Пикроскоп: недорогой интерактивный микроскоп: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Привет и добро пожаловать!

Меня зовут Пикроскоп. Я доступный по цене самодельный микроскоп с питанием от RPi, который позволяет вам создавать и взаимодействовать с вашим собственным микромиром. Я отличный практический проект для тех, кто интересуется биотехнологиями и миром микробиологии, оптики или электроники своими руками. Меня может построить практически любой, независимо от возраста и уровня навыков. Независимо от того, являетесь ли вы учеником средней школы, ищущим крутой научный проект, учеником старшей школы на уроке биологии, мастером в своем гараже или даже ученым, проводящим биофизические эксперименты, моя цель - помочь вам лучше понять микроскопический мир, который окружает ты. С помощью нескольких электронных компонентов и 3-D принтера я могу быть построен за день и с бюджетом в 60 долларов!

Если вы зашли так далеко, значит, вы заинтересованы в создании одного из меня! Ага! Давайте начнем!

Шаг 1: материалы и затраты ($)

Микробиология микроскопа оживляет ваш микромир:

★ Предметные стекла для микроскопов и покровные стекла (6,78 долларов США)

★ Прозрачная односторонняя лента

Оптика микроскопа увеличивает ваш Микромир:

★ Объектив для видеонаблюдения (3,25 доллара США)

★ Кольцо для фиксации объектива видеонаблюдения (1,25 доллара США)

Электроника микроскопа перенесет вас в ваш микромир:

★ Ноутбук или настольный компьютер с Mac OS или Windows *

* Windows требует PuttySoftware и WinSCP Software, в то время как Mac использует предустановленную программу Terminal.

★ Raspberry Pi Zero W (10.00 долларов США) - ПРЕДЛОЖЕНИЕ ОГРАНИЧЕННОЕ ВРЕМЯ: микроцентр имеет Pi Zero W 5 долларов США!

ANDArducam - Камера Raspberry Pi (16,99 долларов США)

ИЛИ

Пакет камеры RaspPi Zero W с камерой RaspPi 8MP (44,95 долларов США)

★ Мужской заголовок GPIO (0,95 доллара США)

★ SD-карта 8+ ГБ (6,98 долларов США)

★ Пакет из 120 соединительных проводов (6,98 долларов США) - можно найти в Makerspaces - * Вы не будете использовать все 120, но никогда не помешает иметь запасные дешевые соединительные провода!

★ Ножницы ИЛИ Инструмент для зачистки проводов / Резак (6,98 долларов США)

★ Набор из 20 резисторов на 100 Ом (0,95 долларов США)

★ Рассеянный светодиод (0,50 доллара США) - Купите пару дополнительных для резервного копирования, если возможно

★ Micro USB (2,99 доллара США) - можно найти в большинстве домов.

★ Комплект паяльника (9,85 долларов США) - можно найти в Makerspaces

Части микроскопа с трехмерной печатью поддерживают ваш микромир:

★ Трехмерные печатные структурные компоненты (8–12 долларов США) - Zip-файл на шаге 2

*** ВАЖНО: приобретите все материалы перед строительством! Кроме того, внимательно прочтите каждый шаг, чтобы получить более подробную информацию о материалах.

Шаг 2: трехмерная печать

1. Загрузите файл STL_FIles.zip на свой компьютер и разархивируйте файлы в папку.

2. Распечатайте детали на собственном трехмерном принтере ИЛИ воспользуйтесь одним из надежных онлайн-сервисов трехмерной печати, перечисленных ниже.

3. ВАЖНО: Используйте следующий список, чтобы узнать, сколько частей каждой части вам нужно напечатать:

1. База = 1 часть
2. База + Top_Stops = 8 частей
3. Big_Slide_Tray = 2 части
4. Cam_Fasteners = 2 части
5. Кулачок + Lens_Holder = 1 часть
6. Lens_Remover = 1 часть
7. Small_Slide_Tray = 2 части
8. Structural_Walls = 2 части

Предлагаемые услуги трехмерной печати в Интернете

Используемый мной доверенный сервис - Maker Tree 3-D:

1. Посетите https://www.makertree3d.com/ на своем компьютере.

2. Создайте учетную запись в Maker Tree 3D.

3. Войдите в свою учетную запись.

4. Щелкните «Службы трехмерной печати» и выберите «Загрузить файлы для трехмерной печати».

5. Загрузите все файлы STL из распакованной папки.

6. Измените количество каждой части в соответствии с ВАЖНЫМ шагом №3.

