專利名稱：一種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于實(shí)驗(yàn)室的教師遠(yuǎn)程控制顯微觀察系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
顯微鏡作為將微小樣品放大觀察的必備儀器，在生物學(xué)的教學(xué)過程中有著不可替代的作用。顯微觀察是生物學(xué)教學(xué)的必備手段，而進(jìn)行創(chuàng)新教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)又是目前教學(xué)的趨勢，因此，生物教學(xué)中的顯微觀察訓(xùn)練顯得更加重要。但是，由于普通顯微鏡使用的特殊性和個(gè)體性，傳統(tǒng)的鏡下觀察使學(xué)生很難得到教師的有效指導(dǎo)，存在著以下問題(1)教師只能個(gè)別指導(dǎo)，無法同時(shí)觀察到全班同學(xué)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展；(2)老師與同學(xué)之間，同學(xué)與同學(xué)之間信息交流困難；(3)實(shí)驗(yàn)過程無法記錄，結(jié)果無法保存；(4)顯微鏡功能單一 ；(5)教師對(duì)學(xué)生的操作過程無法監(jiān)控。 針對(duì)以上問題，市場上有一種稱為顯微互動(dòng)教室的產(chǎn)品，但只部分解決了以上問題，且成本較高，不適合經(jīng)費(fèi)緊張的學(xué)校教學(xué)應(yīng)用。對(duì)學(xué)生的操作水平要求也很高，不適合對(duì)顯微觀察經(jīng)驗(yàn)較少的學(xué)生使用。仍存在以下問題(1)顯微鏡及計(jì)算機(jī)完全由學(xué)生操作，對(duì)學(xué)生的操作水平要求較高；(2)教師無法遠(yuǎn)程控制學(xué)生顯微鏡，因攝像頭采集的圖像視野范圍有限，對(duì)學(xué)生樣品的信息不能全面了解；(3)如果每臺(tái)顯微鏡都需配置計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)依靠局域網(wǎng)傳輸，成本太高；(4)顯微鏡功能有限；并且現(xiàn)階段各學(xué)校生物實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生顯微鏡配置五花八門，有單目、雙目，自然光源、電光源等多種，但普遍有以下缺點(diǎn)=(I)XYZ移動(dòng)軸手動(dòng)，甚至有些顯微鏡無XY移動(dòng)裝置，需學(xué)生手推樣品移動(dòng)；(2)無反射光源，不透明樣品無法觀察。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的顯微鏡在實(shí)驗(yàn)室使用中存在的上述問題，本實(shí)用新型提供了一種可以實(shí)現(xiàn)教師端遠(yuǎn)程控制學(xué)生顯微鏡操作的新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，包括學(xué)生顯微鏡、視頻分配系統(tǒng)、教師端主控計(jì)算機(jī)、多路轉(zhuǎn)換控制器和顯微鏡控制手柄，學(xué)生顯微鏡通過視頻信號(hào)線連接視頻分配系統(tǒng)，視頻分配系統(tǒng)連接教師端主控計(jì)算機(jī)；學(xué)生顯微鏡通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器，多路轉(zhuǎn)換控制器連接顯微鏡控制手柄。所述教師端主控計(jì)算機(jī)還連接投影儀。所述視頻分配系統(tǒng)為視頻分割器或HUB。所述學(xué)生顯微鏡上部安裝攝像頭，馬達(dá)支架上安裝使學(xué)生顯微鏡工作臺(tái)沿XYZ軸移動(dòng)的馬達(dá)，馬達(dá)通過傳動(dòng)裝置連接工作臺(tái)，馬達(dá)信號(hào)輸入端通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器。所述學(xué)生顯微鏡上XYZ軸移動(dòng)路徑的兩端設(shè)有限位開關(guān)。所述學(xué)生顯微鏡上還設(shè)有中控指示燈，中控指示燈通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器。所述學(xué)生顯微鏡鏡頭兩側(cè)安裝彈性支架，彈性支架上安裝LED反射光源。本實(shí)用新型的新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，功能全，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，克服了傳統(tǒng)顯微觀察的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了教師遠(yuǎn)程控制學(xué)生顯微鏡，顯微鏡可由學(xué)生操作或教師遠(yuǎn)程控制，顯微鏡功能得到提升；教師可了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程且可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)行了實(shí)驗(yàn)過程的互動(dòng)；采集樣品信息更加豐富，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享及記錄；從而使課堂秩序得到改善，課堂效率得到提高。

