Pikroskoop: goedkoop interaktiewe mikroskoop: 12 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hallo en welkom!

My naam is Picroscope. Ek is 'n bekostigbare, selfgemaakte, RPi-aangedrewe mikroskoop waarmee u u eie mikro-wêreld kan skep en kan kommunikeer. Ek is 'n wonderlike praktiese projek vir iemand wat belangstel in bio-tegnologie en die wêrelde van mikrobiologie, optika of self-elektronika. Ek kan deur feitlik almal gebou word, ongeag ouderdom of vaardigheidsvlak. Of u nou 'n middelbare leerder is wat op soek is na 'n oulike wetenskapsprojek, 'n hoërskoolleerling in 'n biologieklas, 'n vervaardiger in u motorhuis, of selfs 'n wetenskaplike wat eksperimente in biofisika doen, my doel is om u te help om die mikroskopiese wêreld rondom u beter te verstaan jy. Met die hulp van 'n paar elektroniese komponente en 'n 3D-drukker kan ek binne 'n dag gebou word met 'n begroting van 60 dollar!

As u so ver gekom het, beteken dit dat u daarin belangstel om een van my te maak! Ja! Laat ons begin!

Stap 1: Materiaal en koste ($)

Die mikrobiologie van die mikroskoop bring lewe aan u mikro-wêreld:

★ Mikroskoopskyfies en voorblaaie (6,78 USD)

★ Duidelike enkelzijdige band

Die optika van die mikroskoop vergroot u mikro-wêreld:

★ CCTV -lens (3,25 USD)

★ CCTV lens slotring (1,25 USD)

Die elektronika van die mikroskoop neem u na u mikro-wêreld:

★ Skootrekenaar of tafelrekenaar met Mac OS of Windows*

*Windows benodig PuttySoftware en WinSCP sagteware, terwyl Mac die vooraf geïnstalleerde Terminal-program gebruik

★ Framboos Pi Zero W (10.00 USD) - BEPERKTE TYDBEDIENING: Mikrosentrum het 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Framboos Pi -kamera (16,99 USD)

OF

RaspPi Zero W -kamerapakket met 8MP RaspPi -kamera (44,95 USD)

★ GPIO manlike kop (.95 USD)

★ 8+ GB SD -kaart (6.98 USD)

★ 120 pak springdrade (6,98 dollar) - gevind in Makerspaces - *U sal nie al 120 gebruik nie, maar dit maak nooit skade om ekstra, goedkoop springdrade te hê nie!

★ Skêr OF draadstropper/snyer (6,98 USD)

★ 20 pakke van 100 Ohm weerstanden (0.95 USD)

★ Verspreide LED (0,50 USD) - Koop indien moontlik 'n paar ekstra vir rugsteun

★ Micro USB (2.99 USD) - Word in die meeste huise aangetref

★ Soldeerboutstel (9,85 USD) - Gevind in Makerspaces

Die 3D-gedrukte dele van die mikroskoop ondersteun u mikro-wêreld:

★ 3D-gedrukte strukturele komponente (8-12 USD)-zip-lêer in stap 2

*** BELANGRIK: Koop alle materiaal voordat u bou! Lees ook elke stap noukeurig vir meer spesifieke inligting oor materiaal.

Stap 2: 3D-drukwerk

1. Laai die STL_FIles.zip op u rekenaar af en pak die lêers uit in 'n gids.

2. Druk die onderdele af met u eie 3D-drukker OF gebruik een van die betroubare aanlyn 3D-drukdienste wat hieronder gelys word.

3. BELANGRIK: Gebruik die volgende lys om te weet hoeveel van elke deel wat u moet druk:

1. Basis = 1 deel
2. Base+Top_Stops = 8 dele
3. Big_Slide_Tray = 2 dele
4. Cam_Fasteners = 2 dele
5. Cam+Lens_houer = 1 deel
6. Lens_Remover = 1 deel
7. Small_Slide_Tray = 2 dele
8. Structural_Walls = 2 dele

Voorgestelde aanlyn 3D-drukdienste

Vertroue diens wat ek gebruik het - Maker Tree 3 -D:

1. Besoek https://www.makertree3d.com/ op u rekenaar.

2. Skep 'n rekening op Maker Tree 3D.

3. Teken in op u rekening.

4. Klik op 3D-drukdienste en kies Laai lêers op vir 3D-druk.

5. Laai al die STL -lêers op uit u uitgepakte vouer.

6. Verander die hoeveelhede van elke onderdeel op grond van die BELANGRIKE stap #3.

7. U kan kies tussen PLA of ABS vir u materiaal. Alhoewel PLA goedkoper is, is ABS stewiger en bied dit ekstra ondersteuning. Beide materiaal werk vir u mikroskoop, maar kies ABS as u begroting dit toelaat.