7. В зависимости от материала вы можете выбрать PLA или ABS. Хотя PLA дешевле, ABS более прочен и обеспечивает дополнительную поддержку. Для вашего микроскопа подойдет любой материал, но если ваш бюджет позволяет, выберите АБС-пластик.

8. Банки с запчастями могут быть отправлены по цене менее 10 долларов США и в течение 3-5 рабочих дней, если вы выберете стандартную доставку.

Надежная служба (включая услуги международной доставки) - 3-D Hubs:

1. Посетите https://www.3dhubs.com/ на своем компьютере.

2. Создайте учетную запись на 3D Hubs. Если у вас есть адрес электронной почты студента, используйте его для своей учетной записи и получите скидку 25% на свой заказ.

3. Войдите в свою учетную запись.

4. Щелкните «Заказ нестандартных деталей» и выберите «Трехмерная печать».

5. Загрузите все файлы STL из распакованной папки.

6. Измените количество каждой части в соответствии с ВАЖНЫМ шагом №3.

7. В зависимости от материала вы можете выбрать PLA или ABS. Хотя PLA дешевле, ABS более прочен и обеспечивает дополнительную поддержку. Для вашего микроскопа подойдет любой материал, но если ваш бюджет позволяет, выберите АБС-пластик.

8. Банки с запчастями могут быть отправлены по цене менее 10 долларов США и в течение 3-5 рабочих дней, если вы выберете стандартную доставку.

Шаг 3: Настройка Raspberry Pi Zero W

*** Не забудьте иметь все свои электронные детали, прежде чем продолжить …

Есть несколько способов настроить Raspberry Pi Zero W. Для некоторых требуются определенные материалы, а для других - нет. Я предоставил некоторые из моих любимых веб-сайтов для настройки мини-компьютера на основе определенных материалов, которые у вас могут быть или нет. Выберите тот, который вам больше всего подходит.

Лучшее руководство для начинающих по Pi Zero W:

learn.sparkfun.com/tutorials/getting-start…

* В этом руководстве представлены все основные сведения о Pi Zero W, включая введение в оборудование и настройку ОС (операционной системы). ПРИМЕЧАНИЕ. Если у вас нет доступа к монитору компьютера и кабеля mini-to-HDMI, прочтите раздел «Установка ОС».

Руководство по установке Best Headless (без доступа к монитору компьютера) для Pi Zero W:

desertbot.io/blog/setup-pi-zero-w-headless…

* Этот веб-сайт дает вам отличное руководство по настройке ОС без монитора. ПРИМЕЧАНИЕ. Для работы с этим веб-сайтом требуется Mac OS. Если у вас Windows, воспользуйтесь этим сайтом:

Лучшее руководство по установке без подключения к Интернету и офлайн (без подключения к Wi-Fi) для Pi Zero W:

desertbot.io/ssh-into-pi-zero-over-usb/

* Этот веб-сайт (также созданный desertbot.io) дает вам руководство о том, как взломать свой путь к настройке ОС без монитора или даже Wi-Fi. ПРИМЕЧАНИЕ. Этот веб-сайт также требует, чтобы у вас была Mac OS.

ВАЖНЫЙ:

Запишите имя хоста вашего Pi Zero W, имя пользователя для входа и пароль после его настройки, потому что мы будем использовать его для удаленного входа в Pi Zero W. Если вы не измените ни одну из этих данных, помните, что имя хоста и логин по умолчанию пароль - raspberrypi, а имя пользователя для входа по умолчанию - pi.

Шаг 4: Настройка программного интерфейса

1. Включите Pi Zero W с помощью кабеля Micro-USB.

2. SSH (удаленный вход) в Raspberry Pi с помощью ноутбука:

Для Windows Putty:

1. Введите [HOSTNAME].local в качестве имени хоста, нажмите кнопку SSH в поле «Тип подключения» и нажмите «Открыть».
2. При появлении запроса введите имя пользователя и пароль для входа.

Для терминала Mac:

1. Введите эту команду в Терминал ssh [USERNAME] @ [HOSTNAME].local
2. При появлении запроса введите свой пароль.

*** ПРИМЕЧАНИЕ. Для выполнения следующего шага потребуется ~ 10 часов. Это будет долго. Итак, когда вы дойдете до шага 3.9., Тогда будьте готовы ждать… много. Но, с другой стороны, у вас будет время, чтобы заняться чем-нибудь продуктивным. Например, вы можете идти вперед и следить за своими шоу Netflix, смотреть всю сагу о «Звездных войнах» или даже работать над этим с помощью этих инструкций. Выбор остается за вами. Как бы то ни было, надеюсь, вам будет весело!

