教你用树莓派制造低成本交互式显微镜

电子工程世界

我知道这里有很多对生物感兴趣的 Maker 朋友们，本期要向大家推荐一个实用的装备类项目，由树莓派、摄像头、CCTV 镜头和一组 3D 打印支架装配成的交互式显微镜。

造价低廉，功能强大，是时候用它来替代传统的小学生实验显微镜了！

来两段测试视频，感受一下实际效果：

材料清单

树莓派 Zero W ×1
树莓派摄像头×1
载玻片×1
盖玻片×1
CCTV 镜头×1
CCTV 镜头锁紧环×1
GPIO 排针×1
SD 卡 8G×1
跳线×若干
剪刀×1
钳子×1
100 欧姆电阻器×若干
LED×1
Micro USB 线×1
焊接套件×1
3D 组件×1
透明胶带×1

3D 打印

在项目文件库中下载 STL_FIles.zip 文件并解压。
自行 3D 打印或在某宝找商家打印组件，材料建议使用 ABS、PLA 均可。

3D 打印的部件为：
底部×1
底部和顶部的固定螺丝×8
侧面大托盘×2
相机固定螺丝×2
相机和镜头插座×1
镜头转动组件×1
侧面小托盘×2
结构主体×2

安装所需软件

1、使用 Micro-USB 线为树莓派 Zero W 供电。

2、通过 SSH 用电脑远程登录树莓派：
对于 Windows Putty：
第一步：输入 [HOSTNAME].local 作为主机名，点击连接类型——SSH按钮，然后单击打开。
第二步：出现提示后输入你的登录用户名和密码。
对于 Mac 终端：
第一步：在终端 SSH 中输入此命令 [USERNAME]@[HOSTNAME].local 。
第二步：出现提示后输入密码。
注意：接下来的步骤大约需要10个小时才能完成，请耐心完成。

3、在 SSH 上的 CLI（命令行界面）中输入以下命令设置 OpenCV：
注意，如果 CLI 跳出提示“是否继续？”，请输入 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

如图所示，我创建了一个上级目录包括克隆的 opencv 目录，但最终我没有采用，这样可以更简单一些。

git clone https://github.com/opencv/opencv.git
cd opencv/
mkdir build
cd build/
cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON ..
make
sudo make install
cd

4、在电脑上下载并解压缩 picroscope.zip 文件夹。
源码文件请在项目文件库中下载。
https://make.quwj.com/project/146

然后，将文件夹上传到树莓派 Zero W：
对于 Windows WinSCP。
第一步：输入[HOSTNAME].local作为主机名，在提示后输入登录用户名和密码，选择 SFTP 为文件的协议方式，然后点击登陆。
第二步：在电脑驱动中找程序文件并将文件从左拖到右侧，这就是树莓派 Zero W 的主目录。

对于 Mac 终端。

第一步：单击终端的加号，创建新选项卡或会话。
第二步：输入命令 sftp [USERNAME]@[HOSTNAME].local。
第三步：出现提示后输入密码。
第四步：在电脑上找到文件夹的位置路径，并在终端的 SSH 选项卡中输入命令 pwd，找出树莓派 Zero W 的主目录路径。复制路径以备使用。
第五步：输入命令 put -r [PATH2FOLDER-Laptop] [PATH2HOME-PiZeroW]

5、输入以下命令，检查 OpenCV 是否有效以及是否可以在 Python 中使用。

cd
python
import cv2

如果显示错误，请使用网络进行问题排查。如果其他方法都行不通，请发帖提问。

如果没有问题，OpenCV 可以正常使用。你可以输入以下命令来关闭 Python CLI。

exit()

