Picroscope: Lavpris interaktivt mikroskop: 12 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Hei og velkommen!

Jeg heter Picroscope. Jeg er et rimelig, DIY, RPi-drevet mikroskop som lar deg lage og samhandle med din egen mikroverden. Jeg er et flott praktisk prosjekt for noen som er interessert i bioteknologi og verdener innen mikrobiologi, optikk eller DIY-elektronikk. Jeg kan bygges av stort sett alle, uansett alder eller ferdighetsnivå. Enten du er en ungdomsskole som leter etter et kult vitenskapsprosjekt, en videregående student i en biologiklasse, en produsent i garasjen din, eller til og med en forsker som gjør eksperimenter innen biofysikk, er målet mitt å hjelpe deg å bedre forstå den mikroskopiske verden som omgir du. Ved hjelp av noen få elektroniske komponenter og en 3D-skriver kan jeg bygges i løpet av en dag og et budsjett på 60 dollar!

Hvis du har kommet så langt, betyr det at du er interessert i å lage en av meg! Ja! La oss komme i gang!

Trinn 1: Materialer og kostnader ($)

Mikrobiologien til mikroskopet gir liv til din mikroverden:

★ Mikroskopglass og omslagsbilder (6,78 USD)

★ Klar ensidig tape

Optikken til mikroskopet forstørrer din mikroverden:

★ CCTV -objektiv (3,25 USD)

★ CCTV -objektivlåsering (1,25 USD)

Elektronikken til mikroskopet tar deg til din mikroverden:

★ Bærbar eller stasjonær datamaskin med Mac OS eller Windows*

*Windows krever PuttySoftware og WinSCP-programvare, mens Mac bruker det forhåndsinstallerte Terminal-programmet

★ Raspberry Pi Zero W (10.00 USD) - BEGRENSET TIDBUD: Micro -center har 5 USD Pi Zero W!

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

ELLER

RaspPi Zero W -kamerapakke med 8MP RaspPi -kamera (44,95 USD)

★ GPIO hannhodet (0,95 USD)

★ 8+ GB SD -kort (6,98 USD)

★ 120 pakker med hoppetråder (6,98 USD) - Funnet i Makerspaces - *Du vil ikke bruke alle 120, men det skader aldri å ha ekstra, billige hoppetråder!

★ Saks ELLER Wire Stripper/Cutter (6,98 USD)

★ 20 pakker med 100 ohm motstander (0.95 USD)

★ Spredt LED (0,50 USD) - Kjøp et par ekstra for sikkerhetskopiering, hvis mulig

★ Micro USB (2,99 USD) - Funnet i de fleste hjem

★ Loddeboltsett (9,85 USD) - Funnet i Makerspaces

3D-trykte deler av mikroskopet støtter din Micro-World:

★ 3-D-trykte strukturelle komponenter (8-12 USD)-Zip-fil i trinn 2

*** VIKTIG: Kjøp alt materiale før du bygger! Les også hvert trinn nøye for mer spesifikk informasjon om materialer.

Trinn 2: 3D-utskrift

1. Last ned STL_FIles.zip på datamaskinen og pakk ut filene til en mappe.

2. Skriv ut delene med din egen 3D-skriver ELLER bruk en av de pålitelige 3D-utskriftstjenestene som er oppført nedenfor.

3. VIKTIG: Bruk følgende liste for å vite hvor mange av hver del du trenger å skrive ut:

1. Base = 1 del
2. Base+Top_Stops = 8 deler
3. Big_Slide_Tray = 2 deler
4. Cam_Fasteners = 2 deler
5. Cam+Lens_Holder = 1 del
6. Lens_Remover = 1 del
7. Small_Slide_Tray = 2 deler
8. Structural_Walls = 2 deler

Foreslåtte online 3D-utskriftstjenester

Trusted Service brukt av meg - Maker Tree 3 -D:

1. Besøk https://www.makertree3d.com/ på datamaskinen din.

2. Opprett en konto på Maker Tree 3D.

3. Logg deg på kontoen din.

4. Klikk på 3D-utskriftstjenester og velg Last opp filer for 3D-utskrift.

5. Last opp alle STL -filene fra den utpakkede mappen.

6. Endre mengder av hver del basert på VIKTIG trinn #3.

7. Du kan velge mellom PLA eller ABS for materialet ditt. Selv om PLA er billigere, er ABS mer robust og gir ekstra støtte. Enten materiale vil fungere for ditt mikroskop, men hvis budsjettet tillater det, velg ABS.

