CN107229115A - 一种基于物联网的智能显微镜系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智能显微镜系统及使用方法，包括控制系统，物联网模块，安装于所述显微镜本体上的传感器模块、摄像系统；所述控制系统分别于所述物联网模块、传感器模块、摄像系统连接，所述传感器模块用于检测显微镜本体的工作状态，所述摄像系统用于采集显微镜镜下图像，所述物联网模块用于将显微镜本体的工作状态、显微镜镜下图像发送至网络，并接收网络发来的控制命令。本发明通过在显微镜系统中嵌入物联网模块，实现显微镜与网络的数据交互，使用云技术管理显微镜的设置信息及用户数据，使得显微镜更加智能化。

Description

一种基于物联网的智能显微镜系统及使用方法

技术领域

本发明属于显微镜领域，具体来说，是一种基于物联网的智能显微镜系统及使用方法，使得显微镜能够接入网络，让显微镜工作的更智能。

背景技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，其英文名是“Internet of things(IoT)”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络。现有的显微镜系统本身都不具有网络交互能力，其信息必须以其他设备(如计算机)为桥梁才能传送至互联网。在网络技术发挥巨大作用的今天，传统显微镜已经无法适应当前数据交互和智能控制的需要。因此，本发明公开了一种基于物联网的智能显微镜系统，使显微镜具有了联网能力，让显微镜更加易于使用，更加智能。

发明内容

本发明目的是旨在提供了一种具有联网能力，使用更加方便，更加智能的基于物联网的智能显微镜系统。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于物联网的智能显微镜系统，包括显微镜本体，还包括控制系统，物联网模块，安装于所述显微镜本体上的传感器模块、摄像系统；所述控制系统分别与所述物联网模块、传感器模块、摄像系统连接，所述传感器模块用于检测显微镜本体的工作状态，所述摄像系统用于采集显微镜镜下图像，所述物联网模块用于将显微镜本体的工作状态、显微镜镜下图像发送至网络，并接收网络发来的控制命令。

进一步限定，所述物联网模块支持Ethernet、Wi-Fi、RFID、NFC、Zigbee、6LoWPAN、Bluetooth、GSM、GPRS、3G、4G等网络。物联网模块负责显微镜与外界的信息交互，根据不同的应用场景，选择不同的物联网模块。近距离低速通讯时，可选择Bluetooth物联网模块；近距离高速通讯时，选择Wi-Fi物联网模块；长距离低速通讯时，可选择GSM、GPRS、3G等物联网模块；长距离高速通讯时，可选择4G物联网模块。物联网模块的核心作用是使显微镜与外界实现数据互通。本发明采用的各种传感器、控制电路，都需通过物联网模块才能与外界进行数据交互，实现显微镜工作参数的远程监控，实现显微镜镜下图像远程传输，实现显微镜的远程操作。

同时，用户对显微镜的所有设置信息，显微镜内保存的记忆信息，拍摄的照片等，通过物联网模块上传至网络，保存在云端，同样的，用户也可以下载这些数据到任何一个本发明所公开的显微镜中，即无论使用任何本发明所公开的显微镜，都会有相同的操作设置和共通的存储数据。

通过物联网模块和相应的软件，显微镜可与当前流行的运行各种操作系统的硬件平台实现信息交互和控制，如运行安卓系统的手机和平板，运行iOS的iPhone和iPad，运行Linux、Windows、Mac OS等系统的智能设备。

进一步限定，所述传感器模块包括光电传感器、霍尔传感器、位移传感器、温度传感器。传感器安装在显微镜不同位置上，检测显微镜的各种工作状态。

进一步限定，所述光电传感器安装在显微镜本体的照明光路中，用于检测光源的照度、光强、色温等参数。控制系统根据测得的数据，智能调整显微镜光源亮度、色温。使得显微镜更易于操作，用户无需过多设置即可获得最佳的观察效果。

进一步限定，所述霍尔传感器安装在显微镜本体的物镜转换器上，与小磁铁配合使用，用来检测物镜转换器当前的物镜孔位。每个孔位装有不同数量的小磁铁，以实现对物镜转换器孔位的编码。根据测得的不同孔位位置，控制系统记忆用户在每个物镜下的参数设置，包括：光源设置值(如亮度、色温等)；摄像系统设置(如曝光时间、白平衡参数等)。当用户切换不同物镜时，控制系统自动恢复光源和摄像系统的设置到记忆状态，使得用户无需每次重复执行相似的操作。

