CN104531528A - 一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱 - Google Patents

一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱 Download PDF

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Abstract

一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱，借助两套直线轴位移装置，使用计算机的RS232C接口的两根输出联络线分别操作两个步进电机以及两个照明LED灯，使得两个摄像头上下移动寻求到最佳拍摄物距，两个照明LED灯在拍摄时适时短暂发光，做到在各种光照环境中都能清晰成像；还使用RS232C的两根输入联络线配合两组微动开关以中断响应的方式检测两个摄像头是否移动到了上、下两个极端，能避免步进电机空转。包括一台人工气候箱、两套Z轴位移装置、两个摄像头、一台计算机、两块MAX232、74HC164、74HC165、74HC273、74HC30、两个交流固态继电器、两个照明LED灯以及+5V电源。

Description

一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱
所属技术领域
本发明涉及生物实验领域的生物培养设备，具体涉及一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱。
背景技术
摄像头用于观察培养箱内生物的生长无疑是必由之路，《视频记录可调光波光照培养箱》(ZL 2013205546840，授权公告日：2014-02-05)作了初步尝试。不过，该方案仅仅是隔着双层真空玻璃隔板视频记录而已，不是直接拍摄，存在着成像是否清晰以及观察培养物是否方便等问题。
发明内容
本发明提供一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱，该人工气候箱借助两套直线轴位移装置，使用计算机的RS232C接口的两根输出联络线分别操作两个步进电机以及两个照明LED灯，使得两个摄像头上下移动寻求到最佳拍摄物距，两个照明LED灯在拍摄时适时短暂发光，做到在各种光照环境中都能清晰成像；还使用RS232C的两根输入联络线配合两组微动开关以中断响应的方式检测两个摄像头是否移动到了上、下两个极端，能避免步进电机空转。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括一台人工气候箱、两套Z轴位移装置、两个摄像头、一台计算机、两块MAX232、一块74HC164、一块74HC165、一块74HC273、一块74HC30、两个交流固态继电器、两个照明LED灯以及+5V电源；其中，第一套Z轴位移装置通过它的第一块金属板上的销钉孔以及人工气候箱内设置在其顶部的螺丝固定到人工气候箱内的顶部；第二套Z轴位移装置通过它的第一块金属板上的销钉孔以及人工气候箱内设置在其底部的螺丝固定到人工气候箱内的底部；两个摄像头分别安装在两套Z轴位移装置各自的滑台上，并通过摄像头的USB电缆分别连接到计算机的两个USB接口；计算机的RS232C接口的两根输出联络线以及串行数据输出线分别经过电平转换电路MAX232以后变换成TTL电平信号RTS、DTR与TXD，RTS、DTR与TXD分别连接有一个下拉电阻，RTS同时连接到74HC164与74HC165的时钟端，DTR同时连接到74HC164的第一个串行信号输入端以及74HC165的SHIFT/LOAD端，TXD连接到74HC273的时钟端，74HC164的第二个串行信号输入端及其清零端、74HC273与74HC165的清零端都连接到+5V电源的正极，74HC164的八个信号输出端与74HC273的八个信号输入端一一连接，74HC273的八个信号输出端分别连接有一个下拉电阻，74HC273的八个信号输出端中的低四位信号输出端1Q、2Q、3Q以及4Q分成两组，每一组中的两个分别连接到一套Z轴位移装置中的步进电机驱动电路的正转控制线与反转控制线，其高两位的信号输出端7Q与8Q分别与两个交流固态继电器的输入控制端相连接，两个交流固态继电器的另一个输入控制端都连接到+5V电源的负极；每一个交流固态继电器的输出受控端都与市电以及一个照明LED灯组成串联回路；两套Z轴位移装置的四个微动开关的一端与与非门74HC30的四个输入端一一连接，还与74HC165的四个并行输入端一一连接，四个微动开关的另一端都连接到+5V电源的负极，74HC30空余的四个输入端都连接到+5V电源的正极，74HC165的八个并行输入端分别连接有一个上拉电阻，74HC165的串行数据输入端SER以及片选端INH都连接到+5V电源的负极，74HC30的输出端与74HC165的串行数据输出端经过电平转换电路MAX232以后分别连接到计算机的RS232C接口的输入联络线CD与CTS。