8. Onderdele kan vir minder as $ 10 en binne 3-5 werksdae gestuur word as u standaard gestuur kies.

Betroubare diens (sluit internasionale afleweringsdienste in) - 3D -hubs:

1. Besoek https://www.3dhubs.com/ op u rekenaar.

2. Skep 'n rekening op 3D Hubs. As u 'n student -e -posadres het, gebruik dan die e -pos vir u rekening en kry 25% afslag op u bestelling.

3. Teken in op u rekening.

4. Klik op Bestel pasgemaakte onderdele en kies 3D-drukwerk.

5. Laai al die STL -lêers op uit u uitgepakte vouer.

6. Verander die hoeveelhede van elke onderdeel op grond van die BELANGRIKE stap #3.

7. U kan kies tussen PLA of ABS vir u materiaal. Alhoewel PLA goedkoper is, is ABS stewiger en bied dit ekstra ondersteuning. Beide materiaal werk vir u mikroskoop, maar kies ABS as u begroting dit toelaat.

8. Onderdele kan vir minder as $ 10 en binne 3-5 werksdae gestuur word as u standaard gestuur kies.

Stap 3: Raspberry Pi Zero W -opstelling

*** Onthou om al u elektroniese onderdele te hê voordat u verder gaan …

Daar is verskillende maniere om die Raspberry Pi Zero W. op te stel. Sommige benodig sekere materiale, terwyl ander dit nie benodig nie. Ek het 'n paar van my gunsteling webwerwe verskaf vir die opstel van die mini -rekenaar op grond van sekere materiaal wat u al dan nie het. Kies die een wat die beste vir u is.

Beste beginnersgids vir Pi Zero W:

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

*Hierdie gids bevat al die basiese beginsels van Pi Zero W, insluitend 'n inleiding oor die hardeware en die opstelling van die bedryfstelsel (bedryfstelsel). OPMERKING: As u nie toegang tot 'n rekenaarmonitor en 'n mini-na-HDMI-kabel het nie, lees dan 'Installering van die bedryfstelsel'

Beste installasiegids vir Pi Zero W sonder kop (sonder toegang tot 'n rekenaarmonitor):

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

*Hierdie webwerf gee u 'n uitstekende gids oor hoe u die bedryfstelsel instel sonder om 'n monitor te benodig. LET WEL: hierdie webwerf vereis dat u 'n Mac OS het. As u Windows het, gebruik dan hierdie webwerf:

Beste opstelgids vir koplose en vanlyn (geen wifi -verbinding) vir Pi Zero W:

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

*Hierdie webwerf (ook gemaak deur desertbot.io) gee u 'n gids oor hoe u die bedryfstelsel kan opstel sonder om 'n monitor of selfs 'n wifi -verbinding te benodig. LET WEL: hierdie webwerf vereis ook dat u 'n Mac OS het.

BELANGRIK:

Teken die gasheernaam van u Pi Zero W, gebruikersnaam en wagwoord aan nadat u dit opgestel het, want ons sal dit gebruik om afstand aan te meld by die Pi Zero W. As u nie een van hierdie inligting verander nie, onthou dan dat die standaard gasheernaam en aanmelding is wagwoord is raspberrypi en die standaard gebruikersnaam is pi.

Stap 4: Stel sagteware -koppelvlak op

1. Skakel die Pi Zero W aan met die mikro-USB-kabel.

2. SSH (Remote Login) in die Raspberry Pi met u skootrekenaar:

Vir Windows Putty:

1. Voer [HOSTNAME] in. Plaaslik vir die gasheernaam, klik op die SSH -knoppie vir verbindingstipe en druk Open.
2. Voer u gebruikersnaam en wagwoord in as u gevra word.

Vir Mac Terminal:

1. Voer hierdie opdrag in die Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local in
2. Voer u wagwoord in wanneer u gevra word.

*** LET WEL: Die volgende stap sal ongeveer 10 uur neem om te voltooi. Dit sal nog lank wees. Dus, as u by stap 3.9 kom, wees dan gereed om te wag … baie. Maar aan die ander kant kry u tyd om produktiewe dinge te doen. U kan byvoorbeeld u Netflix -reekse inhaal, die hele Star Wars -sage bekyk of selfs in hierdie instruksies voortgaan. Die keuse is joune. Wat dit ook al mag wees, ek hoop jy geniet dit!

