Picroscope: goedkope interactieve microscoop - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Hallo en welkom!

Mijn naam is Picroscoop. Ik ben een betaalbare, doe-het-zelf, RPi-aangedreven microscoop waarmee je je eigen microwereld kunt creëren en ermee kunt communiceren. Ik ben een geweldig hands-on project voor iemand die geïnteresseerd is in biotechnologie en de werelden van microbiologie, optica of doe-het-zelf-elektronica. Ik kan door vrijwel iedereen worden gebouwd, ongeacht leeftijd of vaardigheidsniveau. Of je nu een middelbare scholier bent die op zoek is naar een cool wetenschappelijk project, een middelbare scholier in een biologieles, een maker in je garage of zelfs een wetenschapper die experimenten doet in de biofysica, mijn doel is om je te helpen de microscopische wereld die ons omringt beter te begrijpen. jij. Met behulp van een paar elektronische componenten en een 3D-printer kan ik binnen een dag worden gebouwd en een budget van 60 dollar!

Als je zo ver bent gekomen, betekent dat dat je geïnteresseerd bent om er een van mij te maken! Ja! Laten we beginnen!

Stap 1: Materialen en kosten ($)

De microbiologie van de picroscoop brengt leven in uw microwereld:

★ Objectglaasjes en dekglaasjes (6.78 USD)

★Duidelijke enkelzijdige tape

De optiek van de picroscoop vergroot uw microwereld:

★ CCTV-lens (3,25 USD)

★ CCTV-lensvergrendelingsring (1,25 USD)

De elektronica van de picroscoop brengt u naar uw microwereld:

★ Laptop of desktopcomputer met Mac OS of Windows*

*Windows vereist PuttySoftware en WinSCP-software, terwijl Mac het vooraf geïnstalleerde Terminal-programma gebruikt

★ Raspberry Pi Zero W (10,00 USD) - TIJDELIJKE DEAL: Micro-center heeft 5 USD Pi Zero W!

ANDArducam - Raspberry Pi-camera (16,99 USD)

OF

RaspPi Zero W-camerapakket met 8 MP RaspPi-camera (44,95 USD)

★ GPIO mannelijke kop (0,95 USD)

★ 8+ GB SD-kaart (6,98 USD)

★ 120 pakje jumperdraden (6,98 USD) - Gevonden in Makerspaces - *U zult niet alle 120 gebruiken, maar het kan nooit kwaad om reserve, goedkope jumperdraden te hebben!

★ Schaar OF Draadstripper/-snijder (6,98 USD)

★ 20 Pak van 100 Ohm Weerstanden (0,95 USD)

★ Diffuus LED (0,50 USD) - Koop indien mogelijk een paar extra voor back-up

★ Micro-USB (2,99 USD) - Gevonden in de meeste huizen

★ Soldeerboutset (9,85 USD) - Gevonden in Makerspaces

De 3D-geprinte delen van de picroscoop ondersteunen uw Micro-World:

★ 3D-geprinte structurele componenten (8-12 USD) - Zip-bestand in stap 2

***BELANGRIJK: Koop alle materialen voordat je gaat bouwen! Lees ook zorgvuldig elke stap voor meer specifieke informatie over materialen.

Stap 2: 3D-printen

1. Download de STL_FIles.zip op uw computer en pak de bestanden uit in een map.

2. Druk de onderdelen af met uw eigen 3D-printer OF gebruik een van de vertrouwde online 3D-afdrukservices die hieronder worden vermeld.

