Picroscop: Microscop interactiv low-cost: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Bună și bunvenit!

Numele meu este Picroscope. Sunt un microscop accesibil, DIY, alimentat cu RPi, care vă permite să creați și să interacționați cu propria dvs. micro-lume. Sunt un mare proiect practic pentru cineva care este interesat de biotehnologie și de lumea microbiologiei, a opticii sau a electronicii DIY. Pot fi construit de aproape oricine, indiferent de vârstă sau nivel de abilități. Fie că sunteți un gimnazial care caută un proiect științific cool, un elev de liceu la o clasă de biologie, un producător în garajul dvs. sau chiar un om de știință care face experimente în biofizică, scopul meu este să vă ajut să înțelegeți mai bine lumea microscopică care înconjoară tu. Cu ajutorul a câteva componente electronice și a unei imprimante 3D, pot fi construit într-o zi și la un buget de 60 de dolari!

Dacă ați ajuns până aici, atunci asta înseamnă că sunteți interesat să faceți unul dintre mine! Da! Să începem!

Pasul 1: Materiale și costuri ($)

Microbiologia picroscopului dă viață micro-lumii tale:

★ Diapozitive pentru microscop și diapozitive pentru capac (6,78 USD)

★ Ștergeți banda unilaterală

Optica picroscopului vă mărește micro-lumea:

★ obiectiv CCTV (3,25 USD)

★ Inel de blocare a obiectivului CCTV (1,25 USD)

Electronica picroscopului vă duce în micro-lume:

★ Laptop sau computer desktop cu Mac OS sau Windows *

* Windows necesită software PuttySoftware și WinSCP, în timp ce Mac folosește programul Terminal preinstalat

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - OFERTĂ CU TIMP LIMITAT: Microcentrul are 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Cameră Raspberry Pi (16,99 USD)

SAU

Pachet de camere RaspPi Zero W cu cameră RaspPi de 8MP (44,95 USD)

★ antet masculin GPIO (.95 USD)

★ Card SD de peste 8 GB (6,98 USD)

★ 120 pachete de fire jumper (6,98 USD) - găsite în Makerspaces - * Nu veți folosi toate cele 120, dar nu strică niciodată să aveți fire jumper de rezervă, ieftine!

★ foarfece SAU tăietor / tăietor de sârmă (6,98 USD)

★ 20 pachete de rezistențe de 100 ohmi (0,95 USD)

★ LED difuz (0,50 USD) - Cumpărați câteva extra pentru backup, dacă este posibil

★ Micro USB (2,99 USD) - Găsit în majoritatea caselor

★ Set de fier de lipit (9,85 USD) - Găsit în Makerspaces

Părțile tipărite 3-D ale Picroscopului acceptă Micro-World:

★ Componente structurale imprimate 3D (8-12 USD) - fișier zip la pasul 2

*** IMPORTANT: Cumpărați toate materialele înainte de construire! De asemenea, citiți cu atenție fiecare pas pentru informații mai specifice despre materiale.

Pasul 2: Imprimare 3D

1. Descărcați STL_FIles.zip pe computer și dezarhivați fișierele într-un folder.

2. Imprimați piesele utilizând propria dvs. imprimantă 3-D SAU utilizați unul dintre serviciile de imprimare 3-D online de încredere enumerate mai jos.

3. IMPORTANT: Utilizați următoarea listă pentru a afla câte din fiecare parte trebuie să imprimați:

1. Baza = 1 parte
2. Base + Top_Stops = 8 piese
3. Big_Slide_Tray = 2 părți
4. Cam_Fasteners = 2 piese
5. Cam + Lens_Holder = 1 parte
6. Lens_Remover = 1 parte
7. Small_Slide_Tray = 2 părți
8. Structural_Walls = 2 părți

Servicii de tipărire 3-D online sugerate

Serviciu de încredere folosit de mine - Maker Tree 3-D:

1. Accesați https://www.makertree3d.com/ pe computer.

2. Creați un cont în Maker Tree 3D.

3. Conectați-vă la contul dvs.

4. Faceți clic pe Servicii de imprimare 3D și selectați Încărcare fișiere pentru imprimare 3D.

5. Încărcați toate fișierele STL din folderul dvs. dezarhivat.

6. Schimbați cantitățile fiecărei părți pe baza pasului IMPORTANT nr. 3.

7. Puteți alege între PLA sau ABS pentru materialul dvs. Deși PLA este mai ieftin, ABS este mai robust și oferă suport suplimentar. Orice material va funcționa pentru picroscop, dar dacă bugetul dvs. vă permite, alegeți ABS.

