数设置的函数，分别设置步进电机的步数、加速阶段的加速度、减速阶段的加速度、转速，定义了达到最大速度时的步数和如果加速没有达到最大速度但是必须要开始减速的步数。通过对步进电机的步数进行讨论来确定步进电机的转速及加减速相关情况，步进电机的极限步数是5000.步进电机的加减速过程采用梯形曲线作为加减速运动曲线，所采用的梯形加减速运动曲线逼近于S形加减速运动曲线，实现这一加减速运动过程的主要程序如下：

（1）完成系统软硬件之后，开始将步进电机驱动板、步进电机、移液泵、液体压力检测传感器、位置检测光耦、电源、通信总线等部分连接起来。然后调试软件程序，下载软件程序到硬件电路。

（2）经过上述操作后。硬件电路可以实现调试的功能。软件程序通过以位置要求为导向的步进电机增量式PID控制算法，控制了步进电机的转动从而带动移液泵上下移动。

（3）电机刚开始做加速运动。然后进行一段时间匀速运动，最后做减速运动，转速平稳，仿真结果表明所采用的步进电机控制算法符合设计要求。对步进电机采用的梯形加减速曲线进行仿真，仿真结果曲线近似于梯形加减速曲线，符合要求。在步进电机带动移液泵向下移动到极限位置时，通过MOS管控制电路和软件程序，使移液泵控制阀得到了较好的开关。液体压力检测模块通过液体压力检测传感器检测了移液泵里液体的压力，并由ADC芯片转换为电压值，最后换算为压力值，通过监测这个电压值后发现移液泵里液体的压力值没有超限。

6）应用中的注意点：

（1）步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

（2)步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

（3）由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。

（4）转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

（5）电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

（6）高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。

（7）电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。

（8）电机在600PPS（0.9度）以下工作应采用小电流、大电感、低电压来驱动。

(9）应遵循先选电机后选驱动的原则。

7）本文提出的一种用于核酸提取的步进电机驱动系统不同于一般的步进电机驱动系统，设计的步进电机驱动系统结合了自动核酸提取实际应用需求，在硬件上设计有移液泵控制阀开关模块、液体压力检测模块，在软件上设计了以位置要求为导向的步进电机增量式PID控制算法，优化了步进电机的转动以带动移液泵上下移动。步进电机的加减速过程采用梯形曲线作为加减速运动曲线，转速调节平稳。移液泵控制阀得到了较好的开关，移液泵里面液体的压力得到了良好的监测。本系统步进电机的位置控制精度还有改善的空间，后期准备进行几组不同PID算法系数的实验。