一種基于物聯網的智能顯微鏡系統及使用方法與流程

本發明屬于顯微鏡領域，具體來說，是一種基于物聯網的智能顯微鏡系統及使用方法，使得顯微鏡能夠接入網絡，讓顯微鏡工作的更智能。

背景技術：

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段，其英文名是“internetofthings(iot)”，是互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡。現有的顯微鏡系統本身都不具有網絡交互能力，其信息必須以其他設備(如計算機)為橋梁才能傳送至互聯網。在網絡技術發揮巨大作用的今天，傳統顯微鏡已經無法適應當前數據交互和智能控制的需要。因此，本發明公開了一種基于物聯網的智能顯微鏡系統，使顯微鏡具有了聯網能力，讓顯微鏡更加易于使用，更加智能。

技術實現要素：

本發明目的是旨在提供了一種具有聯網能力，使用更加方便，更加智能的基于物聯網的智能顯微鏡系統。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于物聯網的智能顯微鏡系統，包括顯微鏡本體，還包括控制系統，物聯網模塊，安裝于所述顯微鏡本體上的傳感器模塊、攝像系統；所述控制系統分別與所述物聯網模塊、傳感器模塊、攝像系統連接，所述傳感器模塊用于檢測顯微鏡本體的工作狀態，所述攝像系統用于采集顯微鏡鏡下圖像，所述物聯網模塊用于將顯微鏡本體的工作狀態、顯微鏡鏡下圖像發送至網絡，并接收網絡發來的控制命令。

進一步限定，所述物聯網模塊支持ethernet、wi-fi、rfid、nfc、zigbee、6lowpan、bluetooth、gsm、gprs、3g、4g等網絡。物聯網模塊負責顯微鏡與外界的信息交互，根據不同的應用場景，選擇不同的物聯網模塊。近距離低速通訊時，可選擇bluetooth物聯網模塊；近距離高速通訊時，選擇wi-fi物聯網模塊；長距離低速通訊時，可選擇gsm、gprs、3g等物聯網模塊；長距離高速通訊時，可選擇4g物聯網模塊。物聯網模塊的核心作用是使顯微鏡與外界實現數據互通。本發明采用的各種傳感器、控制電路，都需通過物聯網模塊才能與外界進行數據交互，實現顯微鏡工作參數的遠程監控，實現顯微鏡鏡下圖像遠程傳輸，實現顯微鏡的遠程操作。

同時，用戶對顯微鏡的所有設置信息，顯微鏡內保存的記憶信息，拍攝的照片等，通過物聯網模塊上傳至網絡，保存在云端，同樣的，用戶也可以下載這些數據到任何一個本發明所公開的顯微鏡中，即無論使用任何本發明所公開的顯微鏡，都會有相同的操作設置和共通的存儲數據。

通過物聯網模塊和相應的軟件，顯微鏡可與當前流行的運行各種操作系統的硬件平臺實現信息交互和控制，如運行安卓系統的手機和平板，運行ios的iphone和ipad，運行linux、windows、macos等系統的智能設備。

進一步限定，所述傳感器模塊包括光電傳感器、霍爾傳感器、位移傳感器、溫度傳感器。傳感器安裝在顯微鏡不同位置上，檢測顯微鏡的各種工作狀態。

進一步限定，所述光電傳感器安裝在顯微鏡本體的照明光路中，用于檢測光源的照度、光強、色溫等參數。控制系統根據測得的數據，智能調整顯微鏡光源亮度、色溫。使得顯微鏡更易于操作，用戶無需過多設置即可獲得最佳的觀察效果。

進一步限定，所述霍爾傳感器安裝在顯微鏡本體的物鏡轉換器上，與小磁鐵配合使用，用來檢測物鏡轉換器當前的物鏡孔位。每個孔位裝有不同數量的小磁鐵，以實現對物鏡轉換器孔位的編碼。根據測得的不同孔位位置，控制系統記憶用戶在每個物鏡下的參數設置，包括：光源設置值(如亮度、色溫等)；攝像系統設置(如曝光時間、白平衡參數等)。當用戶切換不同物鏡時，控制系統自動恢復光源和攝像系統的設置到記憶狀態，使得用戶無需每次重復執行相似的操作。