8. Cutii pentru piese pot fi livrate sub 10 USD și în 3-5 zile lucrătoare când alegeți livrarea standard.

Serviciu de încredere (include servicii de transport internațional) - huburi 3D:

1. Accesați https://www.3dhubs.com/ pe computer.

2. Creați un cont pe hub-uri 3D. Dacă aveți un e-mail de student, folosiți-l pentru contul dvs. și beneficiați de o reducere de 25% din comanda dvs.

3. Conectați-vă la contul dvs.

4. Faceți clic pe Comandați piese personalizate și selectați Imprimare 3D.

5. Încărcați toate fișierele STL din folderul dvs. dezarhivat.

6. Schimbați cantitățile fiecărei părți pe baza pasului IMPORTANT nr. 3.

7. Puteți alege între PLA sau ABS pentru materialul dvs. Deși PLA este mai ieftin, ABS este mai robust și oferă suport suplimentar. Orice material va funcționa pentru picroscop, dar dacă bugetul dvs. vă permite, alegeți ABS.

8. Cutii pentru piese pot fi livrate sub 10 USD și în 3-5 zile lucrătoare când alegeți livrarea standard.

Pasul 3: Configurare Raspberry Pi Zero W

*** Nu uitați să aveți toate piesele electronice înainte de a continua …

Există mai multe moduri de a configura Raspberry Pi Zero W. Unele necesită anumite materiale, în timp ce altele nu. Am furnizat câteva dintre site-urile mele preferate pentru configurarea mini computerului pe baza anumitor materiale pe care le aveți sau nu. Alege-l pe cel mai potrivit pentru tine.

Cel mai bun ghid pentru începători la Pi Zero W:

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

* Acest ghid oferă toate elementele de bază despre Pi Zero W, inclusiv o introducere despre hardware și configurarea sistemului de operare (sistemul de operare). NOTĂ: Dacă nu aveți acces la un monitor de computer și la un cablu mini-la-HDMI, citiți până la „Instalarea sistemului de operare”

Cel mai bun ghid de configurare fără cap (fără acces la un monitor de computer) pentru Pi Zero W:

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

* Acest site web vă oferă un ghid excelent cu privire la modul de configurare a sistemului de operare fără a fi nevoie de un monitor. NOTĂ: Acest site web necesită să aveți un Mac OS. Dacă aveți Windows, utilizați acest site:

Cel mai bun ghid de configurare fără cap și offline (fără conexiune Wifi) pentru Pi Zero W:

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

* Acest site web (realizat și de desertbot.io) vă oferă un ghid despre cum să vă intrați în configurarea sistemului de operare fără a avea nevoie de un monitor sau chiar de o conexiune wifi. NOTĂ: Acest site web necesită, de asemenea, să aveți un Mac OS.

IMPORTANT:

Notați numele de gazdă al Pi Zero W, numele de utilizator și parola de conectare după configurare, deoarece îl vom folosi pentru conectarea de la distanță la Pi Zero W. Dacă nu modificați niciuna dintre aceste informații, amintiți-vă că numele de gazdă și datele de conectare implicite parola este raspberrypi și numele de utilizator implicit de conectare este pi.

Pasul 4: Configurați interfața software

1. Alimentați Pi Zero W utilizând cablul Micro-USB.

2. SSH (conectare la distanță) în Raspberry Pi folosind laptopul:

Pentru Windows Putty:

1. Introduceți [HOSTNAME].local pentru numele gazdei, faceți clic pe butonul SSH pentru tipul de conexiune și apăsați Deschidere.
2. Introduceți numele de utilizator și parola de conectare când vi se solicită.

Pentru terminalul Mac:

1. Introduceți această comandă în terminalul ssh [NUME DE UTILIZATOR] @ [NOMPOSTARE].local
2. Introduceți parola când vi se solicită.

*** NOTĂ: Următorul pas va dura aproximativ 10 ore. Va fi mult timp. Deci, când ajungeți la pasul 3.9, atunci fiți gata să așteptați … mult. Dar, în ceea ce privește aspectul luminos, vi se va oferi ceva timp pentru a face unele lucruri productive. De exemplu, puteți merge mai departe și vă puteți recupera în emisiunile dvs. Netflix, puteți urmări întreaga Star Wars Saga sau chiar puteți lucra înainte în acest Instructables. Alegerea este a ta. Oricare ar fi, sper să te distrezi!