3. Введите следующие команды, чтобы настроить OpenCV (компьютерное зрение) в CLI (интерфейс командной строки) на SSH:

** Примечание. Если в любой момент интерфейс командной строки предложит вам «Продолжить?», Введите y.

sudo apt-get install build-essential

sudo apt-get install cmake git libgtk2.0-dev vim pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev

sudo apt-get install python-dev python-numpy python-pip libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

*** Изображения показывают, что я создал родительский каталог, содержащий клонированный каталог opencv, но я исключил это из шагов, чтобы упростить задачу…

git clone

cd opencv /

mkdir build

cd build /

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE = RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX = / usr / local -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES = ON..

делать

sudo make install

CD

4. Загрузите и разархивируйте папку picroscope.zip на свой портативный компьютер. Затем перенесите папку в Pi Zero W:

Для Windows WinSCP: * Рисунок 6

1. Введите [HOSTNAME].local в качестве имени хоста, введите имя пользователя и пароль для входа в систему, когда будет предложено, выберите SFTP для File Protocol и нажмите Login.
2. Найдите и перетащите папку с диска вашего ноутбука слева от программы вправо, где находится ваш домашний каталог для Pi Zero W.

Для терминала Mac: * Изображение 7

1. Нажмите на знак плюса вашего Терминала, чтобы создать новую вкладку / сеанс.
2. Введите команду sftp [ИМЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ] @ [ИМЯ ХОСТА].local
3. При появлении запроса введите свой пароль.
4. Выясните путь к папке на вашем ноутбуке и введите команду pwd на вкладке ssh вашего терминала, чтобы выяснить путь к домашнему каталогу вашего Pi Zero W. Скопируйте эти пути, когда будет предложено на следующем шаге.
5. Введите команду put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Введите следующие команды, чтобы проверить, работает ли OpenCV и можете ли вы использовать его в Python: * Рисунок 8

CD

Python импорт cv2

Если вы получили сообщение об ошибке, устраните неполадки через Интернет. Если все остальное не помогло, напишите сообщение ниже на форуме, чтобы я и сообщество Instructables могли попытаться помочь.

Если ошибок нет, то OpenCV работает! АГА! Вы можете ввести следующую команду, чтобы закрыть Python CLI:

выход()

Наконец, вы можете выключить Pi Zero W с помощью этой команды:

sudo выключение сейчас

Отсоедините USB-кабель от Pi Zero W.

Шаг 5: Добавьте оптику увеличения

*** Не забудьте иметь все ваши трехмерные распечатанные и оптические детали, прежде чем переходить к этому шагу …

1. Соберите камеру с трехмерной печатью и держатель объектива CCTV (кулачок + держатель объектива), объектив CCTV и стопорное кольцо. * Изображение 1

2. Сориентируйте объектив CCTV так, чтобы меньший объектив смотрел вверх. * Рисунок 2

3. Вставьте ориентированный объектив CCTV в цилиндрическое отверстие держателя объектива.

4. Осторожно протолкните объектив CCTV через круглое отверстие в держателе объектива. * Рисунок 3

5. Установите стопорное кольцо на верхнюю часть объектива видеонаблюдения. * Рисунок 4

6. Ввинтите стопорное кольцо наполовину в объектив CCTV. * Рисунок 5

7. Осторожно потяните объектив CCTV вниз, пока стопорное кольцо не прикрепится к верхней части держателя объектива. * Рисунок 6

Шаг 6: Постройте структуру

1. Соберите основание светодиодной подсветки, 2 несущие стены и 4 из 8 больших креплений. * Изображение 1

2. Поместите основание светодиодной подсветки на верстак. * Рисунок 2

3. Выберите одну из несущих стен и поместите более толстую из двух прямоугольных петель (выделенных * на рис. 1) поверх основания, чтобы отверстия совпадали с любыми двумя из четырех отверстий в основании.

4. Закрепите несущую стену в основании с помощью двух крепежных элементов.

5. Повторите шаги 3-4 для второй стены. * Рисунок 3

6. Соберите держатель камеры + объектива с объективом видеонаблюдения и другими 4 большими крепежными деталями. * Рисунок 4

7. Совместите держатель камеры + объектива с верхними петлями несущих стен так, чтобы объектив CCTV был обращен к основанию.

8. Закрепите держатель на стене с помощью больших креплений. * Рисунок 5

Отложите структуру в сторону, пока мы настраиваем Raspberry Pi и камеру.

