Пикроскоп: Евтин интерактивен микроскоп: 12 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Здравей и добре дошъл!

Казвам се Пикроскоп. Аз съм достъпен, направи си сам, RPi-задвижван микроскоп, който ви позволява да създавате и взаимодействате със своя собствен микро-свят. Аз съм страхотен практически проект за някой, който се интересува от биотехнологиите и световете на микробиологията, оптиката или електрониката „направи си сам“. Мога да бъда изграден от почти всеки, независимо от възрастта или нивото на умения. Независимо дали сте ученик в средна възраст, който търси готин научен проект, ученик в гимназия по биология, създател в гаража си или дори учен, който прави експерименти по биофизика, целта ми е да ви помогна да разберете по -добре микроскопичния свят, който заобикаля Вие. С помощта на няколко електронни компонента и 3-D принтер мога да бъда построен за един ден и бюджет от 60 долара!

Ако сте стигнали дотук, това означава, че се интересувате да направите един от мен! Да! Да започваме!

Стъпка 1: Материали и разходи ($)

Микробиологията на микроскопа оживява вашия микро свят:

★ Микроскопски диапозитиви и корици (6.78 USD)

★ Ясна едностранна лента

Оптиката на микроскопа увеличава вашия микро свят:

★ Обектив за видеонаблюдение (3.25 USD)

★ Заключващ пръстен за обектив за видеонаблюдение (1,25 USD)

Електрониката на микроскопа ще ви отведе до вашия микро свят:

★ Лаптоп или настолен компютър с Mac OS или Windows*

*Windows изисква PuttySoftware и WinSCP софтуер, докато Mac използва предварително инсталираната терминална програма

★ Raspberry Pi Zero W (10.00 USD) - ОГРАНИЧЕНО ВРЕМЕ: Микроцентърът разполага с 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Raspberry Pi камера (16.99 USD)

ИЛИ

Комплект RaspPi Zero W камера с 8MP RaspPi камера (44.95 USD)

★ GPIO мъжка заглавка (.95 USD)

★ 8+ GB SD карта (6.98 USD)

★ 120 опаковка от джъмперни проводници (6.98 USD) - намерени в Makerspaces - *Няма да използвате всичките 120, но никога не боли да имате резервни, евтини джъмперни проводници!

★ Ножици ИЛИ стриптизьор/резачка (6.98 USD)

★ 20 опаковка от 100 ома резистори (0.95 USD)

★ Дифузен светодиод (0,50 USD) - Купете няколко допълнително за архивиране, ако е възможно

★ Micro USB (2.99 USD) - Намира се в повечето домове

★ Комплект за поялник (9.85 USD) - Намира се в Makerspaces

3-D отпечатаните части на микроскопа поддържат вашия микро свят:

★ 3-D печатни структурни компоненти (8-12 USD)-Zip файл в Стъпка 2

*** ВАЖНО: Купете всички материали преди изграждането! Също така, прочетете внимателно всяка стъпка за по -конкретна информация за материалите.

Стъпка 2: 3-D печат

1. Изтеглете файла STL_FIles.zip на вашия компютър и разархивирайте файловете в папка.

2. Отпечатайте частите, като използвате свой собствен 3-D принтер ИЛИ използвайте една от надеждните онлайн услуги за 3-D печат, изброени по-долу.

3. ВАЖНО: Използвайте следния списък, за да знаете колко от всяка част трябва да отпечатате:

1. База = 1 част
2. Base+Top_Stops = 8 части
3. Big_Slide_Tray = 2 части
4. Cam_Faspeners = 2 части
5. Cam+Lens_Holder = 1 част
6. Lens_Remover = 1 Част
7. Small_Slide_Tray = 2 части
8. Structural_Walls = 2 части

Предложени онлайн услуги за 3-D печат

Доверена услуга, използвана от мен - Maker Tree 3 -D:

1. Посетете https://www.makertree3d.com/ на вашия компютър.

2. Създайте акаунт в Maker Tree 3D.

3. Влезте в акаунта си.

4. Щракнете върху 3-D Printing Services и изберете Upload Files for 3D Printing.

5. Качете всички STL файлове от разархивираната папка.

6. Променете количествата на всяка част въз основа на ВАЖНАТА стъпка #3.

7. Можете да избирате между PLA или ABS за вашия материал. Въпреки че PLA е по -евтин, ABS е по -здрав и осигурява допълнителна поддръжка. И двата материала ще работят за вашия пикроскоп, но ако бюджетът ви позволява, изберете ABS.