进一步限定，所述位移传感器安装在显微镜本体的载物台和调焦机构上，载物台上安装两个位移传感器，分别检测载物台在X方向和Y方向的位移量(水平方向)，显微镜调焦轴安装一个位移传感器，检测调焦Z向的位移量(垂直方向)。同时在载物台X、Y向的极限位置，和调焦轴Z的最高位置装有光电开关，光电开关的触发位置作为坐标的零位。通过控制系统的按键，用户可记忆多组观察目标的X、Y、Z位置。当用户需要返回之前的观察位置时，可调出记忆值，随着用户移动，控制系统实时计算偏差值，并提示用户正确的运动方向，帮助用户快速找到记忆位置。

进一步限定，所述温度传感器安装在显微镜光源位置、摄像系统、处理器等易发热的部件位置，实时检测这些部件的温度。当温度过高时，可采用降低光源亮度、降低摄像系统帧率、降低处理器频率等措施，保护系统工作在合理的温度范围，并在温度超出警戒值时关闭系统并发出警告。

进一步限定，所述控制系统包括处理器、储存器、内存，可运行安卓、Linux、windows操作系统，用于控制传感器模块、物联网模块和摄像系统协同工作，实现显微镜智能控制。控制系统还具有多种外设接口，如I2C、USB、UART、AD/DA、GPIO等，可连接显微镜中的各种传感器，监控显微镜的各种工作状态。控制系统与摄像系统连接，设置摄像曝光时间、白平衡、图像分辨率，执行拍照、录像等操作；控制系统与物联网模块连接，将显微镜工作状态和镜下图像发送至外部网络，并获取外部网络发来的命令控制显微镜工作。控制系统实现物镜转换器孔位识别，记忆每个物镜下的显微镜工作参数，监控显微镜温度，控制显微镜光源，实现载物台X、Y、Z位置坐标记忆。控制系统还连接按键和显示屏，管理用户操作和显微镜图像显示。

本发明还提供一种基于物联网的智能显微镜系统的使用方法，光电传感器将检测到的光源工作参数、霍尔传感器将检测到的物镜孔位、位移传感器将检测到的位移量、温度传感器将检测到的温度数据、摄像系统采将集到的显微镜镜下图像传送至控制系统存储，控制系统同时控制物联网模块将上述工作状态和显微镜镜下图像传送至云端，可在需要时由云端下载恢复到显微镜端。

进一步限定，根据霍尔传感器测得的不同物镜孔位位置，控制系统记忆在每个物镜孔位下的光源工作参数、载物台X、Y向的位置、调焦Z向的位置、摄像系统设置，当切换不同物镜孔位时，控制系统自动恢复到记忆状态。

本发明通过光电传感器、霍尔传感器、位移传感器、温度传感器测得的工作状态参数，以及摄像系统拍摄到的图片都可以被记忆在控制系统内，并通过物联网模块传送至云端，在用户需要时，可以随时下载浏览，用户也可以下载这些数据到任何一个本发明所公开的显微镜中，即无论使用任何本发明所公开的显微镜，都会有相同的操作设置和共通的存储数据。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明基于物联网的智能显微镜系统整机图；

图2为基于物联网的智能显微镜系统电子控制图；

主要元件符号说明如下：

显微镜本体1、电源2、调光手轮3、控制系统4、物联网模块5、光源6、温度传感器7、显示屏8、位移传感器9、霍尔传感器10、摄像系统11、光电传感器12。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1、图2所示，一种基于物联网的智能显微镜系统，包括显微镜本体1和安装于其内的电源2、调光手轮3、控制系统4、物联网模块5、光源6、温度传感器7、显示屏8、位移传感器9、霍尔传感器10、摄像系统11、光电传感器12。

显微镜本体1包括目镜、物镜、聚光镜等光学系统，以及机架、载物台、托座等机械件。

如图1所示，显微镜本体1内后部安装电源2。电源2将市电转换为DC12V，为显微镜本体1内的所有电器提供电源。

如图1所示，显微镜具有调光手轮3，调光手轮为编码手轮，旋转或按下时会发出电子信号，控制系统4检测此信号获得用户的操作。调光手轮3可实现多种操作，如顺时针旋转、逆时针旋转、单击、双击、长按、短按、按下保持并旋转等。控制系统4根据这些操作执行相应的功能，如光源调节、拍照、位置记忆等。