Шаг 7: Настройка камеры

Оптическая регулировка камеры:

1. Используйте приспособление для снятия объектива с трехмерной печатью, чтобы открутить объектив на камере. * Рисунки 1 и 2
2. Осторожно снимите горячий зеркальный стеклянный фильтр с камеры. * Рисунок 3
3. Храните линзы и стеклянный фильтр в безопасном и сухом месте для хранения (например, в пластиковом пакете).

Подключение камеры к Pi Zero W:

1. Соберите камеру, Raspberry Pi Zero W и кабель CSI. * Рисунок 4
2. Откройте порт CSI камеры, а также порт CSI Raspberry Pi. * Рисунок 5
3. Подключите два конца кабеля CSI к портам CSI в зависимости от их размера. * Рисунок 6
4. Закройте порты CSI.

Шаг 8: Настройте интерфейс камеры на Pi Zero W

1. Включите Pi Zero W с помощью кабеля Micro-USB.

2. Как обычно, подключитесь по SSH к Pi Zero W (шаг 3 для справки).

3. Следуйте командам, чтобы включить интерфейс камеры на Pi Zero W:

1. Введите sudo raspi-config в CLI
2. Выберите «5 вариантов интерфейса».
3. Выберите «Камера P1».
4. Выберите «Да», когда вас спросят, должна ли камера быть включена.
5. Выберите «Да», когда вас попросят перезагрузить Pi Zero W.

4. Еще раз подключитесь по SSH к Pi Zero W.

5. Выполните команды для загрузки интерфейса Python с камерой и простым в использовании сервером:

sudo pip установить picamera

sudo pip install Flask

7. Выполните следующие шаги и команды, чтобы проверить, работает ли камера:

cd микроскоп

python LiveStream.py

1. Откройте веб-браузер и введите в адресную строку следующее: [HOSTNAME].local: 5000
2. Вы должны увидеть прямую трансляцию с камеры. Прямая трансляция будет размытой, потому что у камеры нет объектива, но не беспокойтесь об этом. Ваша камера полностью совместима с Пикроскопом! АГА!

8. Выключите Pi Zero W и отсоедините кабели Micro-USB и CSI.

Шаг 9: Окончательная настройка оборудования (Готово… Настроить… Припаять!)

*** Если вам меньше 16 лет, ПОЖАЛУЙСТА, паяйте под присмотром взрослых!

Припаиваем контакты заголовка к Pi Zero W:

1. Соберите свой Pi Zero W, комплект для пайки и штыри разъема GPIO.
2. Проденьте более короткий конец контактов заголовка через переднюю часть Pi Zero W. * Изображение 1
3. Тщательно припаяйте 40 контактов с помощью паяльника. Если вы никогда раньше не паяли, я предлагаю вам взглянуть на это замечательное руководство (включает отличное видео для начинающих): https://learn.sparkfun.com. * Рисунок 2
4. Оставьте паяльник для следующего шага. Однако отключите его, если у вас нет материалов для следующей установки.

Настройка светодиодной подсветки (ОБНОВЛЕНИЕ: теперь требуется зачистка проводов и пайка):

1. Соберите 2 перемычки между гнездом и гнездом, Pi Zero W, один резистор на 100 Ом, один рассеянный светодиод. * Рисунок 3
2. Снимите соединитель перемычки ножницами и зачистите один конец каждой перемычки с помощью ножниц или инструмента для зачистки проводов. * Рисунок 4
3. Припаяйте одну перемычку к короткому выводу рассеянного светодиода.
4. Припаяйте резистор к длинному выводу рассеянного светодиода, а другой конец резистора ко второму зачищенному проводу.
5. Подключите перемычку, припаянную к короткому выводу светодиода, к контакту 6 на Pi Zero W. * Рисунок 7 для справки.
6. Очистите после того, как вы закончите пайку. Паяльное оборудование больше не требуется.
7. Включите Pi Zero W с помощью Micro-USB.
8. Подключите другую перемычку к контакту 2 на Pi Zero W. Светодиод должен загореться! АГА!
9. Отсоедините перемычки, подключенные к Pi Zero W и Micro-USB.
10. Сохраните все эти материалы для окончательной настройки.