3. Voer die volgende opdragte in om OpenCV (Computer Vision) in die CLI (Command Line Interface) op SSH op te stel:

** Opmerking: as die CLI u te eniger tyd vra "Wil u voortgaan?", Voer dan y in

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

*** Beelde toon dat ek 'n ouergids gemaak het wat die gekloonde opencv -gids bevat, maar ek het dit weggegooi uit die stappe om dinge 'n bietjie makliker te maak …

git -kloon

cd opencv/

mkdir bou

CD bou/

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

maak

sudo maak installeer

cd

4. Laai die vouer picroscope.zip af en pak dit uit op u skootrekenaar. Plaas die gids dan na Pi Zero W:

Vir Windows WinSCP: *Prent 6

1. Voer [HOSTNAME] in. Plaaslik vir die gasheernaam, tik u gebruikersnaam en wagwoord wanneer u gevra word, kies SFTP vir File Protocol en klik op Login.
2. Soek en sleep die gids van die skyf van u skootrekenaar aan die linkerkant van die program na regs, waar u tuisgids is vir die Pi Zero W.

Vir Mac Terminal: *Prent 7

1. Klik op die plusteken van u terminale om 'n nuwe oortjie/sessie te maak.
2. Voer die opdrag sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local in
3. Voer u wagwoord in wanneer u gevra word.
4. Ontdek die liggingspad van u gids op u skootrekenaar en voer die opdrag pwd in die ssh -oortjie van u terminale in om die tuisgidspad van u Pi Zero W. uit te vind. Kopieer hierdie paaie wanneer u in die volgende stap gevra word.
5. Voer die opdrag in -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Voer die volgende opdragte in om te kyk of OpenCV werk en of u dit in Python kan gebruik: *Prent 8

cd

python invoer cv2

As u 'n fout kry, kan u die internet oplos. As alles misluk, plaas dit hieronder op die forum sodat die Instructables -gemeenskap en ek kan probeer help.

As u geen foute ondervind nie, werk OpenCV! JAAA! U kan die volgende opdrag invoer om die Python CLI te sluit:

uitgang ()

U kan u Pi Zero W uiteindelik uitskakel met hierdie opdrag:

sudo nou afskakel

Ontkoppel die USB -kabel van die Pi Zero W.

Stap 5: Voeg die vergrotingsoptika by

*** Onthou om al u 3D-gedrukte en optiese onderdele te hê voordat u met hierdie stap verder gaan …

1. Versamel die 3D-gedrukte kamera en CCTV-lenshouer (Cam+Lenshouer), die CCTV-lens en die sluitring. *Prent 1

2. Rig die CCTV -lens sodat die kleiner lens na bo wys. *Prent 2

3. Steek die georiënteerde CCTV -lens in die silindriese gat van die lenshouer.

4. Druk die CCTV -lens versigtig deur die sirkelvormige opening in die lenshouer. *Prent 3

5. Plaas die sluitring bo -op die CCTV -lens. *Prent 4

6. Skroef die sluitring halfpad in die CCTV-lens vas. *Prent 5

7. Trek die CCTV -lens versigtig af totdat die slotring aan die bokant van die lenshouer vasgemaak word. *Prent 6

Stap 6: Bou die struktuur

1. Versamel die LED -verligingsbasis, die 2 strukturele mure en 4 van die 8 groot hegstukke. *Prent 1

2. Plaas die LED Illumination Base plat bo -op die werkbank. *Prent 2

3. Kies een van die struktuurmure en plaas die dikker van die twee reghoekige skarniere (gemerk op *prent 1) bo-op die voet sodat die gate in lyn is met enige twee van die vier basisgate.

4. Maak die konstruksiewand vas met twee van die hegstukke in die basis.

5. Herhaal stappe 3-4 vir die tweede muur. *Prent 3

6. Versamel die kamera+lenshouer met die CCTV -lens en die ander 4 groot hegstukke. *Prent 4

7. Rig die kamera+lenshouer bo -op die strukturele mure se boonste skarniere sodat die CCTV -lens na die basis kyk.

8. Maak die houer vas aan die mure met die groot hegstukke. *Prent 5

Sit die struktuur opsy terwyl ons die Raspberry Pi en kamera opstel.

Stap 7: Opstelling van die kamera

Optiese verstelling van kamera:

1. Gebruik die 3D-gedrukte lensverwyderaar om die lens op die kamera los te skroef. *Prent 1 en 2
2. Verwyder die warmspieëlglasfilter in die kamera versigtig. *Prent 3
3. Bêre die lens en glasfilter in 'n veilige en droë stooreenheid (bv. Plastieksak).

