專(zhuān)利名稱(chēng)：一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教學(xué)系統(tǒng)，具體地說(shuō)是指一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果，通常，該多媒體互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)文字、圖像、聲音這一層次的互動(dòng)。
并且，這一多媒體互動(dòng)教學(xué)已經(jīng)被應(yīng)用到了顯微鏡教學(xué)方面，例如，中國(guó)專(zhuān)利02110572.3號(hào)公開(kāi)了“一種多媒體教學(xué)視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”，包括教師控制臺(tái)和學(xué)生操作臺(tái)，其中教師控制臺(tái)包括具有圖像采集和處理輸出裝置的計(jì)算機(jī)、音視頻播放源、視頻顯示設(shè)備、視頻采集設(shè)備、圖像分割和控制器；學(xué)生操作臺(tái)包括一個(gè)學(xué)生用視頻展示臺(tái)、具有圖像采集和處理輸出裝置的計(jì)算機(jī)以及一個(gè)顯示裝置，該學(xué)生用視頻展示臺(tái)設(shè)有視頻采集頭，該視頻采集頭連接到一個(gè)顯微鏡；學(xué)生操作臺(tái)的計(jì)算機(jī)和教師控制臺(tái)中的計(jì)算機(jī)通過(guò)雙向網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接。由此，各學(xué)生和教師可共享顯微鏡所采集到的圖像，并通過(guò)文字和聲音進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)。
再如，中國(guó)專(zhuān)利02104982.3號(hào)公開(kāi)了一種“顯微—實(shí)驗(yàn)室裝置”，包括很多大學(xué)生顯微鏡，這些是各自用一個(gè)視頻攝像機(jī)裝備的，以便產(chǎn)生一個(gè)圖像信號(hào)，這表示了至少一部分大學(xué)生顯微鏡視場(chǎng)中來(lái)自大學(xué)生視野的圖像，包括用視頻電纜或無(wú)繩技術(shù)與視頻攝像機(jī)連接的多路器—控制裝置，以便在一個(gè)或多個(gè)被選定的顯微鏡的來(lái)自大學(xué)生視野的圖像基礎(chǔ)上提供組合的授課圖像信號(hào)，和包括在實(shí)驗(yàn)室對(duì)大學(xué)生用于顯示授課圖像的投影單元或另外的公用顯示器。這一發(fā)明實(shí)現(xiàn)的功能也是通過(guò)教師和學(xué)生共享顯微鏡采集到的圖像來(lái)方便地進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)。
又如，中國(guó)專(zhuān)利200410041814公開(kāi)了一種“數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”，由教師主控臺(tái)包括教師主控機(jī)、圖像采集裝置、圖像輸出裝置及語(yǔ)音設(shè)備；學(xué)生受控臺(tái)包括學(xué)生機(jī)、圖像采集裝置及語(yǔ)音設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及一個(gè)以上的畫(huà)面處理器組成。本系統(tǒng)可進(jìn)行生物、物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的互動(dòng)教學(xué)，實(shí)時(shí)傳輸和廣播各種成像設(shè)備的活動(dòng)圖像并能對(duì)圖像進(jìn)行保存，監(jiān)視各個(gè)學(xué)生端圖像采集裝置下的圖像，監(jiān)視學(xué)生機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并對(duì)其操作行為進(jìn)行控制，指導(dǎo)學(xué)生觀察顯微圖像和各種理科實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程，與學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)音、文字及圖像的互動(dòng)式交流，可對(duì)圖像進(jìn)行多種分析和處理。
可見(jiàn)，雖然上述各系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)文字、圖像、聲音這一層次的互動(dòng)，但是，在許多情況下，教量仍需要手把手地為學(xué)生示范顯微鏡的操作過(guò)程，因而教師仍必須穿梭于各學(xué)生的位置之間，逐一為學(xué)生進(jìn)行示范操作，仍難以克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)，因此這些系統(tǒng)并非完全意義上的互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)在一個(gè)位置上操作一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)距離的顯微鏡，因而不能達(dá)到完全意義上的互動(dòng)教學(xué)這一缺陷。