圖I是本實(shí)用新型的互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本實(shí)用新型的互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的顯微鏡結(jié)構(gòu)圖。圖3是本實(shí)用新型的互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的馬達(dá)正反轉(zhuǎn)控制電路圖。圖4是本實(shí)用新型的互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的教師端多路控制轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理圖。圖5是本實(shí)用新型的互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)的多路轉(zhuǎn)換控制器結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)原理如圖I所示，包括學(xué)生顯微鏡、視頻分配系統(tǒng)、教師端主控計(jì)算機(jī)、多路轉(zhuǎn)換控制器和顯微鏡控制手柄，學(xué)生顯微鏡通過視頻信號(hào)線連接視頻分配系統(tǒng)，視頻分配系統(tǒng)連接教師端主控計(jì)算機(jī)；學(xué)生顯微鏡通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器，多路轉(zhuǎn)換控制器連接顯微鏡控制手柄，教師端主控計(jì)算機(jī)還連接投影儀。顯微鏡由學(xué)生端及教師端構(gòu)成，學(xué)生端可根據(jù)學(xué)生數(shù)量配置多臺(tái)顯微鏡(N個(gè))，學(xué)生在學(xué)生端操作自己的顯微鏡，學(xué)生顯微鏡安裝有攝像頭1，攝像頭I的圖像通過視頻信號(hào)線或藍(lán)牙匯聚到視頻分配系統(tǒng)，該視頻分配系統(tǒng)為視頻分割器或HUB，分配系統(tǒng)將圖像傳給教師端主控計(jì)算機(jī)，所有攝像頭I的圖像都可在教師端主控計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，教師需要某個(gè)學(xué)生端的圖像進(jìn)行仔細(xì)觀察時(shí)可通過視頻分配系統(tǒng)將所要的圖像選出全屏放大顯示。所有的圖像信息可通過連接在教師計(jì)算機(jī)上的投影儀在目標(biāo)上顯示以實(shí)現(xiàn)所有師生共享，選中的圖像可存儲(chǔ)及處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程的跟蹤記錄。還可根據(jù)經(jīng)費(fèi)情況選擇是否加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)語音通話系統(tǒng)、藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及學(xué)生端計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)教師與任意學(xué)生的語言交流及學(xué)生間的數(shù)據(jù)交換。學(xué)生顯微鏡是在傳統(tǒng)顯微鏡基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，馬達(dá)支架6上安裝使顯微鏡工作臺(tái)9沿XYZ軸移動(dòng)的馬達(dá)5，馬達(dá)5通過傳動(dòng)裝置3連接工作臺(tái)9，馬達(dá)5信號(hào)輸入端通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器，學(xué)生顯微鏡上XYZ軸移動(dòng)路徑的兩端設(shè)有限位開關(guān)8，學(xué)生顯微鏡上還設(shè)有中控指示燈7，中控指示燈7通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器，顯微鏡鏡頭兩側(cè)安裝彈性支架2，彈性支架2上安裝LED反射光源10。[0021 ] 學(xué)生顯微鏡經(jīng)過改造后可實(shí)現(xiàn)XYZ軸的電動(dòng)控制，也可手動(dòng)控制，教師/學(xué)生操作由教師切換。