所述一套Z轴位移装置包括两根光轴、一根滚珠丝杆、两个法兰直线轴承、三个直线轴承、三个螺母座、一个滑台、两块金属板、一块金属底板、联轴器、一个步进电机、一组步进电机驱动电路、一个步进电机架以及两个微动开关；两根光轴以及滚珠丝杆彼此平行，各自穿过一个直线轴承，这三个直线轴承上各自配合有一个螺母座，滑台是一个金属板，滑台上面开设有销钉孔，滑台通过螺丝同时固定在上述三个螺母座上；两块金属板各自开设有左、中、右三个圆孔，第一根光轴的两端分别安装在这两块金属板的左圆孔上，通过这两个左圆孔上的螺丝固定，第二根光轴的两端分别安装在这两块金属板的右圆孔上，通过这两个右圆孔上的螺丝固定；两块金属板上中间的圆孔各自通过螺丝安装一个法兰直线轴承，滚珠丝杆的一端安置在第一块金属板上的法兰直线轴承中，其另一端穿过第二块金属板上的法兰直线轴承以后连接到联轴器的一端，联轴器的另一端连接步进电机的轴，步进电机的控制线与步进电机驱动电路的输出配合，步进电机以及步进电机驱动电路都安装在步进电机架上，步进电机架以及两块金属板都安置在Z轴位移装置的金属底板上，金属底板以及两块金属板上分别开设有销钉孔；两个微动开关分别安置在该套Z轴位移装置的两块金属板上，其位置各自靠近所属金属板上的法兰直线轴承，它俩都面朝滑台，并当滑台在滚珠丝杆上移动到靠近法兰直线轴承的两个极端时，会分别受到滑台的触碰。
本发明的有益效果是：能从培养物的上方与下方分别拍摄：1)两个摄像头分别能自动调节拍摄物距，做到成像清晰，2)光照不足时，照明LED灯会短暂地发光；并且，一旦四个微动开关探测出摄像头位移到了滚珠丝杆的极端，会自动停止步进电机的进一步旋转，保护了步进电机；自动化程度较高，功能较完善。
附图说明：
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的方框图。
图2是计算机RS232C接口与TTL逻辑电平信号之间进行电平转换的电路图。
图3是计算机RS232C接口的RTS、DTR以及TXD信号控制两个步进电机以及两个照明LED灯的电路图。
图4是四个微动开关产生中断响应信号的电路图。
图5是计算机RS232C接口的CTS检测四个微动开关状态的电路图。
图1中，1.人工气候箱，2.计算机，21.计算机的第一个USB接口，22.计算机的第二个USB接口，23.计算机的RS232C接口，3.第一个摄像头，4.第一套Z轴位移装置，41.第一个步进电机及其步进电机驱动电路，42.第一个微动开关，43.第二个微动开关，51.第一个交流固态继电器，52.第一个照明LED灯，61.第二个交流固态继电器，62.第二个照明LED灯，7.第二个摄像头，8.第二套Z轴位移装置，81.第二个步进电机及其步进电机驱动电路，82.第三个微动开关，83.第四个微动开关。
具体实施方式
如图1所示，第一套Z轴位移装置(4)及其第一个摄像头(3)、第二套Z轴位移装置(8)及其第二个摄像头(7)分别安装在人工气候箱(1)内部的顶部以及底部。限于绘图水平，图1没有描述Z轴位移装置(4)的结构，请在淘宝网上检索参考。步进电机旋转，驱动着承载摄像头的滑台沿着滚珠丝杆上下精细地移动。两个摄像头分别通过USB电缆连接到计算机(2)的第一个USB接口(21)与第二个USB接口(22)。计算机(2)的RS232C接口(23)的各根联络线在与TTL电平信号线接口之前需要先经过电平转换电路例如MAX232，如图2所示。
如图3所示，为了操作步进电机及其步进电机驱动电路(41)与第二个步进电机及其步进电机驱动电路(81)以及控制第一个照明LED灯(52)与第二个照明LED灯(62)，计算机RS232C接口(22)的输出联络线RTS与DTR联合操作串入并出移位寄存器74HC164，可以准确地输出八位二进制控制信号。但是，在此串行移位输出过程中，在74HC164的输出端也会出现一些过渡性的错误信号。因此，用计算机RS232C接口(22)的串行数据输出信号TXD来选择正确的时刻并通过74HC273来输出并寄存。74HC273输出的八位二进制数据中，用2位连接到第一组步进电机驱动电路(41)的正转控制线与反转控制线，用2位连接到第二组步进电机驱动电路(81)的正转控制线与反转控制线，用1位连接到第一个交流固态继电器(51)以控制第一个照明LED灯(52)，用1位连接到第二个交流固态继电器(61)以控制第二个照明LED灯(62)。步进电机驱动电路主要承担产生导致步进电机正转或者反转之电磁线圈驱动脉冲及其功率放大的作用，具体参见单片机书籍的有关章节。
第一个微动开关(42)、第二个微动开关(43)与第三个微动开关(82)以及第四个微动开关(83)分别安置在第一套Z轴位移装置(4)与第二套Z轴位移装置(8)的滚珠丝杆所依靠的两个法兰直线轴承的附近，并当滑台移动到滚珠丝杆的上、下两个极端时，相应的微动开关会受到滑台的触碰。受到触碰的微动开关会产生一个由高到低的电平。该低电平分别送往与非门74HC30以及并入串出移位寄存器74HC165的并行输入端，分别如图4、图5所示。这导致在计算机的RS232C接口(23)的输入联络线CD上产生一个中断请求信号。因此，计算机(2)转入中断响应程序去查询四个微动开关的状态，明确是哪一套Z轴位移装置上的哪一个微动开关受到了滑台的触碰。因此及时停止相应的步进电机的进一步旋转，避免步进电机空转。
计算机的RS232C接口(23)受通信控件MSComm32.OCX的管理。