進一步限定，所述位移傳感器安裝在顯微鏡本體的載物臺和調焦機構上，載物臺上安裝兩個位移傳感器，分別檢測載物臺在x方向和y方向的位移量(水平方向)，顯微鏡調焦軸安裝一個位移傳感器，檢測調焦z向的位移量(垂直方向)。同時在載物臺x、y向的極限位置，和調焦軸z的最高位置裝有光電開關，光電開關的觸發位置作為坐標的零位。通過控制系統的按鍵，用戶可記憶多組觀察目標的x、y、z位置。當用戶需要返回之前的觀察位置時，可調出記憶值，隨著用戶移動，控制系統實時計算偏差值，并提示用戶正確的運動方向，幫助用戶快速找到記憶位置。

進一步限定，所述溫度傳感器安裝在顯微鏡光源位置、攝像系統、處理器等易發熱的部件位置，實時檢測這些部件的溫度。當溫度過高時，可采用降低光源亮度、降低攝像系統幀率、降低處理器頻率等措施，保護系統工作在合理的溫度范圍，并在溫度超出警戒值時關閉系統并發出警告。

進一步限定，所述控制系統包括處理器、儲存器、內存，可運行安卓、linux、windows操作系統，用于控制傳感器模塊、物聯網模塊和攝像系統協同工作，實現顯微鏡智能控制。控制系統還具有多種外設接口，如i2c、usb、uart、ad/da、gpio等，可連接顯微鏡中的各種傳感器，監控顯微鏡的各種工作狀態。控制系統與攝像系統連接，設置攝像曝光時間、白平衡、圖像分辨率，執行拍照、錄像等操作；控制系統與物聯網模塊連接，將顯微鏡工作狀態和鏡下圖像發送至外部網絡，并獲取外部網絡發來的命令控制顯微鏡工作。控制系統實現物鏡轉換器孔位識別，記憶每個物鏡下的顯微鏡工作參數，監控顯微鏡溫度，控制顯微鏡光源，實現載物臺x、y、z位置坐標記憶。控制系統還連接按鍵和顯示屏，管理用戶操作和顯微鏡圖像顯示。

本發明還提供一種基于物聯網的智能顯微鏡系統的使用方法，光電傳感器將檢測到的光源工作參數、霍爾傳感器將檢測到的物鏡孔位、位移傳感器將檢測到的位移量、溫度傳感器將檢測到的溫度數據、攝像系統采將集到的顯微鏡鏡下圖像傳送至控制系統存儲，控制系統同時控制物聯網模塊將上述工作狀態和顯微鏡鏡下圖像傳送至云端，可在需要時由云端下載恢復到顯微鏡端。

進一步限定，根據霍爾傳感器測得的不同物鏡孔位位置，控制系統記憶在每個物鏡孔位下的光源工作參數、載物臺x、y向的位置、調焦z向的位置、攝像系統設置，當切換不同物鏡孔位時，控制系統自動恢復到記憶狀態。

本發明通過光電傳感器、霍爾傳感器、位移傳感器、溫度傳感器測得的工作狀態參數，以及攝像系統拍攝到的圖片都可以被記憶在控制系統內，并通過物聯網模塊傳送至云端，在用戶需要時，可以隨時下載瀏覽，用戶也可以下載這些數據到任何一個本發明所公開的顯微鏡中，即無論使用任何本發明所公開的顯微鏡，都會有相同的操作設置和共通的存儲數據。

附圖說明

本發明可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明；

圖1為本發明基于物聯網的智能顯微鏡系統整機圖；

圖2為基于物聯網的智能顯微鏡系統電子控制圖；

主要元件符號說明如下：

顯微鏡本體1、電源2、調光手輪3、控制系統4、物聯網模塊5、光源6、溫度傳感器7、顯示屏8、位移傳感器9、霍爾傳感器10、攝像系統11、光電傳感器12。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員可以更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進一步說明。

如圖1、圖2所示，一種基于物聯網的智能顯微鏡系統，包括顯微鏡本體1和安裝于其內的電源2、調光手輪3、控制系統4、物聯網模塊5、光源6、溫度傳感器7、顯示屏8、位移傳感器9、霍爾傳感器10、攝像系統11、光電傳感器12。

