基本信息

第一作者姓名：符语桐

性别：女

民族：满族

第一作者学校：清华大学附属实验学校

第一作者人所在年级：初二

第二作者姓名：李辰暄

性别：男

民族：汉族

第二作者人所在学校：清华大学附属实验学校

第二作者人所在年级：初二

第三作者姓名：顼博然

性别：男

民族：汉族

第三作者人所在学校：清华大学附属实验学校

第三作者人所在年级：初二

辅导教师姓名：付静

作品摘要

*结构组成：

 多功能显微镜由智能追踪显微成像系统、电动导向控制机构、轻型可拆卸多功能框架结构组合而成。其中，智能追踪显微成像系统，主要包括CCD成像传感器、多倍率物镜以及二维高精度位移载物台；电动导向控制机构，主要包括步进电机、轴向丝杠以及限位滑块。

*主要特征：

（1）实时智能追踪显微成像，倍率1500，载物台X-Y位移精度5μm，解决小位移手动控制难、精度不高、耗时的问题；（2）轴向丝杠导向电动控制，防止振动，具有精确的轴向定位，定位精度5μm，解决对焦难的问题；（3）铝型材框架支撑结构稳固牢靠且重量轻，结构简便，可拆卸易安装，可以进行多功能拓展；（4）显微成像系统可与电脑、树莓派等软件互联，可实现实时追踪并记录生物形态等功能。

*主要用途：

在基础显微镜功能的基础上，本发明作品能够进行动态生物目标、晶体结晶过程等的智能化观测，并且可拆卸、补充的多功能框架结构可改装用于3d打印机、激光切割机等设备。

*创新点：

（1）具有实时智能追踪动态显微成像的功能，适用于动态目标、大视野成像；（2）步进电机控制载物台X-Y-Z位移，操作十分简易，具有轴向导向的精确定位功能；（3）多功能框架由可拆卸的铝型材搭建，具有稳固牢靠且重量轻的支撑功能，可以重新安装改造成3d打印机，激光切割机等，实现多功能需求；（4）安装简易，性价比高，适合中学生创客；（5）支持连接树莓派、电脑等外接设备，实现软硬件联通。

作品说明

*问题提出：

*提出的问题和解决的问题：

在生物实验显微观察动态目标中，常会出现找不着目标，目标活动快，难以动态追踪成像的问题，传统手动调试显微镜对焦追踪操作繁琐、速度慢，不容易进行观测结果的实时记录。针对该问题，我们想设计一款适用于中学生创客的多功能显微镜，不仅可以使显微镜实现自动追踪、软硬件互联等功能，而且还可以进行多功能拓展应用。

研究问题的原因和意义：

本项目研究可以用于生物实验中的显微观察动态目标，提高观察效率。

*解决方案：

解决问题的办法：

（1）针对传统手动调试显微镜对焦追踪操作繁琐的问题，我们采用微型步进电机结合高精度位移载物台，精确控制样品在X、Y、Z轴的位置移动，其中Z轴导向是由轴向丝杠、限位滑块构成，X、Y、Z轴的位移控制精度达到5μm；使用ESP控制器进行软硬件互联，采用软件控制，通过多倍率物镜，能够实现活动目标的实时智能对焦追踪显微成像，相比传统手动控制显微镜的方式，操作简易，位移精度高，可简单快速的锁定并观察动态小目标。（2）针对显微成像观测结果实时记录的需求，我们采用CCD成像传感器，结合显微镜物镜，可以完整有效地记录动态显微观测过程。（3）针对中学生创客器材的多功能、高性价比需求，我们采用空心铝型材搭建可拆卸的显微镜系统的的多功能框架结构，保证设备结构稳固牢靠且重量轻，安装简易，并可以将我们开发的框架结构快速、方便地改装成3D打印机、激光切割机等设备，满足了多功能拓展性的需求。

发明研究的重点：

研究的重点是开发具有实时智能追踪动态显微成像功能的显微镜，设计步进电机控制载物台，以及具有轴向导向控制的机构，并根据需要研制具有稳固牢靠且重量轻的多功能框架。

发明研究的难点：

研究难点在于如何在安装过程中保持各部件的水平、垂直位置。

发明研究的难点：

研究难点在于如何在安装过程中保持各部件的水平、垂直位置。

本发明使用方法、附图说明性文字：

目镜上方接CCD传感器，并连接电脑通讯；通过操作控制面板，控制电机进行X-Y-Z的高精移动，实现对动态物体的快速对焦成像。

*使用或试用效果：

目前已开展了动态活体单细胞生物、糖结晶过程、盐、酵母菌、霜、花瓣等显微观测，设计了实时智能追踪显微成像软件，本发明作品实现了动态目标追踪显微成像。

*优点：

本作品具有实时智能追踪显微成像的功能，适用于动态目标、大视野成像，解决了动态目标难以定位且对焦操作繁琐的问题；支持连接树莓派、电脑等外接设备，实现了显微成像系统的软硬件联通，具有稳固牢靠且重量轻的多功能框架支撑结构，安装简易，可拓展改造成3d打印机、激光切割机等；高性价比，多功能适合中学生创客。

*还需进一步研究的问题：

需要进行多功能显微镜体积的缩小、外观的美化以及结构的优化改进等。

作品图片

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