顯微鏡控制線匯聚到多路轉(zhuǎn)換控制器，控制手柄在教師端，教師通過多路轉(zhuǎn)換控制器選擇不同的顯微鏡進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)某位學(xué)生的顯微鏡操作有問題時(shí)，可在教師端遠(yuǎn)程控制顯微鏡，在學(xué)生端有遠(yuǎn)程控制指示燈指示學(xué)生處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)而不要操作顯微鏡。教師通過多路轉(zhuǎn)換控制器轉(zhuǎn)換到不同的學(xué)生顯微鏡端，通過顯微鏡控制手柄，可控制顯微鏡的樣品XY方向移動(dòng)選擇不同的觀察成像視野，控制Z方向的移動(dòng)來調(diào)焦以獲得清晰的齊焦圖像。通過遠(yuǎn)程控制，教師可選擇出學(xué)生端樣品不同部分的圖像信息，可全部了解整個(gè)樣品，又可避免學(xué)生的誤操作。顯微鏡改造的目的僅僅是使手動(dòng)控制的顯微鏡能夠遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，而不是電動(dòng)高精度移動(dòng)實(shí)現(xiàn)精確定位和圖像拼接等功能。此改造不追求移動(dòng)精確、平滑、移動(dòng)速度可調(diào)。本系統(tǒng)顯微鏡電動(dòng)改造方案是將XYZ移動(dòng)軸加上直流馬達(dá)5、傳動(dòng)裝置3、支架6及限位開關(guān)8，使顯微鏡可以電動(dòng)控制，如果顯微鏡沒有XY移動(dòng)裝置還需加裝XY移動(dòng)臺(tái)。在XYZ移動(dòng)路徑的兩端加有限位開關(guān)8，當(dāng)XYZ任何一方移動(dòng)到任何方向的極限位置時(shí)，限位開關(guān)斷開，馬達(dá)停止工作，不能再向限位方向移動(dòng)，只能反向移動(dòng)，可保護(hù)XYZ移動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)不受損害，也可防止損壞鏡頭或壓壞樣品。加裝的教師/學(xué)生控制中控指示燈7可使學(xué)生知道顯微鏡是出于遠(yuǎn)程教師自動(dòng)控制還是學(xué)生可控制狀態(tài)而判斷是否可對(duì)顯微鏡進(jìn)行操作以免發(fā)生意外。電動(dòng)馬達(dá)5與顯微鏡相連的傳動(dòng)裝置3可根據(jù)不同顯微鏡的結(jié)構(gòu)選擇皮帶傳動(dòng)， 齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)方法。馬達(dá)支架6可根據(jù)顯微鏡結(jié)構(gòu)采用與載物臺(tái)一體式還是獨(dú)立式。馬達(dá)5采用低轉(zhuǎn)速直流馬達(dá)，根據(jù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)選擇，再選擇合適的限位開關(guān)及相應(yīng)馬達(dá)支架6。對(duì)于不透明的樣品，透射光無法穿過而不能成像觀察。市場上具備反射光源的顯微鏡價(jià)格很高，而本文提供的方法可對(duì)原有顯微鏡進(jìn)行反射光源添加。在顯微鏡改造時(shí)加上多路LED反射光源10及彈性支架2，當(dāng)樣品不透明時(shí)可以關(guān)掉透射光源，打開LED反射光源10，通過彈性支架2調(diào)節(jié)反射光照明位置，使樣品表面反射光成像。如果條件允許，可通過多個(gè)LED光源協(xié)作達(dá)到無影燈的效果。單一方向馬達(dá)控制采用如圖3的正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)顯微鏡的不同方向移動(dòng)，圖示示例為直流12V，具體需根據(jù)不同馬達(dá)5選擇合適的電源電壓。一般顯微鏡需要控制載物臺(tái)左右兩個(gè)XY方向移動(dòng)及調(diào)焦Z方向移動(dòng)，需要三個(gè)馬達(dá)。教師端有三個(gè)單刀雙擲控制桿控制不同方向馬達(dá)移動(dòng)，三個(gè)開關(guān)可選擇一體集成式，為節(jié)約成本，學(xué)生端采用學(xué)生手動(dòng)控制模式，此時(shí)馬達(dá)不通電，也可采用電動(dòng)控制，只要在圖3的限位開關(guān)前加上與教師端相同的控制桿即可，但要保證只能由教師/學(xué)生之間的一方控制，可有多路控制切換開關(guān)控制。教師依靠圖4所示多路控制系統(tǒng)選擇不同學(xué)生顯微鏡進(jìn)行控制，多路控制系統(tǒng)核心是選擇一個(gè)且只能是一個(gè)顯微鏡進(jìn)行控制。多路轉(zhuǎn)換控制器按鍵選擇控制不同顯微鏡?？蓪?duì)顯微鏡XYZ移動(dòng)進(jìn)行控制且可提供遠(yuǎn)程控制指示信號(hào)。多路轉(zhuǎn)換控制器路數(shù)根據(jù)學(xué)生顯微鏡數(shù)目確定，每路控制的是學(xué)生顯微鏡的移動(dòng)及學(xué)生端的中控指示燈7。如圖5所示，多路轉(zhuǎn)換控制器核心是顯微鏡選擇鍵聯(lián)動(dòng)裝置保證顯微鏡不選或只選一個(gè)以防止誤操作。