8. Deler bokser kan sendes for under $ 10 og innen 3-5 virkedager når du velger standard frakt.

Trusted Service (Inkluderer internasjonale forsendelsestjenester) - 3D -hubber:

1. Besøk https://www.3dhubs.com/ på datamaskinen din.

2. Opprett en konto på 3D Hubs. Hvis du har en student -e -post, kan du bruke e -posten for kontoen din og få 25% rabatt på bestillingen.

3. Logg deg på kontoen din.

4. Klikk på Bestill tilpassede deler og velg 3D-utskrift.

5. Last opp alle STL -filene fra den utpakkede mappen.

6. Endre mengder av hver del basert på VIKTIG trinn #3.

7. Du kan velge mellom PLA eller ABS for materialet ditt. Selv om PLA er billigere, er ABS mer robust og gir ekstra støtte. Enten materiale vil fungere for ditt mikroskop, men hvis budsjettet tillater det, velg ABS.

8. Deler bokser kan sendes for under $ 10 og innen 3-5 virkedager når du velger standard frakt.

Trinn 3: Raspberry Pi Zero W -oppsett

*** Husk å ha alle dine elektroniske deler før du fortsetter …

Det er flere måter å konfigurere Raspberry Pi Zero W. Noen krever visse materialer, mens andre ikke gjør det. Jeg har gitt noen av mine favorittnettsteder for å sette opp minidatamaskinen basert på visse materialer du kanskje har eller ikke har. Velg den som er best for deg.

Beste nybegynnerguide til Pi Zero W:

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

*Denne guiden inneholder alt det grunnleggende om Pi Zero W, inkludert en introduksjon om maskinvaren og operativsystemet (operativsystemet). MERK: Hvis du ikke har tilgang til en dataskjerm og en mini-til-HDMI-kabel, leser du opp til "Installere operativsystemet"

Beste hodeløse (ingen tilgang til en datamaskinmonitor) installasjonsveiledning for Pi Zero W:

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

*Dette nettstedet gir deg en flott guide til hvordan du konfigurerer operativsystemet uten at du trenger en skjerm. MERK: Dette nettstedet krever at du har Mac OS. Hvis du har Windows, kan du bruke dette nettstedet:

Beste hodeløse og frakoblede (ingen wifi -tilkobling) oppsettguide til Pi Zero W:

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

*Dette nettstedet (også laget av desertbot.io) gir deg en guide for hvordan du kan hacke deg inn i å sette opp operativsystemet uten å trenge en skjerm eller til og med en wifi -tilkobling. MERK: Dette nettstedet krever også at du har Mac OS.

VIKTIG:

Noter Pi Zero Ws vertsnavn, brukernavn og passord for pålogging etter at du har konfigurert det, fordi vi vil bruke det til å logge inn på Pi Zero W. passordet er raspberrypi og standard brukernavn for pålogging er pi.

Trinn 4: Oppsett av programvaregrensesnitt

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabelen.

2. SSH (ekstern pålogging) til Raspberry Pi ved hjelp av den bærbare datamaskinen:

For Windows Putty:

1. Skriv inn [HOSTNAME].lokalt for vertsnavnet, klikk på SSH -knappen for tilkoblingstype, og klikk på Åpne.
2. Skriv inn brukernavn og passord for pålogging når du blir bedt om det.

For Mac Terminal:

1. Skriv inn denne kommandoen i Terminal ssh [USERNAME]@[HOSTNAME].local
2. Skriv inn passordet ditt når du blir bedt om det.

*** MERK: Følgende trinn vil ta ~ 10 timer å fullføre. Det blir lang tid. Så når du kommer til trinn 3.9., Så vær klar til å vente … mye. Men på den lyse siden får du litt tid til å gjøre noen produktive ting. For eksempel kan du fortsette å følge med på Netflix -programmene dine, se hele Star Wars Saga eller til og med jobbe videre i denne instruksen. Valget er ditt. Uansett hva det måtte være, håper jeg at du koser deg!