3. BELANGRIJK: gebruik de volgende lijst om te weten hoeveel van elk onderdeel u moet afdrukken:

1. Basis = 1 deel
2. Basis+Top_Stops = 8 delen
3. Big_Slide_Tray = 2 delen
4. Cam_Fasteners = 2 delen
5. Cam+Lens_Holder = 1 deel
6. Lens_Remover = 1 deel
7. Small_Slide_Tray = 2 delen
8. Structurele_Walls = 2 delen

Voorgestelde online 3D-afdrukservices

Vertrouwde service die door mij wordt gebruikt - Maker Tree 3-D:

1. Bezoek https://www.makertree3d.com/ op uw computer.

2. Maak een account aan op Maker Tree 3D.

3. Log in op uw account.

4. Klik op 3D-afdrukservices en selecteer Bestanden uploaden voor 3D-afdrukken.

5. Upload alle STL-bestanden vanuit uw uitgepakte map.

6. Wijzig de hoeveelheden van elk onderdeel op basis van de BELANGRIJKE stap #3.

7. U kunt voor uw materiaal kiezen tussen PLA of ABS. Hoewel PLA goedkoper is, is ABS steviger en geeft het extra ondersteuning. Beide materialen zijn geschikt voor uw picroscoop, maar als uw budget het toelaat, kies dan voor ABS.

8. Onderdelenblikken worden verzonden voor minder dan $ 10 en binnen 3-5 werkdagen wanneer u kiest voor standaardverzending.

Vertrouwde service (inclusief internationale verzendservices) - 3D-hubs:

1. Bezoek https://www.3dhubs.com/ op uw computer.

2. Maak een account aan op 3D Hubs. Als je een studentenmailadres hebt, gebruik het e-mailadres dan voor je account en ontvang 25% korting op je bestelling.

3. Log in op uw account.

4. Klik op Aangepaste onderdelen bestellen en selecteer 3D-printen.

5. Upload alle STL-bestanden vanuit uw uitgepakte map.

6. Wijzig de hoeveelheden van elk onderdeel op basis van de BELANGRIJKE stap #3.

7. U kunt voor uw materiaal kiezen tussen PLA of ABS. Hoewel PLA goedkoper is, is ABS steviger en geeft het extra ondersteuning. Beide materialen zijn geschikt voor uw picroscoop, maar als uw budget het toelaat, kies dan voor ABS.

8. Onderdelenblikken worden verzonden voor minder dan $ 10 en binnen 3-5 werkdagen wanneer u kiest voor standaardverzending.

Stap 3: Raspberry Pi Zero W Setup

***Vergeet niet om al uw elektronische onderdelen te hebben voordat u doorgaat…

Er zijn meerdere manieren om de Raspberry Pi Zero W in te stellen. Sommige vereisen bepaalde materialen, andere niet. Ik heb een aantal van mijn favoriete websites voor het instellen van de minicomputer gegeven op basis van bepaalde materialen die je al dan niet hebt. Kies degene die het beste bij u past.

Beste beginnershandleiding voor Pi Zero W:

learn.sparkfun.com/tutorials/aan de slag…

*Deze gids biedt alle basisprincipes over Pi Zero W, inclusief een inleiding over de hardware en de installatie van het besturingssysteem (besturingssysteem). OPMERKING: Als u geen toegang hebt tot een computermonitor en een mini-naar-HDMI-kabel, lees dan tot "Het besturingssysteem installeren"

Beste Headless (geen toegang tot een computermonitor) Installatiehandleiding voor Pi Zero W:

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

*Deze website geeft je een geweldige gids over het instellen van het besturingssysteem zonder dat je een monitor nodig hebt. OPMERKING: Voor deze website is een Mac OS vereist. Als je Windows hebt, gebruik dan deze website:

Beste headless en offline (geen wifi-verbinding) installatiehandleiding voor Pi Zero W:

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

*Deze website (ook gemaakt door desertbot.io) geeft je een gids over hoe je je weg kunt hacken om het besturingssysteem in te stellen zonder dat je een monitor of zelfs een wifi-verbinding nodig hebt. OPMERKING: Voor deze website is ook een Mac OS vereist.