顯微鏡本體1包括目鏡、物鏡、聚光鏡等光學系統，以及機架、載物臺、托座等機械件。

如圖1所示，顯微鏡本體1內后部安裝電源2。電源2將市電轉換為dc12v，為顯微鏡本體1內的所有電器提供電源。

如圖1所示，顯微鏡具有調光手輪3，調光手輪為編碼手輪，旋轉或按下時會發出電子信號，控制系統4檢測此信號獲得用戶的操作。調光手輪3可實現多種操作，如順時針旋轉、逆時針旋轉、單擊、雙擊、長按、短按、按下保持并旋轉等。控制系統4根據這些操作執行相應的功能，如光源調節、拍照、位置記憶等。

如圖1所示，控制系統4固定在顯微鏡本體1的底板上，控制系統4上具有處理器，是整個系統的控制核心，其上具有多種外部電路接口，連接物聯網模塊5、控制調光手輪3、光源6、溫度傳感器7、顯示屏8、位移傳感器9、霍爾傳感器10、攝像系統11、光電傳感器12，實現顯微鏡的各種智能控制功能。其上有存儲器，存儲用戶對顯微鏡的各種參數設置，如每個物鏡的光源亮度、色溫，攝像系統曝光時間、白平衡等參數，還用于存儲用戶拍攝的照片、錄制的視頻等數據。

如圖2所示，控制系統4上的外部接口包括i2c、uart、usb、bluetooth、gpio、hdmi等。

控制系統4的處理器為arm內核的高性能處理器，控制系統4具有充足的內存和存儲器，可根據需要運行安卓、linux、windows等操作系統。控制系統4上的處理器，能夠處理攝像系統11捕捉的顯微鏡鏡下圖像，實現圖像編輯處理、顯示、存儲等功能。

如圖1所示，物聯網模塊5安裝在顯微鏡本體1的底板上，連接至控制系統4的物聯網接口。物聯網模塊是控制系統與外部網絡交互數據的橋梁，控制系統4將各種傳感器模塊采集到的工作狀態信息和攝像系統11采集到的鏡下圖像，由物聯網模塊5發送至外部網絡，而外部網絡發來的控制命令，也通過物聯網模塊5返回控制系統4，并由控制系統4執行操作。用戶對顯微鏡的所有設置信息，顯微鏡內保存的記憶信息，拍攝的照片等，通過物聯網模塊5上傳至網絡，保存在云端，同樣的，用戶也可以下載這些數據到任何一個本發明所公開的顯微鏡中，用戶即使更換了其他顯微鏡，也能夠很方便的恢復成自己習慣的顯微鏡操作設置，瀏覽自己以前存儲的照片。

通過物聯網模塊5和相應的軟件，顯微鏡可與當前流行的運行各種操作系統的硬件平臺實現信息交互和控制，如運行安卓系統的手機和平板，運行ios的iphone和ipad，運行linux、windows、macos等系統的智能設備。

本實施實例中采用的物聯網模塊5為esp8266模塊。esp8266具有完整的wifi功能，支持802.11b/g/n無線網絡協議，其內部有一個32bit的mcu。控制系統4與物聯網模塊5通過uart接口通訊，通過不同的uart命令，控制系統4可通過esp8266接入wifi網絡，實現與網絡的數據交互。

如圖1所示，光源6安裝在顯微鏡本體1下部，負責顯微鏡光源照明，顯微鏡光源可為鹵素燈、led燈(可為一個或一組)等。光源6連接至控制系統4的光源接口，由控制系統4實現光源開、關控制，以及亮度調節、色溫調節等控制功能，這些參數設置也會同時保存在控制系統4中，并通過物聯網模塊上傳至云端。

如圖1所示，溫度傳感器7安裝在光源6和攝像系統11附近，檢測這兩個易發熱部件的溫度。溫度傳感器7連接至控制系統4的溫度傳感器接口，控制系統4獲取傳感器的數據，當溫度過高時，控制系統4提示用戶檢查原因，如顯微鏡通風孔堆積灰塵、工作環境溫度過高、室內通風不暢等原因。

