树莓派制造低成本交互式显微镜

　　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。
　　https://make.quwj.com/project/146
　　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。