BELANGRIJK:

Noteer de hostnaam van uw Pi Zero W, de gebruikersnaam en het wachtwoord voor inloggen nadat u deze hebt ingesteld, omdat we deze zullen gebruiken om op afstand in te loggen op de Pi Zero W. Als u geen van deze informatie wijzigt, onthoud dan dat de standaard hostnaam en login wachtwoord is raspberrypi en de standaard login gebruikersnaam is pi.

Stap 4: Software-interface instellen

1. Voorzie de Pi Zero W van stroom met behulp van de micro-USB-kabel.

2. SSH (Remote Login) in de Raspberry Pi met uw laptop:

Voor Windows Putty:

1. Voer [HOSTNAME].local in voor de hostnaam, klik op de SSH-knop voor verbindingstype en klik op Openen.
2. Voer uw login gebruikersnaam en wachtwoord in wanneer daarom wordt gevraagd.

Voor Mac-terminal:

1. Voer deze opdracht in de Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Voer uw wachtwoord in wanneer daarom wordt gevraagd.

***OPMERKING: de volgende stap duurt ongeveer 10 uur. Het zal lang duren. Dus, als je bij stap 3.9 komt, wees dan klaar om te wachten … veel. Maar aan de positieve kant, je krijgt wat tijd om wat productieve dingen te doen. U kunt bijvoorbeeld doorgaan en uw Netflix-shows inhalen, de hele Star Wars Saga bekijken of zelfs vooruit werken in deze Instructables. De keuze is aan jou. Wat het ook is, ik wens je veel plezier!

3. Voer de volgende opdrachten in om OpenCV (Computer Vision) in te stellen in de CLI (Command Line Interface) op SSH:

**Opmerking: als de CLI u vraagt " Wilt u doorgaan?", voer dan y. in

sudo apt-get install build-essentieel

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

*** Afbeeldingen laten zien dat ik een bovenliggende map heb gemaakt die de gekloonde opencv-map bevat, maar die heb ik uit de stappen verwijderd om het een beetje gemakkelijker te maken …

git kloon

cd opencv/

mkdir bouwen

cd bouwen/

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

maken

sudo make install

CD

4. Download en pak de map picroscope.zip op uw laptop uit. Breng vervolgens de map over naar Pi Zero W:

Voor Windows WinSCP: *Afbeelding 6

1. Voer [HOSTNAME].local in voor de hostnaam, typ uw gebruikersnaam en wachtwoord voor aanmelding wanneer daarom wordt gevraagd, selecteer SFTP als bestandsprotocol en klik op Aanmelden.
2. Zoek en sleep de map van de schijf van je laptop aan de linkerkant van het programma naar rechts, waar je thuismap is voor de Pi Zero W.

Voor Mac Terminal: *Afbeelding 7

1. Klik op het plusteken van uw Terminal om een nieuw tabblad/sessie te maken.
2. Voer het commando in sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Voer uw wachtwoord in wanneer daarom wordt gevraagd.
4. Zoek het locatiepad van uw map op uw laptop en voer de opdracht pwd in het ssh-tabblad van uw terminal in om het homedirectory-pad van uw Pi Zero W te achterhalen. Kopieer deze paden wanneer daarom wordt gevraagd in de volgende stap.
5. Voer het commando put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW] in

5. Voer de volgende opdrachten in om te controleren of OpenCV werkt en of u het in Python kunt gebruiken: *Afbeelding 8

CD

python import cv2

Als je een foutmelding krijgt, los het probleem dan op via internet. Als al het andere faalt, post dan hieronder op het forum zodat de Instructables-gemeenschap en ik kunnen proberen te helpen.

Als je geen fouten hebt, werkt OpenCV! JA! U kunt de volgende opdracht invoeren om de Python CLI te sluiten:

Uitgang()

Je kunt je Pi Zero W eindelijk uitschakelen met deze opdracht:

sudo nu afsluiten

Koppel de USB-kabel los van de Pi Zero W.