如圖1所示，位移傳感器有3個，連接至控制系統4的位移傳感器接口。其中2個安裝在載物臺上，測量載物臺在x、y方向(水平方向)上的位移；1個安裝在調焦z向(垂直方向)，檢測調焦z軸的位移。并且在載物臺x、y方向的極限位置和調焦z軸的最高位置安裝有光電開關，光電開關用于標示位移傳感器的零位。用戶可通過調光手輪3操作記憶觀察目標的位置到控制系統4中，當用戶返回記憶位置時，控制系統4會根據當前位置計算出偏差，并在顯示屏8上提示用戶正確的運動方向和距離等信息，幫助用戶快速返回記憶位置。這些記憶位置通過物聯網模塊上傳至網絡，按照切片名稱命名保存在云端，用戶可以獲得以前看過的切片位置記憶信息，或者用戶使用了其他顯微鏡，也能夠方便的通過物聯網模塊從云端獲得這些信息。

如圖1所示，霍爾傳感器10安裝在顯微鏡物鏡轉換器內，連接至控制系統4的霍爾接口。物鏡轉換器的每個孔位裝有不同數量和排列順序的小磁鐵，這些小磁鐵實現了對轉換器孔位的編碼。控制系統4通過識別霍爾傳感器10的編碼，獲得轉換器的孔位。用戶在每一個孔位的設置(如光源亮度、曝光時間、白平衡參數等)都會被存儲在控制系統4中，當用戶再次返回該孔位時，控制系統4會立即按照這些參數設置相關硬件，恢復到用戶之前設置的觀察效果，使得顯微鏡更智能、更易于使用。這些記憶的參數同時通過物聯網模塊上傳至網路，保存在云端，當用戶更換使用其他顯微鏡時，這些參數可以直接下載到新的顯微鏡。即用戶可以隨意更換顯微鏡，而每臺顯微鏡都會符合用戶的使用習慣，而無需重復設置。

如圖1所示，攝像系統安裝在顯微鏡成像光路中，連接至控制系統4。負責捕捉顯微鏡鏡下圖像，圖像可通過物聯網模塊發送至外部網絡，或在本機顯示屏8上顯示。

如圖1所示，光電傳感器12安裝在顯微鏡本體1的光路中，連接至控制系統4的光電傳感器接口，檢測顯微鏡光源照度、光強、色溫等參數。控制系統4根據測得的數據，自動調整顯微鏡光源6。使得顯微鏡更加智能化、更易于操作，用戶無需過多設置即可獲得最佳的觀察效果。

本發明還提供了一種基于物聯網的智能顯微鏡系統的使用方法，具體如下：當用戶使用本顯微鏡系統進行觀察時，選擇好觀察使用的物鏡倍數，調整好光源亮度，設置好攝像頭參數(曝光時間、白平衡等)，移動載物臺并調焦找到觀察的目標，控制系統4會自動記憶用戶的各種設置，并同時通過物聯網模塊5上傳至云端。當用戶再次使用該物鏡觀察時，控制系統4會自動控制顯微鏡恢復到之前記憶的設置狀態，使得顯微鏡更加智能，避免用戶反復執行相似操作的麻煩。當用戶通過操作調光手輪對鏡下圖像拍照時，控制系統會收集當前系統的工作狀態，如物鏡孔位、光源亮度、攝像頭設置、載物臺x、y、z位置等，將這些信息與顯微鏡鏡下圖像的照片數據同時存儲，并通過物聯網模塊5上傳至云端，當用戶瀏覽這些照片時，顯微鏡能夠告知用戶拍攝照片時的顯微鏡各種參數，并在需要時，實際控制顯微鏡恢復到與拍照時刻相同的工作狀態。由于這些信息都儲存在云端，所以用戶可以很方便的從云端恢復這些數據到顯微鏡中。在某些情況下，顯微鏡很可能會有不止一個使用者，每個使用者對顯微鏡有不同的使用偏好、拍攝過不同的照片，通過云端賬戶，不同用戶可以將自己對顯微鏡的設置偏好和拍攝的照片下載到顯微鏡端(每個用戶只能看到自己的數據)，使得顯微鏡更加符合每個人的使用習慣。

以上對本發明提供的一種基于物聯網的智能顯微鏡系統進行了詳細介紹。具體實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。