Koppel die kamera aan Pi Zero W:

1. Versamel die kamera, Raspberry Pi Zero W en CSI -kabel. *Prent 4
2. Maak die CSI -poort van die kamera oop, sowel as die CSI -poort van die Raspberry Pi. *Prent 5
3. Sluit die twee ente van die CSI -kabel aan op die CSI -poorte op grond van hul grootte. *Prent 6
4. Sluit die CSI -poorte.

Stap 8: Stel kamera -koppelvlak op Pi Zero W op

1. Skakel die Pi Zero W aan met die mikro-USB-kabel.

2. SSH in die Pi Zero W, soos gewoonlik (stap 3 vir verwysing)

3. Volg die opdragte om die kamera -koppelvlak op die Pi Zero W moontlik te maak:

1. Voer sudo raspi-config in die CLI in
2. Kies "5 koppelvlakopsies"
3. Kies "P1 kamera"
4. Kies "Ja" as u gevra word of die kamera geaktiveer moet word
5. Kies "Ja" as u gevra word om die Pi Zero W te herlaai

4. SSH weer in die Pi Zero W

5. Voer opdragte uit om die koppelvlak van python af te laai met die kamera en die bediener wat maklik is om te gebruik:

sudo pip installeer picamera

sudo pip installeer Flask

7. Volg hierdie stappe en opdragte om te toets of die kamera werk:

cd mikroskoop

python LiveStream.py

1. Maak 'n webblaaier oop en voer die volgende in die URL -balk in: [HOSTNAME].local: 5000
2. U behoort 'n regstreekse stroom van u kamera te kan sien. Die regstreekse stroom is vaag omdat die kamera geen lens het nie, maar moenie daaroor bekommerd wees nie. U kamera is ten volle funksioneel vir die Picroscope! JAAA!

8. Skakel die Pi Zero W af en ontkoppel beide die Micro-USB- en CSI-kabels.

Stap 9: Finale hardeware -opstelling (gereed … Stel … soldeer!)

*** As u jonger as 16 jaar is, soldeer asseblief onder toesig van volwassenes!

Soldeerkopspelde aan Pi Zero W:

1. Versamel u Pi Zero W, soldeerstel en GPIO manlike kopstukke.
2. Plaas die korter punt van die kopstukke deur die voorkant van die Pi Zero W. *Prent 1
3. Soldeer die 40 penne versigtig met u soldeerboutstel. As u nog nooit voorheen gesoldeer het nie, stel ek voor dat u na hierdie wonderlike gids kyk ('n uitstekende video vir beginners bevat): https://learn.sparkfun.com. *Prent 2
4. Hou u soldeerbout vir die volgende stap. Ontkoppel dit egter as u nie die materiaal van die volgende opstelling het nie.

Opstel van LED -verligting (UPDATE: Wire Stripping and Soldeer nou nodig):

1. Versamel 2 vroulik-tot-vroulike springdrade, Pi Zero W, een 100-Ohm weerstand, een verspreide LED. *Prent 3
2. Verwyder die verbindingsdraadverbinder met 'n skêr en stroop die een kant van elke jumperdraad met 'n skêr of 'n draadstropper. *Prent 4
3. Soldeer een jumperdraad aan die kort voorsprong van die verspreide LED.
4. Soldeer die weerstand aan die lang leiding van die verspreide LED en die ander kant van die weerstand aan die tweede gestroopte draad.
5. Koppel die jumperdraad wat gesoldeer is, aan die kort leiding van die LED aan Pin 6 op die Pi Zero W. *Prent 7 vir verwysing
6. Skoonmaak nadat u klaar is met soldeer. Die soldeertoerusting is nie meer nodig nie.
7. Skakel die Pi Zero W aan met die mikro-USB.
8. Koppel die ander Jumper Wire aan Pin 2 op die Pi Zero W. Die LED moet brand! JAAA!
9. Ontkoppel die jumperdrade wat gekoppel is aan die Pi Zero W en die mikro-USB.
10. Hou al hierdie materiaal vir die finale opstelling.