8. Кутии за части могат да бъдат изпратени за под $ 10 и в рамките на 3-5 работни дни, когато изберете стандартна доставка.

Надеждна услуга (включва международни транспортни услуги) - 3 -D хъбове:

1. Посетете https://www.3dhubs.com/ на вашия компютър.

2. Създайте акаунт в 3D Hubs. Ако имате студентски имейл, използвайте имейла за вашия акаунт и вземете 25% отстъпка от вашата поръчка.

3. Влезте в акаунта си.

4. Щракнете върху Поръчайте персонализирани части и изберете 3-D печат.

5. Качете всички STL файлове от разархивираната папка.

6. Променете количествата на всяка част въз основа на ВАЖНАТА стъпка #3.

7. Можете да избирате между PLA или ABS за вашия материал. Въпреки че PLA е по -евтин, ABS е по -здрав и осигурява допълнителна поддръжка. И двата материала ще работят за вашия пикроскоп, но ако бюджетът ви позволява, изберете ABS.

8. Кутии за части могат да бъдат изпратени за под $ 10 и в рамките на 3-5 работни дни, когато изберете стандартна доставка.

Стъпка 3: Настройка на Raspberry Pi Zero W

*** Не забравяйте да имате всичките си електронни части, преди да продължите …

Има няколко начина за настройка на Raspberry Pi Zero W. Някои изискват определени материали, докато други не. Предоставих някои от любимите ми уебсайтове за настройка на мини компютъра въз основа на определени материали, които може да имате или да нямате. Изберете този, който е най -подходящ за вас.

Най -доброто ръководство за начинаещи по Pi Zero W:

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

*Това ръководство предоставя всички основи за Pi Zero W, включително въведение в хардуера и настройката на операционната система (операционна система). ЗАБЕЛЕЖКА: Ако нямате достъп до компютърен монитор и кабел mini-to-HDMI, прочетете до „Инсталиране на операционната система“

Най -доброто ръководство за настройка на Pi Zero W без глава (без достъп до компютърен монитор):

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

*Този уебсайт ви дава чудесно ръководство за това как да настроите операционната система, без да се нуждаете от монитор. ЗАБЕЛЕЖКА: Този уебсайт изисква да имате Mac OS. Ако имате Windows, използвайте този уебсайт:

Най -добро безглавно и офлайн (без Wi -Fi връзка) Ръководство за настройка на Pi Zero W:

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

*Този уебсайт (също направен от desertbot.io) ви дава ръководство как да проникнете в настройката на операционната система, без да се нуждаете от монитор или дори wifi връзка. ЗАБЕЛЕЖКА: Този уебсайт също изисква да имате Mac OS.

ВАЖНО:

Запишете името на хоста на вашето Pi Zero W, потребителско име и парола за вход, след като го настроите, защото ще го използваме за отдалечено влизане в Pi Zero W. Ако не промените нито една от тези данни, не забравяйте, че името на хоста по подразбиране и входът паролата е raspberrypi, а потребителското потребителско име по подразбиране е pi.

Стъпка 4: Настройка на софтуерен интерфейс

1. Захранвайте Pi Zero W с помощта на Micro-USB кабел.

2. SSH (Отдалечено влизане) в Raspberry Pi с помощта на вашия лаптоп:

За шпакловка за Windows:

1. Въведете [HOSTNAME].local за Host Name, щракнете върху бутона SSH за Connection Type и натиснете Open.
2. Въведете потребителското си име и парола за вход, когато бъдете подканени.

За Mac терминал:

1. Въведете тази команда в терминала ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Въведете паролата си, когато бъдете подканени.

*** ЗАБЕЛЕЖКА: Следващата стъпка ще отнеме ~ 10 часа. Ще мине много време. Така че, когато стигнете до стъпка 3.9., Тогава бъдете готови да чакате … много. Но от хубавата страна ще ви бъде дадено време да направите някои продуктивни неща. Например, можете да продължите и да наваксате вашите предавания в Netflix, да гледате цялата сага „Междузвездни войни“или дори да работите напред в тази инструкция. Изборът е твой. Каквото и да е, надявам се да се забавлявате!