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，包括多臺(tái)自動(dòng)控制的數(shù)碼顯微鏡，每一數(shù)碼顯微鏡配有驅(qū)動(dòng)其各部件動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)；多個(gè)分別與各數(shù)碼顯微鏡連接的控制盒，各控制盒包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的數(shù)碼顯微鏡運(yùn)動(dòng)控制模塊、光源控制模塊、控制桿狀態(tài)捕捉模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、與數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作控制模塊連接的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，各步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與數(shù)碼顯微鏡的各步進(jìn)電機(jī)連接，用于控制各步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作，光源控制模塊與數(shù)碼顯微鏡的光源連接，以控制其亮度，各網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過(guò)一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線連接，形成一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)，使得在沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況下，也能夠通過(guò)顯微鏡控制臺(tái)控制顯微鏡網(wǎng)絡(luò)中任意一臺(tái)或多臺(tái)顯微鏡動(dòng)作的功能；多個(gè)控制桿，分別與各控制盒中的控制桿狀態(tài)捕捉模塊連接，以向單片機(jī)發(fā)出控制數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作的各種指令；一顯微鏡控制臺(tái)，該顯微鏡控制臺(tái)連接到顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線，包括顯微鏡選擇模塊和動(dòng)作選擇模塊，顯微鏡選擇模塊用于選擇所要控制的數(shù)碼顯微鏡，動(dòng)作選擇模塊用于控制所選定數(shù)碼顯微鏡的執(zhí)行動(dòng)作。
一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，還包括至少一臺(tái)教師計(jì)算機(jī)，該教師計(jì)算機(jī)通過(guò)多路視頻捕捉卡連接到至少一個(gè)畫(huà)面分割器，每一畫(huà)面分割器與一組數(shù)碼顯微鏡的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接。在這一系統(tǒng)中，學(xué)生通過(guò)控制桿操作自己位置上的顯微鏡；教師可通過(guò)教師計(jì)算機(jī)觀察任意一個(gè)或任意一組學(xué)生的顯微鏡圖像，從而可發(fā)現(xiàn)該學(xué)生對(duì)顯微鏡操作的撐握情況；并可通過(guò)顯微鏡控制臺(tái)控制任意一臺(tái)遠(yuǎn)距離的學(xué)生用的顯微鏡動(dòng)作，或者通過(guò)教師計(jì)算機(jī)控制任意一臺(tái)遠(yuǎn)距離學(xué)生用的顯微鏡動(dòng)作，以進(jìn)行正確的示范操作，從而達(dá)到互動(dòng)教學(xué)的效果。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，教師計(jì)算機(jī)和所述顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接。在此種結(jié)構(gòu)下，教師不但可通過(guò)教師計(jì)算機(jī)觀察任意一個(gè)或任意一組學(xué)生的顯微鏡圖像，并可通過(guò)教師計(jì)算機(jī)操作任意一臺(tái)或多臺(tái)遠(yuǎn)距離的學(xué)生用的顯微鏡，即教師的遠(yuǎn)距離操作有通過(guò)顯微鏡控制臺(tái)進(jìn)行和通過(guò)教師計(jì)算機(jī)進(jìn)行這兩種方式。
進(jìn)一步地，包括一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括與各數(shù)碼顯微鏡一一對(duì)應(yīng)的多臺(tái)學(xué)生計(jì)算機(jī)及所述的教師計(jì)算機(jī)，各數(shù)碼顯微鏡的控制盒中進(jìn)一步包括受單片機(jī)控制的串口，用于分別與各學(xué)生計(jì)算機(jī)及教師計(jì)算機(jī)的串口連接。在此種結(jié)構(gòu)下，任一臺(tái)計(jì)算機(jī)，不管是教師計(jì)算機(jī)或?qū)W生計(jì)算機(jī)，不但可操作該計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的顯微鏡，還可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作其他任意一臺(tái)遠(yuǎn)距離的顯微鏡；并且，教師計(jì)算機(jī)還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)轉(zhuǎn)換模塊訪問(wèn)顯微鏡的網(wǎng)絡(luò)總線來(lái)操作遠(yuǎn)距離的顯微鏡。也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置教師、學(xué)生和系統(tǒng)管理員的操作權(quán)限。