Claims (2)

1.一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱，其特征是：包括一台人工气候箱、两套Z轴位移装置、两个摄像头、一台计算机、两块MAX232、一块74HC164、一块74HC165、一块74HC273、一块74HC30、两个交流固态继电器、两个照明LED灯以及+5V电源；其中，第一套Z轴位移装置通过它的第一块金属板上的销钉孔以及人工气候箱内设置在其顶部的螺丝固定到人工气候箱内的顶部；第二套Z轴位移装置通过它的第一块金属板上的销钉孔以及人工气候箱内设置在其底部的螺丝固定到人工气候箱内的底部；两个摄像头分别安装在两套Z轴位移装置各自的滑台上，并通过摄像头的USB电缆分别连接到计算机的两个USB接口；计算机的RS232C接口的两根输出联络线以及串行数据输出线分别经过电平转换电路MAX232以后变换成TTL电平信号RTS、DTR与TXD，RTS、DTR与TXD分别连接有一个下拉电阻，RTS同时连接到74HC164与74HC165的时钟端，DTR同时连接到74HC164的第一个串行信号输入端以及74HC165的SHIFT/LOAD端，TXD连接到74HC273的时钟端，74HC164的第二个串行信号输入端及其清零端、74HC273与74HC165的清零端都连接到+5V电源的正极，74HC164的八个信号输出端与74HC273的八个信号输入端一一连接，74HC273的八个信号输出端分别连接有一个下拉电阻，74HC273的八个信号输出端中的低四位信号输出端1Q、2Q、3Q以及4Q分成两组，每一组中的两个分别连接到一套Z轴位移装置中的步进电机驱动电路的正转控制线与反转控制线，其高两位的信号输出端7Q与8Q分别与两个交流固态继电器的输入控制端相连接，两个交流固态继电器的另一个输入控制端都连接到+5V电源的负极；每一个交流固态继电器的输出受控端都与市电以及一个照明LED灯组成串联回路；两套Z轴位移装置的四个微动开关的一端与与非门74HC30的四个输入端一一连接，还与74HC165的四个并行输入端一一连接，四个微动开关的另一端都连接到+5V电源的负极，74HC30空余的四个输入端都连接到+5V电源的正极，74HC165的八个并行输入端分别连接有一个上拉电阻，74HC165的串行数据输入端SER以及片选端INH都连接到+5V电源的负极，74HC30的输出端与74HC165的串行数据输出端经过电平转换电路MAX232以后分别连接到计算机的RS232C接口的输入联络线CD与CTS。
2.根据权利要求1所述的一种自动化聚焦立体拍摄培养物的人工气候箱，其特征是：所述一套Z轴位移装置包括两根光轴、一根滚珠丝杆、两个法兰直线轴承、三个直线轴承、三个螺母座、一个滑台、两块金属板、一块金属底板、联轴器、一个步进电机、一组步进电机驱动电路、一个步进电机架以及两个微动开关；两根光轴以及滚珠丝杆彼此平行，各自穿过一个直线轴承，这三个直线轴承上各自配合有一个螺母座，滑台是一个金属板，滑台上面开设有销钉孔，滑台通过螺丝同时固定在上述三个螺母座上；两块金属板各自开设有左、中、右三个圆孔，第一根光轴的两端分别安装在这两块金属板的左圆孔上，通过这两个左圆孔上的螺丝固定，第二根光轴的两端分别安装在这两块金属板的右圆孔上，通过这两个右圆孔上的螺丝固定；两块金属板上中间的圆孔各自通过螺丝安装一个法兰直线轴承，滚珠丝杆的一端安置在第一块金属板上的法兰直线轴承中，其另一端穿过第二块金属板上的法兰直线轴承以后连接到联轴器的一端，联轴器的另一端连接步进电机的轴，步进电机的控制线与步进电机驱动电路的输出配合，步进电机以及步进电机驱动电路都安装在步进电机架上，步进电机架以及两块金属板都安置在Z轴位移装置的金属底板上，金属底板以及两块金属板上分别开设有销钉孔；两个微动开关分别安置在该套Z轴位移装置的两块金属板上，其位置各自靠近所属金属板上的法兰直线轴承，它俩都面朝滑台，并当滑台在滚珠丝杆上移动到靠近法兰直线轴承的两个极端时，会分别受到滑台的触碰。
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