3. Въведете следните команди, за да настроите OpenCV (Computer Vision) в CLI (интерфейс на командния ред) на SSH:

** Забележка: Ако по всяко време CLI ви подкани „Искате ли да продължите?“, Въведете y

sudo apt-get install build-съществено

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

*** Изображенията показват, че съм направил родителска директория, която съдържа клонираната директория на opencv, но я изхвърлих от стъпките, за да направя нещата малко по -лесни …

git clone

cd opencv/

mkdir build

cd компилация/

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

направете

sudo make install

cd

4. Изтеглете и разархивирайте папката picroscope.zip на вашия лаптоп. След това прехвърлете папката в Pi Zero W:

За Windows WinSCP: *Снимка 6

1. Въведете [HOSTNAME].local за името на хоста, въведете вашето потребителско име и парола за вход, когато бъдете подканени, изберете SFTP за File Protocol и щракнете върху Login.
2. Намерете и плъзнете папката от устройството на вашия лаптоп вляво от програмата надясно, където е вашата начална директория за Pi Zero W.

За Mac терминал: *Снимка 7

1. Щракнете върху знака плюс на вашия терминал, за да направите нов раздел/сесия.
2. Въведете командата sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Въведете паролата си, когато бъдете подканени.
4. Разберете пътя на местоположението на вашата папка на вашия лаптоп и въведете командата pwd в раздела ssh на вашия терминал, за да разберете пътя на домашната директория на вашия Pi Zero W. Копирайте тези пътища, когато бъдете подканени в следващата стъпка.
5. Въведете командата put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Въведете следните команди, за да проверите дали OpenCV работи и дали можете да го използвате в Python: *Снимка 8

cd

внос на python cv2

Ако получите грешка, моля, отстранете проблема с помощта на интернет. Ако всичко друго се провали, моля, публикувайте по -долу във форума, така че общността на Instructables и аз да се опитаме да помогнем.

Ако нямате грешки, OpenCV работи! ДА! Можете да въведете следната команда, за да затворите Python CLI:

изход ()

Най -накрая можете да изключите Pi Zero W с тази команда:

sudo изключване сега

Изключете USB кабела от Pi Zero W.

Стъпка 5: Добавете оптиката за увеличение

*** Не забравяйте да имате всичките си 3-D отпечатани и оптични части, преди да продължите към тази стъпка …

1. Съберете 3-D отпечатаната камера и държача за обектив за видеонаблюдение (камера+държач за обектив), обектива за видеонаблюдение и заключващия пръстен. *Снимка 1

2. Ориентирайте обектива за видеонаблюдение така, че по -малкият обектив да гледа нагоре. *Снимка 2

3. Поставете ориентирания обектив за видеонаблюдение в цилиндричния отвор на държача за обектив.

4. Внимателно натиснете обектива за видеонаблюдение през кръглия отвор в държача за обектив. *Снимка 3

5. Поставете заключващия пръстен отгоре на обектива за видеонаблюдение. *Снимка 4

6. Завийте заключващия пръстен наполовина в обектива за видеонаблюдение. *Снимка 5

7. Внимателно издърпайте обектива за видеонаблюдение надолу, докато заключващият пръстен се прикрепи към горната част на държача на обектива. *Снимка 6

Стъпка 6: Изградете структурата

1. Съберете основата за LED осветление, 2 -те структурни стени и 4 от 8 -те големи крепежни елементи. *Снимка 1

2. Поставете основата за LED осветяване плоско върху работната маса. *Снимка 2

3. Изберете една от конструктивните стени и поставете по-дебелата от двете правоъгълни панти (подчертани на *Фигура 1) отгоре на основата, така че отворите да се подравнят с всякакви две от четирите основни отвора.

4. Закрепете конструктивната стена към основата, като използвате два от крепежните елементи.

5. Повторете стъпки 3-4 за втората стена. *Снимка 3

6. Съберете държача за камера+обектив с обектива за видеонаблюдение и другите 4 големи крепежни елементи. *Снимка 4

7. Подравнете държача на камерата+обектива върху горните панти на структурните стени, така че обективът за видеонаблюдение да гледа към основата.

8. Закрепете държача върху стените, като използвате големите крепежни елементи. *Снимка 5

Оставете структурата настрана, докато настройваме Raspberry Pi и камерата.