一種與前述方案相似的方案為，包括一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括與各數(shù)碼顯微鏡一一對(duì)應(yīng)的多臺(tái)學(xué)生計(jì)算機(jī)及所述的教師計(jì)算機(jī)，各數(shù)碼顯微鏡的控制盒中進(jìn)一步包括與單片機(jī)連接的串口，用于分別與各學(xué)生計(jì)算機(jī)及教師計(jì)算機(jī)連接，但是，不包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，即教師或?qū)W生可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作其他任意一臺(tái)遠(yuǎn)距離的顯微鏡，但是，由于顯微鏡的網(wǎng)絡(luò)總線和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，因而教師計(jì)算機(jī)不能以通過(guò)顯微鏡的網(wǎng)絡(luò)總線的方式來(lái)操作遠(yuǎn)距離的顯微鏡。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，畫(huà)面分割器還通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)連接。計(jì)算機(jī)可通過(guò)串口控制畫(huà)面分割器顯示為16畫(huà)面、9畫(huà)面、4畫(huà)面或1畫(huà)面。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)畫(huà)面分割器與十六臺(tái)數(shù)碼顯微鏡的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一語(yǔ)音主控模塊、多個(gè)與該語(yǔ)音主控模塊連接的學(xué)生語(yǔ)音單元，語(yǔ)音主控模塊及各學(xué)生語(yǔ)音單元分別連接有一耳麥，該語(yǔ)音主控模塊與所述教師計(jì)算機(jī)通過(guò)串口連接。教師計(jì)算機(jī)通過(guò)語(yǔ)音主控模塊設(shè)置語(yǔ)音工作模式，以便與學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)音交流。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)碼顯微鏡各部件的動(dòng)作包括載物臺(tái)X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，粗、微調(diào)焦，物鏡轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，聚光鏡升降，聚光鏡頂部透鏡翻轉(zhuǎn)，孔徑光欄開(kāi)關(guān)，視場(chǎng)光欄開(kāi)關(guān)。
前述一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)碼顯微鏡的各軸上裝有限位開(kāi)關(guān)，各限位開(kāi)關(guān)與所述控制盒中的數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作控制模塊相連。
綜上所述，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)位置上操作一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)距離的顯微鏡，即教師可在自己的位置上觀察各學(xué)生顯微鏡的圖像，同時(shí)可控制各學(xué)生顯微鏡動(dòng)作，以便為其示范，當(dāng)然還可與學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)音溝通，完全不需要到學(xué)生的位置上進(jìn)行任何教學(xué)活動(dòng)，因此，達(dá)到了完全意義上的顯微鏡互動(dòng)教學(xué)。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明顯微鏡控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明顯微鏡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明顯微鏡無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明圖像傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例下面參照?qǐng)D1至圖7本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。