Finale opstelling:

1. Versamel nou u 3D-gedrukte struktuur, kamera, CSI-kabel, kamera-hegstukke, klein skyfies en groot skyfies.
2. Plaas die kamera bo -op die kamera+lenshouer en maak dit vas met die kamerasluiters. *Prent 8
3. Monteer die Pi Zero W op een van die strukturele mure met behulp van die 40 -pen gat -skikking op die mure. *Prent 9
4. Koppel die CSI -kabel aan die kamera en die Pi Zero W. *Prent 10
5. Plaas óf die klein óf die groot skyfies in die gleuwe van die konstruksiemure.
6. Koppel laastens die draaddrade en die LED terug na die Raspberry Pi Zero W. Plaas die LED in die speldhouer op die verligingsbasis. *Prent 11

BAIE GELUK! U het u mikroskoop gebou! Neem 'n foto daarvan en plaas hieronder!

Stap 10: Maak u mikroskopiese wêreld

1. Skakel die Pi Zero W aan met die mikro-USB-kabel.

2. SSH in die Pi Zero W.

3. Versamel een van die mikroskoopskyfies en plaas 'n baie klein voorwerp op die skyfie, soos 'n haarstring.

4. Plaas 'n stuk band op die voorwerp sodat dit op die skyfie vasgemaak word. Dit help met die fokus van die voorwerp.

4. Skuif die mikroskoop Skuif deur die skinkborde op u mikroskoop.

5. Volg hierdie opdragte om te toets of die mikroskoop werk:

1. Tik: cd picroscope
2. Tik in: python LiveStream.py
3. Pas die fokus van u beeld aan deur die CCTV-lens versigtig met die kloksgewys of teen die kloksgewys te draai. *Prent 1

6. U kan nou die mikroskopiese (4x) beeld van u haarstring sien! Probeer ander mikroskopiese voorwerpe of selfs lewende dinge, soos klein goggas.

*Onthou om versigtig te wees wanneer u die mikroskoop hanteer, en, nog belangriker, om pret te hê!

Stap 11: Euglena World

Bykomende materiaal vir 'n mikroskopiese leefwêreld

★ Pipette en Euglena Gracilis (10.75):

★ Petroleumjellie (2.40):

★ Mikroskoopskyfies en deksels

★ Dubbelzijdig, duidelike band

★ Sharpie

Bou 'n Euglena -wêreld

1. Sny twee uiters klein repies dubbelzijdige band uit die bandverdeler.

2. Plaas die band op die teenoorgestelde rande van 'n dekglip.

3. Plak die dekglaas op die middel van die mikroskoopskyfie.

4. Trek 'n bietjie van die Euglena Gracilis -water uit die pot.

5. Steek 'n druppel pipetwater in die rand van die dekglip sonder band. Kyk om seker te maak dat die hele gebied onder die deklaag met water bedek is.

7. Gebruik 'n papierhanddoek om enige ekstra water op die skyfie skoon te maak.

8. Voeg 'n bietjie petroleumjellie by die rande van die deksels. Dit is die beste om die jellie met 'n watte te gebruik, aangesien die jellie die water help verdamp.

9. Gebruik 'n skerpie om die naam van jou monster en die datum iewers op die skyfie te skryf. Dit is ter verwysing en is 'n goeie laboratoriumpraktyk.

10. Jou Euglena -wêreld is gereed! Kyk dit onder u mikroskoop!

Lees meer oor die wonderlike fototaktiese vermoëns van die Euglena:

Hierbo het ek 'n paar video's bygevoeg om 'n blik te gee op wat u met die Euglena World en die beeldverwerkingsprogramme kan doen.

Stap 12: Roep uit en werk saam

Baie dankie aan die Riedel-Kruse Lab aan die Stanford Universiteit! Sonder hul ondersteuning en mentorskap sou ek nooit hierdie wonderlike projek kon konceptualiseer, ontwerp en bou nie! Kyk hier na al hul interaktiewe bio-tegniese navorsing:

Dankie en uitroep:

--- Dankie aan professor Ingmar Riedel-Kruse dat ek hierdie somer in u laboratorium kon werk!

--- Dankie aan eerlikheid dat u 'n AMAZING mentor en vriend was. U was altyd daar om my te lei, terwyl u my ook met my eie ontwerpe en antwoorde op probleme kon dink.

--- Dankie aan Peter dat u nog 'n wonderlike mentor en vriend was.

--- Dankie aan al die lede van die Riedel-Kruse Lab wat my gehelp het met spesifieke en tegniese probleme.

--- S/O en groot dankie aan my gesin wat my altyd aangemoedig en ondersteun het!

As u belangstel om met my saam te werk, plaas dit hieronder op die forum! Druk ook op die gunsteling knoppie en moenie vergeet om vir my te stem nie!

Volg my op Twitter @RiksEddy om te sien wat ek nog maak !!

Beste wense vir u toekomstige pogings, Rik

Eerste prys in die Raspberry Pi -wedstryd 2017