Stap 5: Voeg de vergrotingsoptiek toe

***Vergeet niet om al uw 3D-geprinte en optische onderdelen te hebben voordat u doorgaat met deze stap…

1. Verzamel de 3D-geprinte camera en CCTV-lenshouder (camera + lenshouder), de CCTV-lens en de vergrendelingsring. *Foto 1

2. Richt de CCTV-lens zodat de kleinere lens naar boven wijst. *Afbeelding 2

3. Steek de georiënteerde CCTV-lens in het cilindrische gat van de lenshouder.

4. Duw de CCTV-lens voorzichtig door de ronde opening in de lenshouder. *Afbeelding 3

5. Plaats de vergrendelring bovenop de CCTV-lens. *Afbeelding 4

6. Schroef de borgring tot halverwege in de CCTV-lens. *Afbeelding 5

7. Trek de CCTV-lens voorzichtig naar beneden totdat de borgring aan de bovenkant van de lenshouder is bevestigd. *Afbeelding 6

Stap 6: Bouw de structuur

1. Verzamel de LED-verlichtingsbasis, de 2 structurele wanden en 4 van de 8 grote bevestigingsmiddelen. *Foto 1

2. Plaats de LED-verlichtingsbasis plat op de werkbank. *Afbeelding 2

3. Kies een van de structurele wanden en plaats de dikkere van de twee rechthoekige scharnieren (gemarkeerd op *Afbeelding 1) bovenop de basis zodat de gaten uitgelijnd zijn met twee van de vier basisgaten.

4. Bevestig de structurele muur in de basis met behulp van twee van de bevestigingsmiddelen.

5. Herhaal stap 3-4 voor de tweede muur. *Afbeelding 3

6. Verzamel de camera + lenshouder met de CCTV-lens en de andere 4 grote bevestigingsmiddelen. *Afbeelding 4

7. Lijn de camera+lenshouder uit met de bovenste scharnieren van de structurele muren, zodat de CCTV-lens naar de basis wijst.

8. Bevestig de houder aan de muren met behulp van de grote bevestigingsmiddelen. *Afbeelding 5

Leg de structuur opzij, terwijl we de Raspberry Pi en camera instellen.

Stap 7: Camera-instelling

Optische aanpassing van camera:

1. Gebruik de 3D-geprinte lensverwijderaar om de lens op de camera los te schroeven. *Afbeelding 1 en 2
2. Verwijder voorzichtig het hete spiegelglasfilter in de camera. *Afbeelding 3
3. Bewaar de lens en glasfilter in een veilige en droge opbergeenheid (d.w.z. plastic zak).

De camera aansluiten op Pi Zero W:

1. Verzamel de camera, Raspberry Pi Zero W en CSI-kabel. *Afbeelding 4
2. Open de CSI-poort van de camera en de CSI-poort van de Raspberry Pi. *Afbeelding 5
3. Sluit de twee uiteinden van de CSI-kabel aan op de CSI-poorten op basis van hun afmetingen. *Afbeelding 6
4. Sluit de CSI-poorten.

Stap 8: Camera-interface instellen op Pi Zero W

1. Voorzie de Pi Zero W van stroom met behulp van de micro-USB-kabel.

2. SSH in de Pi Zero W, zoals gewoonlijk (stap 3 ter referentie)

3. Volg de opdrachten om de camera-interface op de Pi Zero W in te schakelen:

1. Voer sudo raspi-config in in de CLI
2. Selecteer "5 interface-opties"
3. Selecteer "P1-camera"
4. Selecteer "Ja" wanneer u wordt gevraagd of de camera moet worden ingeschakeld
5. Selecteer "Ja" wanneer u wordt gevraagd om de Pi Zero W. opnieuw op te starten

4. SSH nogmaals in de Pi Zero W

5. Voer opdrachten uit om de interface van Python met de camera en de gebruiksvriendelijke server te downloaden:

sudo pip installeer picamera

sudo pip install Flask

7. Volg deze stappen en opdrachten om te testen of de camera werkt:

cd picroscoop

python LiveStream.py

1. Open een webbrowser en voer het volgende in de URL-balk in: [HOSTNAME].local:5000
2. Je zou een livestream van je camera moeten kunnen zien. De livestream zal wazig zijn omdat de camera geen lens heeft, maar maak je daar geen zorgen over. Uw camera is volledig functioneel voor de picroscoop! JA!