输入以下命令关闭树莓派。

sudo shutdown now

断开 USB 线。

组装 3D 组件

3D 打印的组件完成后，在这一步进行组装。
1、镜头部分

摄像头和 CCTV 镜头支架（摄像头+镜头支架），镜头和锁紧环。

调整镜头的方向，使较小的镜头朝上。

小心地将镜头穿过镜头支架中的圆孔中。

将锁紧环放置到镜头顶部。

将锁紧环固定到镜头中并小心地将镜头向下拉，直到锁紧环固定到镜头支架的顶部。

2、结构主体部分

底座，两个结构主体和四个固定件。

从底座开始组装。

固定结构主体，将支脚较厚的那一边安装在底座上并固定到位。

镜头、另外四个固定件、摄像头+镜头支架。

将摄像头+镜头支架固定到结构主体的顶部，使镜头朝向底座并固定到位。

安装摄像头

1、摄像头的光学调整。

使用 3D 打印的镜头移除器将镜头从摄像头上移除。

小心地移除摄像头中的热镜玻璃滤光镜，将镜头和玻璃滤光镜收拾好并保持干燥。
2、将摄像头连接到树莓派 Zero W。

摄像头，树莓派 Zero W 和 CSI 线。

打开摄像头的 CSI 端口和树莓派的 CSI 端口。

根据 CSI 端口的大小将 CSI 电缆的两端连接到 CSI 端口。
最后关闭 CSI 端口。

在树莓派上配置摄像头

1、用 Micro-USB 线为树莓派供电，通过 SSH 进入树莓派（参考前面的步骤）。
2、用以下命令启用树莓派上的摄像头接口：
在 CLI 中输入 sudo raspi-config
选择“Interfacing Options”
选择“Camera”
当系统询问是否启用相机时，选择“是”
当要求重启树莓派时，选择“是”
3、再次通过 SSH 进入树莓派。
4、运行命令，下载摄像头和简易服务器的 python 的界面。

sudo pip install picamera
sudo pip install Flask

5、运行以下命令，测试摄像头是否正常工作。

cd picroscope
python LiveStream.py

第一步：打开浏览器并在 URL 栏中输入：[HOSTNAME].local:5000

第二步：你应该可以看到摄像头在直播。由于没有镜头，画面会比较模糊，不用担心。

6、关闭树莓派并断开 Micro-USB 和 CSI 线。

安装硬件

1、焊接排针针脚到树莓派。需要树莓派，焊接套件和 GPIO 排针。
将较短的排针端穿过树莓派的正面。小心焊接四十个引脚。

2、LED 照明的安装。需要两根母对母跳线，树莓派，一个 100 欧姆电阻和一个 LED。

取下跳线连接器，剥离跳线一端的电线。

将 LED 的短端焊接到跳线上。

将电阻器焊接到 LED 的长端并将电阻器的另一端焊连接到剥离的线上。

如图所示，将连接 LED 短端的跳线连接到树莓派的引脚 6。

使用 Micro-USB 线为树莓派供电。
将另一个跳线连接到树莓派的引脚 2，此时，LED 应该会亮起。
断开连接树莓派和 Micro-USB 线的跳线。

3、最后的安装。需要组装好的 3D 打印组件、摄像头、CSI 电线、摄像头固定件固件等。
将摄像头放在支架顶部并固定到位。

将树莓派安装到位。

将 CSI 电线连接到摄像头和树莓派。

将小或大的滑动托盘嵌入到侧面的缝隙中。

最后，将跳线和 LED 连接到树莓派。将 LED 放在底座的排座上。

测试

1、用 Micro-USB 线为树莓派供电。通过 SSH 进入树莓派。

2、在显微镜载玻片上放置一个非常小的物体，例如一根头发等。
3、将一块胶带放在物体上并使其固定在载玻片上（这有助于聚焦）。
4、将显微镜载玻片滑过托盘。
5、运行以下命令测试简易显微镜是否正常工作。

cd picroscope
python LiveStream.py

顺时针或逆时针小心地转动镜头来调整焦距。

现在你可以看到发丝的图像了。

是不是一台很有意思的装备呢？你可以使用这台显微镜来研究其他的东西。

原文链接：

https://www.instructables.com/id/Picroscope-a-Low-Cost-Interactive-Microscope/

译：趣无尽

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