一种智能光学显微镜的制作方法

1.本发明涉及显微镜的技术领域，特别是涉及一种智能光学显微镜。


背景技术：

2.显微镜是生物实验室中的核心仪器，90％以上的中学生物实验操作涉及显微镜的使用。目前理化生实验操作考已列入中考成绩中，现有显微镜重点关注显微镜成像效果的记录，和显微镜自身工作状态的记录部分显微镜有内置传感器，也只是关注与显微镜自身的工作情况，没有对使用者针对显微镜的使用过程的规范性进行记录与分析。无法满足中考实验技能考试的需求。同时在人工智能自动评分背景下，对于显微镜提出了新的需求，除了需要支持和提升传统显微镜功能外，还需要针对人工智能自动评分提供显微画面输出、调焦手轮数字化输出、显微镜移动操作规范性检测等高级功能。目前，市场上尚无满足上述需求的智能显微镜。
3.现有数码显微镜已经实现了对显微镜成像结果的图像采集，如 cn202110540626.1中使用了高清摄像头记录显微镜成像画面的结果。在cn201710570390.x中使用了物联网通信技术和传感器实现了显微镜部分工作状态的检测和数据通信。本发明在使用了通用技术的基础上针对生物实验考试这一特定场景进行了重新的发明和设备定义。
4.现有技术中使用高清摄像头和物联网技术下的传感器，指示针对显微镜自身的工作状态进行检测和控制，无法实现对使用者的操作规范性的检测。无法满足实验技能考试学生操作规范性的自动评价。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种可以实现对使用者的操作规范性的检测，也可以满足实验技能考试学生操作规范性的自动评价的智能光学显微镜。
6.本发明的一种智能光学显微镜，包括显微镜本体、摄像头、颜色传感器、触摸传感器、光电位移传感器、调焦手轮、物镜转换器、调光手轮、主控电路板、载物台、光源、显示屏和电源单元，摄像头安装于显微镜本体内，并通过连接线与主控电路板相连，主控电路板内部设置有控制主板，触摸传感器内部设置有镜臂触摸传感器，光电位移传感器内部设置有光电位移传感器单元，摄像头内部设置有摄像头单元，电源单元输出端与主控电路板输入端连接，调光手轮内部设置有旋转编码器，颜色传感器内设置有颜色传感器单元，光源内设置有光源单元，显示屏内设置有显示单元，触摸传感器内部设置有镜底触摸传感器，主控电路板内设置有网络接口和陀螺仪传感器，调焦手轮可转动安装在显微镜本体右下部，物镜转换器可转动安装在显微镜本体上部，载物台可滑动安装在显微镜本体内侧中部，调焦手轮输出端与载物台输出端连接。
7.本发明的一种智能光学显微镜，所述电源单元将市电220v转换为dc5v，其为显微镜本体内的所有电器设备提供电源。
8.本发明的一种智能光学显微镜，所述显微镜本体上具有调光手轮，调光手轮采用光电编码器。
9.本发明的一种智能光学显微镜，所述主控电路板固定在显微镜本体的底板上，主控电路板上具有微型嵌入式处理器，其分别与摄像头、颜色传感器、触摸传感器、调焦手轮、物镜转换器、调光手轮、主控电路板、载物台和显示屏连接。
10.本发明的一种智能光学显微镜，所述主控电路板上的外部接口包括i2c、uart、typec、通用io、以太网接口。
11.本发明的一种智能光学显微镜，所述光源安装在显微镜本体下部，光源连接至主控电路板的光源接口。
12.本发明的一种智能光学显微镜，所述光电位移传感器连接至主控电路板的光电位移传感器接口，其安装在调焦z向垂直方向。
13.本发明的一种智能光学显微镜，所述颜色传感器安装在显微镜本体内部，其对应连接至主控电路板的颜色传感器单元接口，颜色传感器单元的感测面紧贴物镜转换器。
14.本发明的一种智能光学显微镜，所述触摸传感器安装于显微镜本体镜臂上，其与主控电路板的镜臂触摸传感器接口连接，镜底触摸传感器位于主控电路板上，通过金属导柱与底板相连。
15.本发明的一种智能光学显微镜，所述陀螺仪传感器位于主控电路板上。