參照?qǐng)D1，該顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)包括多臺(tái)學(xué)生用的數(shù)碼顯微鏡70和一臺(tái)教師用的數(shù)碼顯微鏡71，每一數(shù)碼顯微鏡70、71均分別連接有一控制盒21，每一控制盒21連接有一控制桿24，各控制盒21可控制其對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯微鏡70或71動(dòng)作，操作者可通過(guò)控制桿24向控制盒21輸入控制信號(hào)，以操作其對(duì)應(yīng)的顯微鏡70或71。各控制盒21通過(guò)一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線90連接，使各數(shù)碼顯微鏡70、71形成一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)，圖3清楚地顯示了這一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線90中還連接有一顯微鏡控制臺(tái)23，該顯微鏡控制臺(tái)23包括顯微鏡選擇模塊231和動(dòng)作選擇模塊232，通過(guò)該顯微鏡控制臺(tái)23，可選擇要操作的遠(yuǎn)距離的數(shù)碼顯微鏡70或71以需要所選取擇的數(shù)碼顯微鏡70或71進(jìn)行的動(dòng)作。由此，教師可通過(guò)顯微鏡控制臺(tái)23操作任意一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)碼顯微鏡70。
參照?qǐng)D1，該顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)中還包括一教師計(jì)算機(jī)80，該教師計(jì)算機(jī)80通過(guò)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊22與顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線90連接，并通過(guò)多路視頻捕捉卡50連接有多個(gè)畫(huà)面分割器30。畫(huà)面分割器30可接多路視頻輸入，將多個(gè)輸入視頻畫(huà)面組合為一路視頻，然后輸出。教師計(jì)算機(jī)80通過(guò)串口擴(kuò)展卡40與各畫(huà)面分割器30連接，每一畫(huà)面分割器30與一組十六臺(tái)數(shù)碼顯微鏡70的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接。由此，教師計(jì)算機(jī)80可讀取任意一個(gè)或多個(gè)顯微鏡70的圖像，并控制其顯示十六畫(huà)面、九畫(huà)面、四畫(huà)面或單畫(huà)面。圖7清楚地顯示這一圖像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
該顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)中還包括一個(gè)語(yǔ)音主控模塊60和多個(gè)與該語(yǔ)音主控模塊60連接的學(xué)生語(yǔ)音單元62，各學(xué)生語(yǔ)音單元62的位置與各學(xué)生用顯微鏡70的位置相對(duì)應(yīng)，各學(xué)生語(yǔ)音單元62分別連接有一個(gè)耳麥61，語(yǔ)音主控模塊60上也連接有一供教師使用的耳麥61，并且，語(yǔ)音主控模塊60通過(guò)串口擴(kuò)展卡40與教師計(jì)算機(jī)80連接，因此，教師可通過(guò)教師計(jì)算機(jī)80設(shè)置語(yǔ)音主控模塊60的通話模式，并以選定的通話模式與學(xué)生進(jìn)行語(yǔ)音交流。本實(shí)施例中，有四種通話模式可供選擇全通話、師生對(duì)講、學(xué)生示范、分組練習(xí)。全通話模式教師通過(guò)頭戴耳機(jī)話筒講話，全體學(xué)生用耳機(jī)收聽(tīng)，但不可發(fā)言；師生對(duì)講模式教師可與學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的對(duì)話，只有被選擇的學(xué)生才可以收聽(tīng)和發(fā)言；學(xué)生示范模式教師可選擇一位學(xué)生對(duì)話，所有學(xué)生都可收聽(tīng)到談話內(nèi)容，但其他學(xué)生不可發(fā)言；分組練習(xí)模式將學(xué)生分為四人一組，組內(nèi)學(xué)生可互相通話，教師也可隨時(shí)加入。
參照?qǐng)D4，顯示了利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)教師操作任意顯微鏡的教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。該顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)中還包括多臺(tái)學(xué)生用的計(jì)算機(jī)81，每一計(jì)算機(jī)81分別對(duì)應(yīng)于一臺(tái)數(shù)碼顯微鏡70，并與該對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯微鏡70的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接，以獲取顯微鏡的成像，計(jì)算機(jī)串口與對(duì)應(yīng)的控制盒21連接，即學(xué)生可通過(guò)其計(jì)算機(jī)81操作其對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯微鏡70。當(dāng)然，教師計(jì)算機(jī)80與其對(duì)應(yīng)的顯微鏡的關(guān)系也是如此。