3. Introduceți următoarele comenzi pentru a configura OpenCV (Computer Vision) în CLI (Command Line Interface) pe SSH:

** Notă: dacă în orice moment CLI vă solicită „Doriți să continuați?”, Atunci introduceți 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

*** Imaginile arată că am creat un director părinte care conține directorul opencv clonat, dar am aruncat acest lucru din pașii pentru a ușura lucrurile …

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..

face

sudo make install

CD

4. Descărcați și dezarhivați folderul picroscope.zip de pe laptop. Apoi, transferați folderul în Pi Zero W:

Pentru Windows WinSCP: * Imaginea 6

1. Introduceți [HOSTNAME].local pentru numele gazdei, tastați numele de utilizator și parola de conectare când vi se solicită, selectați SFTP pentru protocolul de fișiere și faceți clic pe Conectare.
2. Găsiți și trageți folderul de pe unitatea laptopului dvs. din stânga programului spre dreapta, unde se află directorul dvs. principal pentru Pi Zero W.

Pentru terminalul Mac: * Imaginea 7

1. Faceți clic pe semnul plus al terminalului pentru a crea o filă / sesiune nouă.
2. Introduceți comanda sftp [USERNAME] @ [HOSTNAME].local
3. Introduceți parola când vi se solicită.
4. Descoperiți calea de locație a folderului de pe laptop și introduceți comanda pwd în fila ssh a terminalului pentru a afla calea directorului de start al Pi Zero W. Copiați aceste căi atunci când vi se solicită la pasul următor.
5. Introduceți comanda put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Introduceți următoarele comenzi pentru a verifica dacă OpenCV funcționează și dacă îl puteți utiliza în Python: * Imaginea 8

CD

python import cv2

Dacă apare o eroare, vă rugăm să depanați utilizarea internetului. Dacă toate celelalte nu reușesc, vă rugăm să postați mai jos pe forum, astfel încât comunitatea Instructables și să încerc să vă ajut.

Dacă nu aveți erori, atunci OpenCV funcționează! DA! Puteți introduce următoarea comandă pentru a închide CLI-ul Python:

Ieșire()

Puteți în cele din urmă să vă opriți Pi Zero W cu această comandă:

oprire sudo acum

Deconectați cablul USB de la Pi Zero W.

Pasul 5: Adăugați optica de mărire

*** Nu uitați să aveți toate piesele dvs. optice și tipărite 3D înainte de a continua acest pas …

1. Adunați camera imprimată 3D și suportul obiectivului CCTV (Cam + suportul obiectivului), obiectivul CCTV și inelul de blocare. * Imaginea 1

2. Orientați obiectivul CCTV astfel încât obiectivul mai mic să fie orientat în sus. * Imaginea 2

3. Introduceți obiectivul CCTV orientat în orificiul cilindric al suportului obiectivului.

4. Împingeți cu atenție obiectivul CCTV prin deschiderea circulară din suportul obiectivului. * Imaginea 3

5. Setați inelul de blocare deasupra obiectivului CCTV. * Imaginea 4

6. Înșurubați inelul de blocare la jumătate în obiectivul CCTV. * Imaginea 5

7. Trageți cu atenție obiectivul CCTV în jos până când inelul de blocare se atașează în partea superioară a suportului obiectivului. * Imaginea 6

Pasul 6: Construiți structura

1. Adunați baza de iluminare cu LED-uri, cei 2 pereți structurali și 4 dintre cele 8 elemente de fixare mari. * Imaginea 1

2. Așezați baza de iluminare a LED-ului plat deasupra bancului de lucru. * Imaginea 2

3. Alegeți unul dintre pereții structurali și plasați cea mai groasă dintre cele două balamale cu unghi drept (evidențiate pe * Imaginea 1) deasupra bazei, astfel încât găurile să fie aliniate cu oricare dintre cele patru găuri de bază.

4. Fixați peretele structural în bază folosind două elemente de fixare.

5. Repetați pașii 3-4 pentru al doilea perete. * Imaginea 3

6. Adunați Camera + Suportul obiectivului cu obiectivul CCTV și celelalte 4 elemente de fixare mari. * Imaginea 4

7. Aliniați Camera + Suportul obiectivului pe partea superioară a pereților structurali, balamalele superioare astfel încât obiectivul CCTV să fie orientat spre bază.

8. Fixați suportul pe pereți folosind elementele de fixare mari. * Imaginea 5

Lăsați structura deoparte, în timp ce configurăm Raspberry Pi și Camera.

Pasul 7: Configurarea camerei

Reglare optică a camerei:

1. Utilizați dispozitivul de îndepărtare a obiectivului 3-D pentru a deșuruba obiectivul de pe cameră. * Imaginea 1 și 2
2. Scoateți cu atenție filtrul de sticlă oglindă fierbinte din cameră. * Imaginea 3
3. Păstrați lentila și filtrul de sticlă într-o unitate de depozitare sigură și uscată (de exemplu, pungă de plastic).