如图1所示，控制系统4固定在显微镜本体1的底板上，控制系统4上具有处理器，是整个系统的控制核心，其上具有多种外部电路接口，连接物联网模块5、控制调光手轮3、光源6、温度传感器7、显示屏8、位移传感器9、霍尔传感器10、摄像系统11、光电传感器12，实现显微镜的各种智能控制功能。其上有存储器，存储用户对显微镜的各种参数设置，如每个物镜的光源亮度、色温，摄像系统曝光时间、白平衡等参数，还用于存储用户拍摄的照片、录制的视频等数据。

如图2所示，控制系统4上的外部接口包括I2C、UART、USB、Bluetooth、GPIO、HDMI等。

控制系统4的处理器为ARM内核的高性能处理器，控制系统4具有充足的内存和存储器，可根据需要运行安卓、Linux、Windows等操作系统。控制系统4上的处理器，能够处理摄像系统11捕捉的显微镜镜下图像，实现图像编辑处理、显示、存储等功能。

如图1所示，物联网模块5安装在显微镜本体1的底板上，连接至控制系统4的物联网接口。物联网模块是控制系统与外部网络交互数据的桥梁，控制系统4将各种传感器模块采集到的工作状态信息和摄像系统11采集到的镜下图像，由物联网模块5发送至外部网络，而外部网络发来的控制命令，也通过物联网模块5返回控制系统4，并由控制系统4执行操作。用户对显微镜的所有设置信息，显微镜内保存的记忆信息，拍摄的照片等，通过物联网模块5上传至网络，保存在云端，同样的，用户也可以下载这些数据到任何一个本发明所公开的显微镜中，用户即使更换了其他显微镜，也能够很方便的恢复成自己习惯的显微镜操作设置，浏览自己以前存储的照片。

通过物联网模块5和相应的软件，显微镜可与当前流行的运行各种操作系统的硬件平台实现信息交互和控制，如运行安卓系统的手机和平板，运行iOS的iPhone和iPad，运行Linux、Windows、Mac OS等系统的智能设备。

本实施实例中采用的物联网模块5为ESP8266模块。ESP8266具有完整的WiFi功能，支持802.11b/g/n无线网络协议，其内部有一个32bit的MCU。控制系统4与物联网模块5通过UART接口通讯，通过不同的UART命令，控制系统4可通过ESP8266接入WiFi网络，实现与网络的数据交互。

如图1所示，光源6安装在显微镜本体1下部，负责显微镜光源照明，显微镜光源可为卤素灯、LED灯(可为一个或一组)等。光源6连接至控制系统4的光源接口，由控制系统4实现光源开、关控制，以及亮度调节、色温调节等控制功能，这些参数设置也会同时保存在控制系统4中，并通过物联网模块上传至云端。

如图1所示，温度传感器7安装在光源6和摄像系统11附近，检测这两个易发热部件的温度。温度传感器7连接至控制系统4的温度传感器接口，控制系统4获取传感器的数据，当温度过高时，控制系统4提示用户检查原因，如显微镜通风孔堆积灰尘、工作环境温度过高、室内通风不畅等原因。

如图1所示，位移传感器有3个，连接至控制系统4的位移传感器接口。其中2个安装在载物台上，测量载物台在X、Y方向(水平方向)上的位移；1个安装在调焦Z向(垂直方向)，检测调焦Z轴的位移。并且在载物台X、Y方向的极限位置和调焦Z轴的最高位置安装有光电开关，光电开关用于标示位移传感器的零位。用户可通过调光手轮3操作记忆观察目标的位置到控制系统4中，当用户返回记忆位置时，控制系统4会根据当前位置计算出偏差，并在显示屏8上提示用户正确的运动方向和距离等信息，帮助用户快速返回记忆位置。这些记忆位置通过物联网模块上传至网络，按照切片名称命名保存在云端，用户可以获得以前看过的切片位置记忆信息，或者用户使用了其他显微镜，也能够方便的通过物联网模块从云端获得这些信息。

如图1所示，霍尔传感器10安装在显微镜物镜转换器内，连接至控制系统4的霍尔接口。物镜转换器的每个孔位装有不同数量和排列顺序的小磁铁，这些小磁铁实现了对转换器孔位的编码。控制系统4通过识别霍尔传感器10的编码，获得转换器的孔位。用户在每一个孔位的设置(如光源亮度、曝光时间、白平衡参数等)都会被存储在控制系统4中，当用户再次返回该孔位时，控制系统4会立即按照这些参数设置相关硬件，恢复到用户之前设置的观察效果，使得显微镜更智能、更易于使用。这些记忆的参数同时通过物联网模块上传至网路，保存在云端，当用户更换使用其他显微镜时，这些参数可以直接下载到新的显微镜。即用户可以随意更换显微镜，而每台显微镜都会符合用户的使用习惯，而无需重复设置。