8. Schakel de Pi Zero W uit en koppel zowel de micro-USB- als de CSI-kabels los.

Stap 9: Final Hardware Setup (Klaar… Set… Soldeer!)

***Als je jonger bent dan 16 jaar, soldeer dan alsjeblieft onder toezicht van een volwassene!

Soldeerkoppennen naar Pi Zero W:

1. Verzamel je Pi Zero W, soldeerset en GPIO mannelijke koppennen.
2. Plaats het kortere uiteinde van de koppennen door de voorkant van de Pi Zero W. *Afbeelding 1
3. Soldeer de 40 pinnen voorzichtig met je soldeerboutset. Als je nog nooit eerder hebt gesoldeerd, raad ik je aan deze geweldige gids te bekijken (inclusief een geweldige video voor beginners): https://learn.sparkfun.com. *Afbeelding 2
4. Bewaar je soldeerbout voor de volgende stap. Koppel het echter los als u het materiaal van de volgende installatie niet hebt.

LED-verlichting instellen (UPDATE: draadstrippen en solderen nu vereist):

1. Verzamel 2 vrouwelijke-naar-vrouwelijke jumperdraden, Pi Zero W, één weerstand van 100 ohm, één diffuse LED. *Afbeelding 3
2. Verwijder de jumperdraadconnector met een schaar en strip het ene uiteinde van elke jumperdraad met een schaar of een draadstripper. *Afbeelding 4
3. Soldeer een jumperdraad aan de korte kabel van de diffuse LED.
4. Soldeer de weerstand aan de lange draad van de diffuse LED en het andere uiteinde van de weerstand aan de tweede gestripte draad.
5. Sluit de jumperdraad die is gesoldeerd aan de korte kabel van de LED aan op pin 6 op de Pi Zero W. *Afbeelding 7 ter referentie
6. Opruimen nadat u klaar bent met solderen. De soldeerapparatuur is niet meer nodig.
7. Voorzie de Pi Zero W van stroom met de Micro-USB.
8. Sluit de andere jumperdraad aan op pin 2 op de Pi Zero W. De LED moet oplichten! JA!
9. Koppel de jumperdraden los die zijn aangesloten op de Pi Zero W en de Micro-USB.
10. Bewaar al deze materialen voor de uiteindelijke opstelling.

Eindopstelling:

1. Verzamel nu uw 3D-geprinte structuur, camera, CSI-kabel, camerabevestigingen, kleine objectglaasjes en grote objectglaasjes.
2. Plaats de camera bovenop de camera+lenshouder en zet deze vast met de camerabevestigingen. *Afbeelding 8
3. Monteer de Pi Zero W op een van de structurele wanden met behulp van de 40 pinhole-array op de wanden. *Afbeelding 9
4. Sluit de CSI-kabel aan op de camera en de Pi Zero W. *Afbeelding 10
5. Plaats de kleine of grote schuifladen in de spleten van de structurele wanden.
6. Sluit tot slot de jumperdraden en LED weer aan op de Raspberry Pi Zero W. Plaats de LED in de pinhouder op de verlichtingsbasis. *Afbeelding 11

GEFELICITEERD! Je hebt je picroscoop gebouwd! Maak er een foto van en post hieronder!