各學(xué)生用的計(jì)算機(jī)81及教師計(jì)算機(jī)80通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)11連接形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，原理上，計(jì)算機(jī)81及教師計(jì)算機(jī)80均可通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制任意一臺(tái)顯微鏡70或71，當(dāng)然，實(shí)踐中，可在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)軟件設(shè)置各用戶(hù)的操作權(quán)限。并且，通過(guò)該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，很容易實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)如圖像、文字等的共享。
在本實(shí)施全中，權(quán)限分為3個(gè)等級(jí)高級(jí)、中級(jí)、低級(jí)。高級(jí)權(quán)限的用戶(hù)可打斷低級(jí)權(quán)限用戶(hù)正在進(jìn)行的操作，而低級(jí)權(quán)限用戶(hù)則不能打斷高級(jí)權(quán)限用戶(hù)的操作。高級(jí)權(quán)限可對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改，如設(shè)置顯微鏡編號(hào)、設(shè)置其他用戶(hù)權(quán)限、系統(tǒng)測(cè)試等操作，這種權(quán)限通常賦予試驗(yàn)室管理人員，他們需要對(duì)系統(tǒng)有深入的了解，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常的維護(hù)及小故障的排除。中級(jí)權(quán)限則不能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置修改，但可以隨意控制網(wǎng)絡(luò)中的任意顯微鏡，通常賦予授課教師，以保證教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作錯(cuò)誤時(shí)，可隨時(shí)控制顯微鏡糾正錯(cuò)誤，中級(jí)權(quán)限還享有剝奪低級(jí)用戶(hù)控制顯微鏡的權(quán)利，可禁止低級(jí)權(quán)限用戶(hù)操作顯微鏡，這樣教師在講課時(shí)可禁止學(xué)生亂動(dòng)，避免學(xué)生損壞教師的備課準(zhǔn)備，也利于學(xué)生專(zhuān)心聽(tīng)講。教師也可以賦予其他學(xué)生中級(jí)權(quán)限，使得較為優(yōu)秀的學(xué)生可幫助稍差的學(xué)生，減少教師的負(fù)擔(dān)。低級(jí)權(quán)限是學(xué)生權(quán)限，僅有操作本機(jī)的權(quán)利。
參照?qǐng)D2，顯示了每一臺(tái)顯微鏡70或71的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)包括控制盒21和控制桿24。要實(shí)現(xiàn)顯微鏡70或71的自動(dòng)控制，前提是顯微鏡70或71配有驅(qū)動(dòng)其各部件動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)701。控制盒21包括單片機(jī)210、與單片機(jī)210連接的數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作控制模塊211、光源控制模塊213、控制桿狀態(tài)捕捉模塊216、網(wǎng)絡(luò)接口模塊214、與數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作控制模塊連接的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊212，各步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊212分別與數(shù)碼顯微鏡70的各步進(jìn)電機(jī)701連接，用于控制各步進(jìn)電機(jī)701動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯微鏡70動(dòng)作，光源控制模塊213與數(shù)碼顯微鏡70的光源703連接，以控制其亮度，網(wǎng)絡(luò)接口模塊214用于與顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線90連接；控制桿24與控制盒21中的控制桿狀態(tài)捕捉模塊216連接，以向單片機(jī)210發(fā)出控制數(shù)碼顯微鏡70動(dòng)作的各種指令；單片機(jī)210通過(guò)串口217與計(jì)算機(jī)80或81連接，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)80或81對(duì)數(shù)碼顯微鏡70或71的控制。并且，數(shù)碼顯微鏡70的各軸上裝有限位開(kāi)關(guān)703，各限位開(kāi)關(guān)702與控制盒21中的數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作控制模塊211相連。