如图1所示，摄像系统安装在显微镜成像光路中，连接至控制系统4。负责捕捉显微镜镜下图像，图像可通过物联网模块发送至外部网络，或在本机显示屏8上显示。

如图1所示，光电传感器12安装在显微镜本体1的光路中，连接至控制系统4的光电传感器接口，检测显微镜光源照度、光强、色温等参数。控制系统4根据测得的数据，自动调整显微镜光源6。使得显微镜更加智能化、更易于操作，用户无需过多设置即可获得最佳的观察效果。

本发明还提供了一种基于物联网的智能显微镜系统的使用方法，具体如下：当用户使用本显微镜系统进行观察时，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，控制系统4会自动记忆用户的各种设置，并同时通过物联网模块5上传至云端。当用户再次使用该物镜观察时，控制系统4会自动控制显微镜恢复到之前记忆的设置状态，使得显微镜更加智能，避免用户反复执行相似操作的麻烦。当用户通过操作调光手轮对镜下图像拍照时，控制系统会收集当前系统的工作状态，如物镜孔位、光源亮度、摄像头设置、载物台X、Y、Z位置等，将这些信息与显微镜镜下图像的照片数据同时存储，并通过物联网模块5上传至云端，当用户浏览这些照片时，显微镜能够告知用户拍摄照片时的显微镜各种参数，并在需要时，实际控制显微镜恢复到与拍照时刻相同的工作状态。由于这些信息都储存在云端，所以用户可以很方便的从云端恢复这些数据到显微镜中。在某些情况下，显微镜很可能会有不止一个使用者，每个使用者对显微镜有不同的使用偏好、拍摄过不同的照片，通过云端账户，不同用户可以将自己对显微镜的设置偏好和拍摄的照片下载到显微镜端(每个用户只能看到自己的数据)，使得显微镜更加符合每个人的使用习惯。

以上对本发明提供的一种基于物联网的智能显微镜系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能显微镜系统，包括显微镜本体，其特征在于：还包括控制系统，物联网模块，安装于所述显微镜本体上的传感器模块、摄像系统；所述控制系统分别与所述物联网模块、传感器模块及摄像系统连接，所述传感器模块用于检测显微镜本体的工作状态，所述摄像系统用于采集显微镜镜下图像，所述物联网模块用于将显微镜本体的工作状态、显微镜镜下图像发送至网络，并接收网络发来的控制命令。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述物联网模块支持Ethernet、Wi-Fi、RFID、NFC、Zigbee、6LoWPAN、Bluetooth、GSM、GPRS、3G、4G网络连接，可与计算机、移动设备或者其他具有物联网功能的设备互联互通。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述传感器模块包括光电传感器、霍尔传感器、位移传感器、温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述光电传感器安装在显微镜本体的照明光路中，用于检测光源的工作参数。

5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述霍尔传感器安装在显微镜本体的物镜转换器上，用来检测物镜转换器当前的物镜孔位。

6.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述位移传感器安装在显微镜本体的载物台和调焦机构上，载物台上安装两个位移传感器，分别检测载物台在X方向和Y方向的位移量，显微镜调焦轴安装一个位移传感器，检测调焦Z向的位移量。

7.根据权利要求3所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述温度传感器安装在显微镜本体易发热部件的位置，用于实时监测易发热部件的温度。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能显微镜系统，其特征在于：所述控制系统包括处理器、储存器和内存，可运行安卓、Linux、windows操作系统，用于控制传感器模块、物联网模块和摄像系统协同工作，实现显微镜智能控制。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于物联网的智能显微镜系统的使用方法，其特征在于：光电传感器将检测到的光源工作参数、霍尔传感器将检测到的物镜孔位、位移传感器将检测到的位移量、温度传感器将检测到的温度数据、摄像系统采将集到的显微镜镜下图像传送至控制系统存储，控制系统同时控制物联网模块将上述工作状态和显微镜镜下图像传送至云端，并可在需要时由云端下载恢复到显微镜端。

10.根据权利要求9所述的一种基于物联网的智能显微镜系统的使用方法，其特征在于：根据霍尔传感器测得的不同物镜孔位位置，控制系统记忆在每个物镜孔位下的光源工作参数、载物台X、Y向的位置、调焦Z向的位置、摄像系统设置，当切换不同物镜孔位时，控制系统自动恢复到记忆状态。