在高校实验室、药企研发部门做过实验自动化的同行应该都有体会：离心机、移液器、恒温摇床这些设备大多还是单机人工操作，批量重复实验不仅耗人耗时，还很容易因为人为操作时差、参数偏差导致实验结果波动。尤其是离心、孵育这种动辄几十分钟的步骤，人得守在旁边卡点切换工序，加班守实验是常有的事。
本文基于C# .NET 6搭建一套实验室自动化控制系统，通过串口通信对接各类实验设备，以有限状态机为核心驱动实验全流程自动执行，配套完善的超时保护、故障停机与邮件告警机制。整套方案已在多个高校实验室与药企研发部门落地，本文从架构设计、核心模块实现到现场踩坑排查做完整梳理。
一、系统整体架构与技术选型
1.1 分层架构设计
整套系统采用五层解耦架构，从硬件到业务层层隔离，既方便快速适配不同厂家设备，也便于后续扩展实验流程与对接第三方系统。
- 设备层：各类带RS232/RS485接口的实验室设备，是系统的执行终端。
- 通信层：屏蔽不同设备的通信差异，统一管理串口连接、指令收发、校验与超时重发。
- 控制层：系统核心大脑，基于有限状态机调度实验流程，处理状态转移与异常跳转。
- 业务层：负责实验模板配置、参数管理、运行日志与实验数据存储。
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