Stap 10: Uw picroscopische wereld maken

1. Voorzie de Pi Zero W van stroom met behulp van de micro-USB-kabel.

2. SSH naar de Pi Zero W.

3. Pak een van de microscoopglaasjes en plaats een heel klein voorwerp op het glaasje, zoals een haarlok.

4. Plak een stukje tape op het object zodat het op de slede vastzit. Dit helpt bij het scherpstellen van het object.

4. Schuif het microscoopglaasje door de trays op uw picroscoop.

5. Volg deze opdrachten om te testen of de picroscoop werkt:

1. Voer in: cd-picroscoop
2. Voer in: python LiveStream.py
3. Pas de focus van uw afbeelding aan door de CCTV-lens voorzichtig met de klok mee of tegen de klok in te draaien. *Foto 1

6. U kunt nu de microscopische (4x) afbeelding van uw haarstreng zien! Probeer andere microscopisch kleine objecten of zelfs levende wezens, zoals kleine beestjes.

*Vergeet niet om voorzichtig te zijn bij het hanteren van de picroscoop en, nog belangrijker, plezier te hebben!

Stap 11: Euglena World

Aanvullende materialen voor een microscopische leefwereld

★ Pipetten en Euglena Gracilis (10.75):

★ Petroleum Jelly (2.40):

★ Objectglaasjes en dekglaasjes

★Dubbelzijdige doorzichtige tape

Sharpie

Een Euglena-wereld bouwen

1. Knip twee zeer kleine stroken dubbelzijdig plakband uit de tapedispenser.

2. Plaats de tape op tegenoverliggende randen van een dekglaasje.

3. Plak het dekglaasje op het midden van het objectglaasje.

4. Pipetteer een klein beetje van het Euglena Gracilis-water uit de pot.

5. Plaats een druppel pipetwater in de rand van het dekglaasje zonder tape. Zorg ervoor dat het hele gebied onder het dekglaasje bedekt is met water.

7. Gebruik een papieren handdoek om eventueel extra water op de glijbaan op te ruimen.

8. Voeg een klein beetje vaseline toe aan de randen van de dekglaasjes. Het is het beste om een wattenstaafje te gebruiken om de gelei toe te voegen, omdat de gelei het water helpt verdampen.

9. Gebruik een sharpie om de naam van uw monster en de datum ergens op de dia te schrijven. Dit is ter referentie en is een goede laboratoriumpraktijk.

10. Je Euglena World is klaar! Bekijk het onder je Picroscope!

Lees meer over de verbazingwekkende fototactische vermogens van de Euglena:

Hierboven heb ik een paar video's toegevoegd om een glimp te geven van wat je kunt doen met de Euglena World en de beeldverwerkingsprogramma's.

Stap 12: Shout Outs en samenwerking

Heel erg bedankt aan het Riedel-Kruse Lab aan de Stanford University! Zonder hun steun en mentorschap had ik dit geweldige project nooit kunnen bedenken, ontwerpen en bouwen! Bekijk hier al hun coole interactieve biotech-onderzoeken:

Bedankt en Shout Outs:

--- Dank aan professor Ingmar Riedel-Kruse dat ik deze zomer in uw lab mocht werken!

--- Bedankt aan Honesty voor het zijn van een GEWELDIGE mentor en vriend. Je was er altijd om me te begeleiden terwijl ik ook mijn eigen ontwerpen en antwoorden op problemen kon bedenken.

--- Bedankt aan Peter dat je weer een GEWELDIGE mentor en vriend bent.

--- Bedankt aan alle leden van het Riedel-Kruse Lab voor hun hulp bij specifieke en technische problemen.

--- S/O en enorm bedankt aan mijn familie om me altijd aan te moedigen en te steunen!

Als je geïnteresseerd bent om met mij samen te werken, post dan hieronder op het forum! Druk ook op de favoriet-knop en vergeet niet op mij te stemmen!

Volg mij op Twitter @RiksEddy om te zien wat ik nog meer maak!!

Beste wensen voor uw toekomstige inspanningen, Rik

Eerste prijs in de Raspberry Pi-wedstrijd 2017