3. Skriv inn følgende kommandoer for å konfigurere OpenCV (Computer Vision) i CLI (Command Line Interface) på SSH:

** Merk: Hvis CLI når som helst ber deg "Vil du fortsette?", Skriver du inn 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

*** Bilder viser at jeg har laget en overordnet katalog som inneholder den klonede opencv -katalogen, men jeg har kastet det fra trinnene for å gjøre ting litt enklere …

git -klon

cd opencv/

mkdir build

cd bygge/

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

gjøre

sudo gjør installering

cd

4. Last ned og pakk ut picroscope.zip -mappen på den bærbare datamaskinen. Overfør deretter mappen til Pi Zero W:

For Windows WinSCP: *Bilde 6

1. Skriv inn [HOSTNAME].lokalt for vertsnavnet, skriv inn brukernavn og passord for pålogging når du blir bedt om det, velg SFTP for filprotokoll, og klikk på pålogging.
2. Finn og dra mappen fra den bærbare datamaskinens stasjon til venstre for programmet til høyre, der er hjemmekatalogen din for Pi Zero W.

For Mac Terminal: *Bilde 7

1. Klikk på plusstegnet på terminalen din for å lage en ny fane/økt.
2. Skriv inn kommandoen sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local
3. Skriv inn passordet ditt når du blir bedt om det.
4. Finn ut plasseringsbanen til mappen din på den bærbare datamaskinen din og skriv inn kommandoen pwd i ssh -fanen på terminalen for å finne ut hjemmekatalogbanen til din Pi Zero W. Kopier disse banene når du blir bedt om det i neste trinn.
5. Skriv inn kommandoen put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5. Skriv inn følgende kommandoer for å sjekke om OpenCV fungerer og om du kan bruke det i Python: *Bilde 8

cd

python import cv2

Hvis du får en feil, kan du feilsøke bruk av internett. Hvis alt annet mislykkes, vennligst legg ut nedenfor på forumet slik at Instructables -fellesskapet og jeg kan prøve å hjelpe.

Hvis du ikke har noen feil, fungerer OpenCV! JA! Du kan skrive inn følgende kommando for å lukke Python CLI:

exit()

Du kan endelig slå av Pi Zero W med denne kommandoen:

sudo nedleggelse nå

Koble USB -kabelen fra Pi Zero W.

Trinn 5: Legg til forstørrelsesoptikken

*** Husk å ha alle dine 3D-trykte og optiske deler før du fortsetter til dette trinnet …

1. Samle 3D-trykt kamera og CCTV-objektivholder (kamera+objektivholder), CCTV-objektivet og låseringen. *Bilde 1

2. Orienter CCTV -objektivet slik at det mindre objektivet vender oppover. *Bilde 2

3. Sett det orienterte CCTV -objektivet inn i det sylindriske hullet på objektivholderen.

4. Skyv CCTV -objektivet forsiktig gjennom den sirkulære åpningen i objektivholderen. *Bilde 3

5. Sett låseringen på toppen av CCTV -objektivet. *Bilde 4

6. Skru låseringen halvveis inn i CCTV-objektivet. *Bilde 5

7. Trekk CCTV -objektivet forsiktig ned til låseringen festes på toppen av objektivholderen. *Bilde 6

Trinn 6: Bygg strukturen

1. Samle LED -belysningsbasen, de 2 strukturveggene og 4 av de 8 store festene. *Bilde 1

2. Plasser LED -belysningsbasen flatt oppå arbeidsbenken. *Bilde 2

3. Velg en av konstruksjonsveggene og legg den tykkere av de to rettvinklede hengslene (markert på *Bilde 1) på toppen av sokkelen, slik at hullene stemmer overens med to av de fire bunnhullene.

4. Fest konstruksjonsveggen i sokkelen med to av festene.

5. Gjenta trinn 3-4 for den andre veggen. *Bilde 3

6. Saml kamera+objektivholder med CCTV -objektivet og de fire andre store festene. *Bilde 4

7. Juster kameraet+objektivholderen på toppen av de strukturelle veggene, slik at CCTV -objektivet vender mot basen.

8. Fest holderen på veggene med de store festene. *Bilde 5

Legg strukturen til side, mens vi konfigurerer Raspberry Pi og kamera.