Стъпка 7: Настройка на камерата

Оптично регулиране на камерата:

1. Използвайте 3-D препарат за отстраняване на отпечатани обективи, за да развиете обектива на камерата. *Снимки 1 и 2
2. Внимателно отстранете горещия огледален стъклен филтър в камерата. *Снимка 3
3. Съхранявайте обектива и стъкления филтър в безопасно и сухо място за съхранение (т.е. пластмасова торбичка).

Свързване на камерата към Pi Zero W:

1. Съберете камерата, Raspberry Pi Zero W и CSI кабел. *Снимка 4
2. Отворете CSI порта на камерата, както и CSI порта на Raspberry Pi. *Снимка 5
3. Свържете двата края на CSI кабела към CSI портовете въз основа на техните размери. *Снимка 6
4. Затворете CSI портовете.

Стъпка 8: Настройка на интерфейса на камерата на Pi Zero W

1. Захранвайте Pi Zero W с помощта на Micro-USB кабел.

2. SSH в Pi Zero W, както обикновено (Стъпка 3 за справка)

3. Следвайте командите, за да активирате интерфейса на камерата на Pi Zero W:

1. Въведете sudo raspi-config в CLI
2. Изберете „5 опции за свързване“
3. Изберете „P1 камера“
4. Изберете „Да“, когато бъдете попитани дали камерата трябва да бъде активирана
5. Изберете „Да“, когато бъдете помолени да рестартирате Pi Zero W

4. SSH в Pi Zero W, още веднъж

5. Изпълнете команди за изтегляне на интерфейса на python с камерата и лесен за използване сървър:

sudo pip инсталирайте пикамера

sudo pip install Flask

7. Следвайте тези стъпки и команди, за да проверите дали камерата работи:

cd пикроскоп

python LiveStream.py

1. Отворете уеб браузър и въведете следното в URL лентата: [HOSTNAME].local: 5000
2. Трябва да можете да видите поточно предаване на вашата камера. Потокът на живо ще бъде размазан, защото камерата няма обектив, но не се притеснявайте за това. Вашата камера е напълно функционална за микроскопа! ДА!

8. Изключете Pi Zero W и изключете кабелите Micro-USB и CSI.

Стъпка 9: Окончателна настройка на хардуера (Готов … Задайте … Припой!)

*** Ако сте под 16 години, МОЛЯ запояйте с надзор на възрастен!

Запояващи щифтове на заглавната част към Pi Zero W:

1. Съберете вашите Pi Zero W, комплект за запояване и GPIO мъжки щифтове за заглавки.
2. Поставете по -късия край на заглавните щифтове през предната част на Pi Zero W. *Снимка 1
3. Внимателно запоявайте 40 пина с вашия комплект за поялник. Ако никога досега не сте запоявали, предлагам да разгледате това страхотно ръководство (включва страхотно видео за начинаещи): https://learn.sparkfun.com. *Снимка 2
4. Запазете поялника си за следващата стъпка. Прекъснете го обаче, ако нямате материалите за следващата настройка.

Настройка на LED осветление (АКТУАЛИЗИРАНЕ: Сега са необходими отстраняване и запояване на проводници):

1. Съберете 2 проводника от женски към женски, Pi Zero W, един 100-омов резистор, един дифузен светодиод. *Снимка 3
2. Отстранете съединителя на джъмпера с ножица и отстранете единия край на всеки джъмпер с помощта на ножици или махач. *Снимка 4
3. Запоявайте един джъмпер проводник към късата жица на дифузния светодиод.
4. Запоявайте резистора към дългия проводник на дифузния светодиод, а другия край на резистора към втория оголен проводник.
5. Свържете джъмперния проводник, който е запоен към късия проводник на светодиода към извод 6 на Pi Zero W. *Снимка 7 за справка
6. Почистване след приключване на запояването. Оборудването за запояване вече не е необходимо.
7. Захранвайте Pi Zero W с Micro-USB.
8. Свържете другия кабел на джъмпера към щифт 2 на Pi Zero W. Светодиодът трябва да светне! ДА!
9. Изключете джъмперните проводници, свързани към Pi Zero W и Micro-USB.
10. Запазете всички тези материали за окончателната настройка.