Conectarea camerei la Pi Zero W:

1. Adunați camera, Raspberry Pi Zero W și cablul CSI. * Imaginea 4
2. Deschideți portul CSI al camerei, precum și portul CSI al Raspberry Pi. * Imaginea 5
3. Conectați cele două capete ale cablului CSI la porturile CSI în funcție de dimensiunile acestora. * Imaginea 6
4. Închideți porturile CSI.

Pasul 8: Configurați interfața camerei pe Pi Zero W

1. Alimentați Pi Zero W utilizând cablul Micro-USB.

2. SSH în Pi Zero W, ca de obicei (pasul 3 pentru referință)

3. Urmați comenzile pentru a activa interfața camerei de pe Pi Zero W:

1. Introduceți sudo raspi-config în CLI
2. Selectați „5 Opțiuni de interfață”
3. Selectați „Camera P1”
4. Selectați „Da” când vi se cere dacă camera trebuie activată
5. Selectați „Da” când vi se cere să reporniți Pi Zero W

4. SSH în Pi Zero W, încă o dată

5. Rulați comenzi pentru a descărca interfața python cu camera și serverul ușor de utilizat:

sudo pip instalează picamera

sudo pip instala Flask

7. Urmați acești pași și comenzi pentru a testa dacă camera funcționează:

picroscop cd

python LiveStream.py

1. Deschideți un browser web și introduceți următoarele în bara URL: [HOSTNAME].local: 5000
2. Ar trebui să puteți vedea un flux live al camerei. Fluxul live va fi neclar, deoarece camera nu are lentile, dar nu vă faceți griji. Camera dvs. este complet funcțională pentru Picroscop! DA!

8. Opriți Pi Zero W și deconectați ambele cabluri Micro-USB și CSI.

Pasul 9: Configurarea hardware finală (gata … Setați … lipiți!)

*** Dacă aveți sub 16 ani, vă rugăm să lipiți cu supravegherea unui adult!

Pini de antet de lipit în Pi Zero W:

1. Adunați Pi Zero W, kitul de lipit și știfturile masculine GPIO.
2. Plasați capătul mai scurt al știfturilor antet prin partea din față a Pi Zero W. * Imaginea 1
3. Lipiți cu grijă cei 40 de pini cu kitul dvs. de lipit. Dacă nu ați mai lipit niciodată, vă sugerez să aruncați o privire la acest ghid minunat (include un videoclip minunat pentru începători): https://learn.sparkfun.com. * Imaginea 2
4. Păstrați fierul de lipit pentru pasul următor. Cu toate acestea, deconectați-l dacă nu aveți materialele următoarei configurări.

Configurare iluminare LED (ACTUALIZARE: dezbrăcarea firului și lipirea sunt acum necesare):

1. Adunați 2 fire jumper de la femeie la femeie, Pi Zero W, un rezistor de 100 ohmi, un LED difuz. * Imaginea 3
2. Îndepărtați conectorul sârmei jumper cu foarfece și dezbrăcați un capăt al fiecărui sârmă jumper folosind foarfece sau un stripper sârmă. * Imaginea 4
3. Lipiți un cablu jumper pe cablul scurt al LED-ului difuz.
4. Lipiți rezistorul pe lungul cablu al LED-ului difuz și celălalt capăt al rezistorului pe al doilea fir decupat.
5. Conectați firul jumper care este lipit la cablul scurt al LED-ului la pinul 6 de pe Pi Zero W. * Imaginea 7 pentru referință
6. Curățați după ce ați terminat lipirea. Echipamentul de lipit nu mai este necesar.
7. Alimentați Pi Zero W cu micro-USB.
8. Conectați celălalt cablu Jumper la pinul 2 de pe Pi Zero W. LED-ul ar trebui să se aprindă! DA!
9. Deconectați cablurile Jumper conectate la Pi Zero W și Micro-USB.
10. Păstrați toate aceste materiale pentru configurarea finală.

Configurare finală:

1. Acum, strângeți structura imprimată 3D, aparatul foto, cablul CSI, elementele de fixare ale aparatului foto, tăvile mici pentru diapozitive și tăvile mari pentru diapozitive.
2. Așezați camera foto deasupra suportului pentru cameră + obiectiv și fixați-o cu dispozitivele de fixare a camerei. * Imaginea 8
3. Montați Pi Zero W pe unul dintre pereții structurali folosind un set de găuri cu 40 de pini de pe pereți. * Imaginea 9
4. Conectați cablul CSI la cameră și la Pi Zero W. * Imaginea 10
5. Introduceți tăvile mici sau mari în lamelele pereților structurali.
6. În cele din urmă, conectați firele jumperului și LED-ul la Raspberry Pi Zero W. Plasați LED-ul în suportul pinului de pe baza de iluminare. * Imaginea 11

FELICITĂRI! Ti-ai construit Picroscopul! Faceți o fotografie și postați mai jos!