Trinn 7: Kameraoppsett

Optisk justering av kamera:

1. Bruk 3-D Printed Lens Remover til å skru av objektivet på kameraet. *Bilde 1 og 2
2. Fjern forsiktig glassglassfilteret i kameraet. *Bilde 3
3. Oppbevar linsen og glassfilteret i en trygg og tørr lagringsenhet (dvs. plastpose).

Koble kameraet til Pi Zero W:

1. Samle kameraet, Raspberry Pi Zero W og CSI -kabelen. *Bilde 4
2. Åpne kameraets CSI -port, samt Raspberry Pi's CSI -port. *Bilde 5
3. Koble de to endene av CSI -kabelen til CSI -portene basert på størrelsen. *Bilde 6
4. Lukk CSI -portene.

Trinn 8: Sett opp kameragrensesnittet på Pi Zero W

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabelen.

2. SSH i Pi Zero W, som vanlig (trinn 3 for referanse)

3. Følg kommandoene for å aktivere kameragrensesnittet på Pi Zero W:

1. Skriv inn sudo raspi-config i CLI
2. Velg "5 grensesnittalternativer"
3. Velg "P1 kamera"
4. Velg "Ja" når du blir spurt om kameraet skal være aktivert
5. Velg "Ja" når du blir bedt om å starte Pi Zero W på nytt

4. SSH inn i Pi Zero W, nok en gang

5. Kjør kommandoer for å laste ned pythons grensesnitt med kameraet og brukervennlig server:

sudo pip installer picamera

sudo pip installere Flask

7. Følg disse trinnene og kommandoene for å teste om kameraet fungerer:

cd -mikroskop

python LiveStream.py

1. Åpne en nettleser og skriv inn følgende i URL -linjen: [HOSTNAME].local: 5000
2. Du bør kunne se en direktesending av kameraet ditt. Livestrømmen blir uskarp fordi kameraet ikke har noe objektiv, men ikke bekymre deg for det. Kameraet ditt er fullt funksjonelt for Picroscope! JA!

8. Slå av Pi Zero W og koble fra både Micro-USB og CSI-kablene.

Trinn 9: Slutt maskinvareoppsett (klar … Sett … loddetinn!)

*** Hvis du er UNDER 16 år, Vennligst lodd med voksen tilsyn!

Lodding Header Pins til Pi Zero W:

1. Saml Pi Zero W, loddesett og GPIO mannlige toppnål.
2. Plasser den kortere enden av toppnålene foran Pi Zero W. *Bilde 1
3. Lodd forsiktig de 40 pinnene med loddejernssettet. Hvis du aldri har loddet før, foreslår jeg at du tar en titt på denne fantastiske guiden (inkluderer en flott video for nybegynnere): https://learn.sparkfun.com. *Bilde 2
4. Behold loddejernet ditt for neste trinn. Koble den imidlertid fra hvis du ikke har det neste oppsettets materialer.

Oppsett av LED -belysning (OPPDATERING: Trådstripping og lodding kreves nå):

1. Samle 2 kvinnelige til kvinnelige jumperledninger, Pi Zero W, en 100-Ohm motstand, en diffust LED. *Bilde 3
2. Fjern jumper wire -kontakten med saks og strip den ene enden av hver jumper wire med saks eller en wire stripper. *Bilde 4
3. Lodd en jumperwire til den korte ledningen til Diffused LED.
4. Lodd motstanden til den lange ledningen til den spredte LED -en og den andre enden av motstanden til den andre strippede ledningen.
5. Koble jumperwiren som er loddet til den korte ledningen til LED -en til Pin 6 på Pi Zero W. *Bilde 7 for referanse
6. Opprydding etter at du er ferdig med lodding. Loddeutstyret er ikke lenger nødvendig.
7. Kjør Pi Zero W med Micro-USB.
8. Koble den andre Jumper Wire til Pin 2 på Pi Zero W. LED -lampen skal lyse! JA!
9. Koble fra jumperledningene som er koblet til Pi Zero W og Micro-USB.
10. Behold alle disse materialene for det siste oppsettet.