16.与现有技术相比本发明的有益效果为：当用户使用本显微镜系统进行实验教学或实验考核时，先通过上位机设置教学模式和考核模式。使用者取用显微镜时将会自动检测使用者的操作方式是否规范，发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。光源开启，选择好观察使用的物镜倍数，调整好光源亮度，设置好摄像头参数(曝光时间、白平衡等)，移动载物台并调焦找到观察的目标，调焦过程中将判断是否遵循从低倍镜到高倍镜操作顺序以及高倍镜下不能使用粗调的规范性操作。发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。同时上位机自动记录使用者操作过程中显微镜的成像视频。将操作错误与显微镜成像视频记录同步上传到云端存储，老师可以在操作结束后通过调阅视频和操作错误记录对使用者的操作规范进行评价，通过设置此设备，可以实现对使用者的操作规范性的检测，也可以满足实验技能考试学生操作规范性的自动评价。
附图说明
17.图1为本发明智能显微镜系统整机图；
18.图2为智能显微镜系统电子控制图；
19.附图中标记：1、显微镜本体；2、摄像头；3、颜色传感器；4、触摸传感器；5、光电位移传感器；6、调焦手轮；7、物镜转换器；8、调光手轮；9、主控电路板；10、载物台；11、光源；12、显示屏； 21、控制主板；22、镜臂触摸传感器；23、光电位移传感器单元；24、摄像头单元；25、电源单元；26、旋转编码器；27、颜色传感器单元； 28、光源单元；29、显示单元；30、镜底触摸传感器；31、网络接口； 32、陀螺仪传感器。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
21.如图1至图2所示，本发明的一种智能光学显微镜，包括显微镜本体1、摄像头2、颜色传感器3、触摸传感器4、光电位移传感器5、调焦手轮6、物镜转换器7、调光手轮8、主控电路板9、载物台10、光源 11、显示屏12和电源单元25，摄像头2安装于显微镜本体1内，并通过连接线与主控电路板9相连，主控电路板9内部设置有控制主板21，触摸传感器4内部设置有镜臂触摸传感器22，光电位移传感器5内部设置有光电位移传感器单元23，摄像头2内部设置有摄像头单元24，电源单元25输出端与主控电路板9输入端连接，调光手轮8内部设置有旋转编码器26，颜色传感器3内设置有颜色传感器单元27，光源11内设置有光源单元28，显示屏12内设置有显示单元29，触摸传感器4内部设置有镜底触摸传感器30，主控电路板9内设置有网络接口31和陀螺仪传感器32，调焦手轮6可转动安装在显微镜本体1右下部，物镜转换器 7可转动安装在显微镜本体1上部，载物台10可滑动安装在显微镜本体 1内侧中部，调焦手轮6输出端与载物台10输出端连接；当用户使用本显微镜系统进行实验教学或实验考核时，先通过上位机设置教学模式和考核模式。使用者取用显微镜时将会自动检测使用者的操作方式是否规范，发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。光源开启，选择好观察使用的物镜倍数，调整好光源亮度，设置好摄像头参数(曝光时间、白平衡等)，移动载物台并调焦找到观察的目标，调焦过程中将判断是否遵循从低倍镜到高倍镜操作顺序以及高倍镜下不能使用粗调的规范性操作。发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。同时上位机自动记录使用者操作过程中显微镜的成像视频。将操作错误与显微镜成像视频记录同步上传到云端存储，老师可以在操作结束后通过调阅视频和操作错误记录对使用者的操作规范进行评价，通过设置此设备，可以实现对使用者的操作规范性的检测，也可以满足实验技能考试学生操作规范性的自动评价。
22.本发明的一种智能光学显微镜，所述电源单元25将市电镜臂触摸传感器220v转换为dc5v，其为显微镜本体1内的所有电器设备提供电源。
23.本发明的一种智能光学显微镜，所述显微镜本体1上具有调光手轮8，调光手轮8采用光电编码器；调光手轮8旋转或按下时会发出电子信号，主控电路板9检测此信号获得用户的操作，调光手轮8可实现顺时针旋转、逆时针旋转、单击等操作，主控电路板9根据这些操作执行相应的功能，如光源开关调节、光源亮度调节等。
24.本发明的一种智能光学显微镜，所述主控电路板9固定在显微镜本体1的底板上，主控电路板9上具有微型嵌入式处理器，其分别与摄像头2、颜色传感器3、触摸传感器4、调焦手轮6、物镜转换器7、调光手轮8、主控电路板9、载物台10和显示屏12连接；主控电路板9控制负责整个系统的外设驱动和逻辑控制，其上具有多种外部电路接口，实现显微镜的各种智能控制和操作规范检测功能，通过光源11 与上位机电脑或平板连接，可以将摄像头视频数据与传感器数据上传到上位机，并可以由上位机实现教学模式与考核模式的切换。