Pasul 10: Creați-vă lumea picroscopică

1. Alimentați Pi Zero W utilizând cablul Micro-USB.

2. SSH în Pi Zero W.

3. Adunați unul dintre diapozitivele pentru microscop și așezați un obiect foarte mic pe diapozitiv, cum ar fi un fir de păr.

4. Așezați o bucată de bandă pe obiect astfel încât să fie fixată pe lamă. Acest lucru ajută la focalizarea obiectului.

4. Glisați microscopul Glisați prin tăvile de pe Picroscop.

5. Urmați aceste comenzi pentru a testa dacă Picroscopul funcționează:

1. Introduceți: picroscop cd
2. Introduceți: python LiveStream.py
3. Reglați focalizarea imaginii rotind cu atenție obiectivul CCTV fie în sensul acelor de ceasornic, fie în sens invers acelor de ceasornic. * Imaginea 1

6. Acum puteți vedea imaginea microscopică (4x) a firului dvs. de păr! Încercați alte obiecte microscopice sau chiar lucruri vii, cum ar fi bug-uri mici.

* Nu uitați să aveți grijă când manipulați Picroscopul și, mai important, să vă distrați!

Pasul 11: Euglena World

Materiale suplimentare pentru o lume vie microscopică

★ Pipete și Euglena Gracilis (10.75):

★ Jeleu de petrol (2.40):

★ Diapozitive și diapozitive pentru microscop

★ Bandă transparentă pe două fețe

★ Sharpie

Construirea unei lumi Euglena

1. Tăiați două benzi extrem de mici de bandă față-verso din distribuitorul de benzi.

2. Așezați banda pe marginile opuse ale unei lamele de acoperire.

3. Lipiți capacul în centrul diapozitivului microscopului.

4. Pipetați puțin din apa Euglena Gracilis din borcan.

5. Introduceți o picătură de apă pentru pipetă în marginea lamelei fără bandă. Vedeți pentru a vă asigura că întreaga zonă de sub lamelă este acoperită cu apă.

7. Folosiți un prosop de hârtie pentru a curăța apa suplimentară de pe lamă.

8. Adăugați un pic de vaselină pe marginile lamelelor de acoperire. Cel mai bine este să folosiți un tampon de bumbac pentru a adăuga jeleu, deoarece jeleul ajută apa să se evapore.

9. Folosiți un sharpie pentru a scrie numele eșantionului și data undeva pe diapozitiv. Aceasta este pentru referință și este o bună practică de laborator.

10. Lumea ta Euglena este gata! Verificați-l sub Picroscop!

Citiți abilitățile fototactice uimitoare ale Euglenei:

Mai sus, am adăugat câteva videoclipuri pentru a arunca o privire asupra a ceea ce veți putea face cu Lumea Euglena și cu programele de procesare a imaginilor.

Pasul 12: Strigăte și colaborare

Mulțumesc mult Laboratorului Riedel-Kruse de la Universitatea Stanford! Fără sprijinul și mentoratul lor, nu aș fi putut niciodată să conceptualizez, să proiectez și să construiesc acest proiect minunat! Consultați toate cercetările lor interactive bio-tech interesante aici:

Vă mulțumim și strigați:

--- Îți mulțumesc profesorului Ingmar Riedel-Kruse că mi-ai permis să lucrez în laboratorul tău în această vară!

--- Vă mulțumim onestității pentru că ați fost un mentor și un prieten AMAZING. Ai fost mereu acolo pentru a mă ghida, permițându-mi, de asemenea, să vin cu propriile modele și răspunsuri la probleme.

--- Mulțumesc lui Peter pentru că ai fost un alt mentor și prieten minunat.

--- Mulțumesc tuturor membrilor de la Riedel-Kruse Lab pentru că m-ați ajutat cu probleme specifice și tehnice.

--- S / O și uriaș Mulțumesc familiei mele pentru că m-au încurajat și sprijinit mereu!

Dacă sunteți interesat să colaborați cu mine, vă rugăm să postați mai jos pe forum! De asemenea, vă rugăm să apăsați butonul favorit și nu uitați să mă votați!

Urmăriți-mă pe Twitter @RiksEddy pentru a vedea ce mai fac !!

Cele mai bune urări pentru demersurile tale viitoare, Rik

Premiul I la Concursul Raspberry Pi 2017