Sluttoppsett:

1. Saml nå din 3D-trykte struktur, kamera, CSI-kabel, kamerafester, små lysbildeskuffer og store lysbildeskuffer.
2. Plasser kameraet på toppen av kameraet+objektivholderen og fest det med kamerafester. *Bilde 8
3. Monter Pi Zero W på en av strukturveggene ved hjelp av 40 -pinners hullarray på veggene. *Bilde 9
4. Koble CSI -kabelen til kameraet og Pi Zero W. *Bilde 10
5. Sett enten de små eller store lysbildeskuffene inn i spaltene på strukturveggene.
6. Til slutt kobler du ledertrådene og LED -en tilbake til Raspberry Pi Zero W. Plasser lysdioden i pinneholderen på belysningsbasen. *Bilde 11

GRATULERER! Du har bygget ditt mikroskop! Ta et bilde av det og legg ut under!

Trinn 10: Lag din mikroskopiske verden

1. Slå på Pi Zero W med mikro-USB-kabelen.

2. SSH inn i Pi Zero W.

3. Saml et av mikroskopglassene og legg et veldig lite objekt på objektglasset, for eksempel en hårstrå.

4. Legg et stykke tape på objektet slik at det festes til lysbildet. Dette hjelper med å fokusere objektet.

4. Skyv mikroskopet Skyv gjennom skuffene på mikroskopet.

5. Følg disse kommandoene for å teste om mikroskopet fungerer:

1. Skriv inn: cd picroscope
2. Skriv inn: python LiveStream.py
3. Juster fokuset på bildet ditt ved å vri CCTV-objektivet forsiktig enten med eller mot klokken. *Bilde 1

6. Du kan nå se det mikroskopiske (4x) bildet av hårstrengen din! Prøv andre mikroskopiske gjenstander eller til og med levende ting, for eksempel små insekter.

*Husk å være forsiktig når du håndterer mikroskopet, og enda viktigere, ha det gøy!

Trinn 11: Euglena World

Ytterligere materialer for en mikroskopisk leveverden

★ Pipetter og Euglena Gracilis (10.75):

★ vaselin (2.40):

★ Mikroskop lysbilder og dekkglass

★ Dobbeltsidig klar tape

★ Sharpie

Å bygge en Euglena -verden

1. Klipp to ekstremt små strimler med dobbeltsidig tape fra tapedispenseren.

2. Plasser tapen på motsatte kanter av et dekkglass.

3. Fest dekkglasset på midten av objektglasset.

4. Pipetter litt av Euglena Gracilis -vannet fra glasset.

5. Sett en dråpe pipettevann inn i kanten av dekkglasset uten tape. Se for å sikre at hele området under dekkglasset er dekket med vann.

7. Bruk et papirhåndkle til å rydde opp i ekstra vann på lysbildet.

8. Tilsett litt vaselin til kantene på dekkglassene. Det er best å bruke en bomullspinne for å tilsette geléen siden geléen hjelper vannet fra å fordampe.

9. Bruk en sharpie til å skrive navnet på prøven og datoen et sted på lysbildet. Dette er til referanse og er en god laboratoriepraksis.

10. Din Euglena -verden er klar! Sjekk det under ditt mikroskop!

Les om de fantastiske fototaktiske evnene til Euglena:

Over har jeg lagt til et par videoer for å gi et glimt av hva du vil kunne gjøre med Euglena World og bildebehandlingsprogrammene.

Trinn 12: Rop ut og samarbeid

Tusen takk til Riedel-Kruse Lab ved Stanford University! Uten deres støtte og veiledning hadde jeg aldri klart å konseptualisere, designe og bygge dette fantastiske prosjektet! Sjekk all den kule interaktive bioteknologiske forskningen her:

Takk og rop ut:

--- Takk til professor Ingmar Riedel-Kruse for at jeg fikk jobbe i laboratoriet ditt i sommer!

--- Takk til ærlighet for å være en fantastisk mentor og venn. Du var alltid der for å veilede meg, samtidig som du lot meg komme med mine egne design og svar på problemer.

--- Takk til Peter for å være nok en FANTASTISK mentor og venn.

--- Takk til alle medlemmene på Riedel-Kruse Lab for at de hjalp meg med spesifikke og tekniske problemer.

--- S/O og Stor takk til familien min for alltid å oppmuntre og støtte meg!

Hvis du er interessert i å samarbeide med meg, vennligst legg ut nedenfor på forumet! Trykk også på favorittknappen, og ikke glem å stemme på meg!

Følg meg på Twitter @RiksEddy for å se hva annet jeg lager !!

De beste ønsker for dine fremtidige bestrebelser, Rik

Førstepremie i Raspberry Pi -konkurransen 2017