Окончательная настройка:

1. Теперь соберите вашу трехмерную распечатанную структуру, камеру, кабель CSI, крепежные детали камеры, малые лотки для слайдов и большие лотки для слайдов.
2. Поместите камеру на держатель камеры + объектива и закрепите ее крепежными деталями. * Рисунок 8
3. Установите Pi Zero W на одну из несущих стен, используя решетку из 40 штырей на стенах. * Рисунок 9
4. Подключите кабель CSI к камере и Pi Zero W. * Изображение 10
5. Вставьте малый или большой лоток для слайдов в прорези несущих стен.
6. Наконец, подключите перемычки и светодиод обратно к Raspberry Pi Zero W. Поместите светодиод в держатель для контактов на базе подсветки. * Рисунок 11

ПОЗДРАВЛЯЕМ! Вы построили свой микроскоп! Сфотографируйте это и разместите ниже!

Шаг 10: Создание вашего микроскопического мира

1. Включите Pi Zero W с помощью кабеля Micro-USB.

2. SSH в Pi Zero W.

3. Возьмите одно из предметных стекол микроскопа и поместите на предметное стекло очень маленький предмет, например прядь волос.

4. Поместите кусок ленты на объект так, чтобы он закрепился на слайде. Это помогает сфокусировать объект.

4. Проведите предметным стеклом микроскопа по лоткам на вашем микроскопе.

5. Выполните следующие команды, чтобы проверить, работает ли Picroscope:

1. Введите: cd picroscope
2. Введите: python LiveStream.py
3. Отрегулируйте фокус вашего изображения, осторожно повернув объектив CCTV по часовой стрелке или против часовой стрелки. * Изображение 1

6. Теперь вы можете увидеть микроскопическое (4-кратное) изображение вашей пряди! Попробуйте использовать другие микроскопические объекты или даже живые существа, например, мелких насекомых.

* Не забывайте соблюдать осторожность при обращении с микроскопом и, что еще более важно, получайте удовольствие!

Шаг 11: мир эвглены

Дополнительные материалы для микроскопического живого мира

★ Пипетки и Euglena Gracilis (10.75):

★ Вазелин (2.40):

★ Предметные стекла и покровные стекла микроскопа

★ Двусторонняя прозрачная лента

★ Шарпи

Построение мира эвглены

1. Отрежьте от дозатора ленты две очень маленькие полоски двусторонней ленты.

2. Приложите ленту к противоположным краям покровного стекла.

3. Наклейте покровное стекло на центр предметного стекла микроскопа.

4. Добавьте из кувшина немного воды Euglena Gracilis.

5. Вставьте каплю воды из пипетки в край покровного стекла без ленты. Убедитесь, что вся область под покровным стеклом покрыта водой.

7. Используйте бумажное полотенце, чтобы смыть лишнюю воду с предметного стекла.

8. Добавьте немного вазелина по краям покровных стекол. Лучше всего добавлять желе ватным тампоном, так как желе помогает воде не испаряться.

9. Используйте фломастер, чтобы написать название вашего образца и дату где-нибудь на слайде. Это для справки и является хорошей лабораторной практикой.

10. Ваш мир эвглены готов! Проверьте это под микроскопом!

Прочтите об удивительных фототактических способностях эвглены:

Выше я добавил пару видеороликов, чтобы получить представление о том, что вы сможете делать с Euglena World и программами обработки изображений.

Шаг 12: Привет и сотрудничество

Большое спасибо лаборатории Ридель-Крузе в Стэнфордском университете! Без их поддержки и наставничества я бы никогда не смог концептуализировать, спроектировать и построить этот потрясающий проект! Ознакомьтесь со всеми их интересными интерактивными исследованиями в области биотехнологий здесь:

Спасибо и привет:

--- Спасибо профессору Ингмару Ридель-Крузе за то, что позволили мне поработать в вашей лаборатории этим летом!

--- Спасибо Honesty за то, что вы УДИВИТЕЛЬНЫЙ наставник и друг. Вы всегда были рядом, чтобы направлять меня, а также позволяли мне придумывать собственные проекты и ответы на проблемы.

--- Спасибо Питеру за то, что он еще один УДИВИТЕЛЬНЫЙ наставник и друг.

--- Спасибо всем участникам лаборатории Riedel-Kruse за помощь в решении конкретных технических вопросов.

--- S / O и огромное спасибо моей семье за то, что всегда поддерживали и поддерживали меня!

Если вы заинтересованы в сотрудничестве со мной, напишите, пожалуйста, ниже на форуме! Кроме того, нажмите кнопку «Избранное» и не забудьте проголосовать за меня!

Подписывайтесь на меня в Twitter @RiksEddy, чтобы узнать, что еще я делаю !!

С наилучшими пожеланиями в ваших будущих начинаниях, Рик

Первый приз в конкурсе Raspberry Pi 2017