如果學(xué)生端采用電動(dòng)操作，需要選擇有常開及常閉開關(guān)的轉(zhuǎn)換器，常開開關(guān)接入馬達(dá)正反轉(zhuǎn)控制，長閉開關(guān)接入學(xué)生端控制開關(guān)。實(shí)用新型的新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)解決了以往生物教學(xué)顯微觀察中存在的問題，達(dá)到了以下目的顯微鏡可由學(xué)生操作或教師遠(yuǎn)程控制，顯微鏡功能得到提升；教師可了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程且可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)行了實(shí)驗(yàn)過程的互動(dòng)；樣品信息更加豐富，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享及記錄；課堂秩序得到改善，課堂效率得到提高。并且結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)新穎、成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，克服了傳統(tǒng)顯微觀察和現(xiàn)在市場已有的互動(dòng)教室類產(chǎn)品的缺 點(diǎn)，可用于新建或改建生物顯微觀察實(shí)驗(yàn)室，很適合學(xué)校使用，可以得到推廣利用。
權(quán)利要求1.ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在干包括學(xué)生顯微鏡、視頻分配系統(tǒng)、教師端主控計(jì)算機(jī)、多路轉(zhuǎn)換控制器和顯微鏡控制手柄，學(xué)生顯微鏡通過視頻信號(hào)線連接視頻分配系統(tǒng)，視頻分配系統(tǒng)連接教師端主控計(jì)算機(jī)；學(xué)生顯微鏡通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器，多路轉(zhuǎn)換控制器連接顯微鏡控制手柄。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述教師端主控計(jì)算機(jī)還連接投影儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述視頻分配系統(tǒng)為視頻分割器或HUB。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述學(xué)生顯微鏡上部安裝攝像頭(1)，馬達(dá)支架(6)上安裝使學(xué)生顯微鏡工作臺(tái)(9)沿XYZ軸移動(dòng)的馬達(dá)(5 )，馬達(dá)(5 )通過傳動(dòng)裝置(3 )連接工作臺(tái)(9 )，馬達(dá)(5 )信號(hào)輸入端通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述學(xué)生顯微鏡上XYZ軸移動(dòng)路徑的兩端設(shè)有限位開關(guān)(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述學(xué)生顯微鏡上還設(shè)有中控指示燈(7)，中控指示燈(7)通過顯微鏡控制線連接多路轉(zhuǎn)換控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，其特征在于所述學(xué)生顯微鏡鏡頭兩側(cè)安裝弾性支架(2)，弾性支架(2)上安裝LED反射光源(10)。
專利摘要一種新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，包括學(xué)生顯微鏡、視頻分配系統(tǒng)、教師端主控計(jì)算機(jī)、多路轉(zhuǎn)換控制器和顯微鏡控制手柄，本實(shí)用新型的新型互動(dòng)顯微觀察系統(tǒng)，功能全，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，克服了傳統(tǒng)顯微觀察的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了教師遠(yuǎn)程控制學(xué)生顯微鏡，顯微鏡可由學(xué)生操作或教師遠(yuǎn)程控制，顯微鏡功能得到提升；教師可了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程且可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)行了實(shí)驗(yàn)過程的互動(dòng)；采集樣品信息更加豐富，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享及記錄；從而使課堂秩序得到改善，課堂效率得到提高。
文檔編號(hào)G02B21/06GK202615037SQ201220130439
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者趙禹 申請(qǐng)人:趙禹