Окончателна настройка:

1. Сега съберете вашата 3-D отпечатана структура, камера, CSI кабел, крепежни елементи на камерата, малки тави за слайдове и големи тави за пързалки.
2. Поставете камерата върху държача за камера+обектив и я закрепете с крепежни елементи на камерата. *Снимка 8
3. Монтирайте Pi Zero W върху една от структурните стени, като използвате 40 -пиновия отвор на стените. *Снимка 9
4. Свържете CSI кабела към камерата и Pi Zero W. *Снимка 10
5. Поставете малките или големите плъзгащи се тави в процепите на структурните стени.
6. Накрая свържете джъмперните проводници и светодиода обратно към Raspberry Pi Zero W. Поставете светодиода в държача за щифтове на основата за осветяване. *Снимка 11

ЧЕСТИТО! Вие сте изградили своя микроскоп! Направете снимка и публикувайте по -долу!

Стъпка 10: Създайте своя микроскопичен свят

1. Захранвайте Pi Zero W с помощта на Micro-USB кабел.

2. SSH в Pi Zero W.

3. Съберете един от микроскопските слайдове и поставете много малък предмет върху слайда, например кичур коса.

4. Поставете парче лента върху обекта, така че да е фиксирано върху пързалката. Това помага при фокусирането на обекта.

4. Плъзнете микроскопа Плъзнете през тавите на вашия микроскоп.

5. Следвайте тези команди, за да проверите дали Picroscope работи:

1. Въведете: cd пикроскоп
2. Въведете: python LiveStream.py
3. Регулирайте фокуса на изображението си, като внимателно завъртите обектива за видеонаблюдение или по посока на часовниковата стрелка, или обратно на часовниковата стрелка. *Снимка 1

6. Сега можете да видите микроскопичното (4x) изображение на кичура ви коса! Опитайте други микроскопични предмети или дори живи същества, като малки буболечки.

*Не забравяйте да бъдете внимателни, когато боравите с микроскопа и, което е по -важно, да се забавлявате!

Стъпка 11: Euglena World

Допълнителни материали за микроскопичен жив свят

★ Пипети и Euglena Gracilis (10.75):

★ Вазелин (2.40):

★ Микроскоп диапозитиви и корици

★ Двустранна чиста лента

★ Sharpie

Изграждане на света на Euglena

1. Изрежете две изключително малки ивици двустранна лента от дозатора за лента.

2. Поставете лентата на противоположните ръбове на корицата.

3. Залепете капака върху центъра на слайда на микроскопа.

4. Пипетирайте малко от водата от Euglena Gracilis от буркана.

5. Поставете капка вода от пипета в ръба на корицата без лента. Вижте, за да се уверите, че цялата площ под капака е покрита с вода.

7. Използвайте хартиена кърпа, за да почистите излишната вода върху пързалката.

8. Добавете малко вазелин към ръбовете на покрива. Най -добре е да използвате памучен тампон, за да добавите желе, тъй като желето помага на водата да се изпари.

9. Използвайте острие, за да напишете името на вашата проба и датата някъде на слайда. Това е за справка и е добра лабораторна практика.

10. Вашият свят Euglena е готов! Проверете го под вашия микроскоп!

Прочетете за невероятните фототактични способности на Euglena:

По -горе добавих няколко видеоклипа, за да дам представа какво ще можете да правите с Euglena World и програмите за обработка на изображения.

Стъпка 12: Извикайте и сътрудничество

Много благодаря на лабораторията Riedel-Kruse в Станфордския университет! Без тяхната подкрепа и менторство никога нямаше да мога да концептуализирам, проектирам и изградя този страхотен проект! Вижте всичките им готини интерактивни биотехнологични изследвания тук:

Благодаря ви и викайте:

--- Благодаря на професор Ингмар Ридел-Круз, че ми позволи да работя във вашата лаборатория това лято!

--- Благодаря на Honesty за това, че сте СТРАХОТЕН ментор и приятел. Винаги сте били там, за да ме ръководите, като същевременно ми позволявате да измисля свои собствени дизайни и отговори на проблеми.

--- Благодаря на Петър, че беше поредният СТРАХОТЕН ментор и приятел.

--- Благодаря на всички членове в лабораторията Riedel-Kruse за помощта ми по конкретни и технически въпроси.

--- S/O и Огромни благодарности на семейството ми, че винаги ме насърчаваше и подкрепяше!

Ако се интересувате от сътрудничество с мен, моля, публикувайте по -долу във форума! Също така, моля, натиснете любимия бутон и не забравяйте да гласувате за мен!

Последвайте ме в Twitter @RiksEddy, за да видите какво още правя !!

Най -добри пожелания за бъдещите ви начинания, Рик

Първа награда в конкурса Raspberry Pi 2017