25.本发明的一种智能光学显微镜，所述主控电路板9上的外部接口包括i2c、uart、typec、通用io、以太网接口；主控电路板9的处理器采用arm内核的高性能处理器，同时配置
eeprom存储设备完成相关数据的板上存储，主控电路板9采用片上操作系统，可以实现对外设的驱动和操作规范逻辑的自动检测。
26.本发明的一种智能光学显微镜，所述光源11安装在显微镜本体1 下部，光源11连接至主控电路板9的光源接口；光源11负责显微镜光源照明，显微镜光源可为led灯(可为一个或一组)等，而且光源11由主控电路板9实现光源开、关控制，使用pwm调节方式实现及亮度调节等控制功能，并在显示屏12上显示光源开关和亮度信息。同时光源相关信息保存在主控电路板9中，并光源11实施上传到上位机，也可以离线记录由上位机发送指令获取存储的内容。
27.本发明的一种智能光学显微镜，所述光电位移传感器5连接至主控电路板9的光电位移传感器接口，其安装在调焦z向垂直方向；光电位移传感器5可以检测调焦z轴的位移，用户可通过调焦手轮6操作z 轴位移，主控电路板9根据用户操作判断为粗调、细调的状态，并在显示屏12上显示当前粗调或细调的状态，同时将相关信息保存在主控电路板9中，并光源11实施上传到上位机，也可以离线记录由上位机发送指令获取存储的内容。
28.本发明的一种智能光学显微镜，所述颜色传感器3安装在显微镜本体1内部，其对应连接至主控电路板9的颜色传感器单元27接口，颜色传感器单元27的感测面紧贴物镜转换器7；物镜转换器7的每个孔位对应位置使用不同的颜色进行标识。主控电路板9通过识别颜色信息，获得转换器的孔位进而获取不同的倍率选择。并在显示屏12上显示当前粗调或细调的状态。同时将相关信息保存在主控电路板9中，并光源11实施上传到上位机，也可以离线记录由上位机发送指令获取存储的内容。
29.本发明的一种智能光学显微镜，所述触摸传感器4安装于显微镜本体1镜臂上，其与主控电路板9的镜臂触摸传感器22接口连接，镜底触摸传感器30位于主控电路板9上，通过金属导柱与底板相连；在显微镜镜臂握持与镜底托起状态时，通过主控电路板9实现对传感器信号的检测。并在显示单元显示屏12上显示当前粗调或细调的状态。同时将相关信息保存在主控电路板9中，并网络接口光源11实施上传到上位机，也可以离线记录由上位机发送指令获取存储的内容。
30.本发明的一种智能光学显微镜，所述陀螺仪传感器32位于主控电路板9上；在对显微镜本体1进行操作时，通过主控电路板9实现对传感器信号的检测，判断显微镜本体1处于静止或移动状态、倾斜或水平状态。并在显示屏12上显示当前粗调或细调的状态。同时将相关信息保存在主控电路板9中，并光源11实施上传到上位机，也可以离线记录由上位机发送指令获取存储的内容。
31.本发明的一种智能光学显微镜，其在工作时，当用户使用本显微镜系统进行实验教学或实验考核时，先通过上位机设置教学模式和考核模式。使用者取用显微镜时将会自动检测使用者的操作方式是否规范，发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。光源开启，选择好观察使用的物镜倍数，调整好光源亮度，设置好摄像头参数(曝光时间、白平衡等)，移动载物台并调焦找到观察的目标，调焦过程中将判断是否遵循从低倍镜到高倍镜操作顺序以及高倍镜下不能使用粗调的规范性操作。发生错误在教学模式下蜂鸣器将响起，同时在显示单元给使用者错误操作原因的显示，并将错误信息实时上传到上位机。同时上位机自动记录使用者操作过程中显微镜的成像视频。将操作错误与显微镜成像视频记录同步上传到云端存
储，老师可以在操作结束后通过调阅视频和操作错误记录对使用者的操作规范进行评价。
32.本发明的一种智能光学显微镜，其安装方式、连接方式或设置方式均为常见机械方式，只要能够达成其有益效果的均可进行实施。
33.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。