在本實(shí)施例中，顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線90采用CAN總線，CAN總線是一種多主方式的串行通訊總線。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或220個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接受到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要，CAN通信速率可達(dá)1Mbps，抗電磁干擾性強(qiáng)。本實(shí)施例中，各控制盒21中的網(wǎng)絡(luò)接口模塊216采用PHILIPS的CAN控制器SJA1000、CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250，參照?qǐng)D6，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊22的結(jié)構(gòu)與此類(lèi)似，包括單片機(jī)221、CAN控制器222、CAN總線驅(qū)動(dòng)器223以及RS232串口224。工作在PeliCAN模式，29位標(biāo)識(shí)符，雙濾波器方式，可連接255臺(tái)顯微鏡，根據(jù)需要，還可以更改濾波方式，支持255以上的顯微鏡。
顯微鏡控制命令分為兩大類(lèi)，一種命令需要所有顯微鏡一起執(zhí)行，控制所有顯微鏡動(dòng)作，如顯微鏡復(fù)位命令，可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)控制所有顯微鏡一起復(fù)位，做好試驗(yàn)準(zhǔn)備；另外一種命令是針對(duì)單臺(tái)顯微鏡的命令，單獨(dú)需要控制某一臺(tái)顯微鏡時(shí)起作用，因此采用雙濾波方式，其中一個(gè)濾波器用于過(guò)濾所有顯微鏡要執(zhí)行的命令，另一個(gè)濾波器用于過(guò)濾本機(jī)需要執(zhí)行的命令。這樣設(shè)計(jì)有較大的優(yōu)越性，否則若需要控制所有顯微鏡執(zhí)行相同的動(dòng)作，就需要發(fā)送與顯微鏡數(shù)量相同的命令到CAN網(wǎng)絡(luò)，不僅效率低，而且也占用了CAN網(wǎng)絡(luò)帶寬。
本實(shí)施例的顯微鏡網(wǎng)絡(luò)以CAN總線網(wǎng)絡(luò)為例，但本發(fā)明并不僅限于CAN網(wǎng)絡(luò)，也可通過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，如RS485、I2C等，同時(shí)也可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的形式實(shí)現(xiàn)，如802.11、蘭牙技術(shù)等，圖5顯示了一個(gè)以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)例，其教師顯微鏡71和各學(xué)生顯微鏡70的控制盒21中的網(wǎng)絡(luò)接口模塊214替換為相應(yīng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊，并在教師計(jì)算機(jī)80中加入無(wú)線網(wǎng)卡801，在網(wǎng)絡(luò)中加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)HUB 802即可。
本實(shí)施例中，顯微鏡安裝了電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)顯微鏡各部件運(yùn)動(dòng)，這些部件包括載物臺(tái)X方向運(yùn)動(dòng)、載物臺(tái)Y方向運(yùn)動(dòng)，粗微調(diào)焦，物鏡轉(zhuǎn)換器，聚光鏡升降、聚光鏡頂部透鏡翻轉(zhuǎn)、孔徑光欄開(kāi)關(guān)、視場(chǎng)光欄開(kāi)關(guān)、顯微鏡燈光亮度調(diào)節(jié)等自動(dòng)控制功能。
本實(shí)施例中，顯微鏡動(dòng)作控制模塊211采用專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)212的加減速控制、連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制、定步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)控制、復(fù)位、限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)、位置計(jì)數(shù)等功能，從而大大降低單片機(jī)210的工作量，使得單片機(jī)210主要用于對(duì)計(jì)算機(jī)以及顯微鏡網(wǎng)絡(luò)的命令交互，每個(gè)運(yùn)動(dòng)控制芯片可控制4軸，若顯微鏡軸數(shù)超過(guò)4軸，還可按需要增加控制芯片數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)4軸以上顯微鏡運(yùn)動(dòng)控制；光源控制模塊213用于控制顯微鏡燈光亮度，采用256級(jí)的數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)210控制數(shù)字電位器的阻值，調(diào)節(jié)顯微鏡光源亮度，256級(jí)的亮度細(xì)分，已經(jīng)能夠滿足顯微鏡的日常使用要求，也可選用更高分辨率的數(shù)字電位器，實(shí)現(xiàn)更多等級(jí)的亮度細(xì)分。采用單片機(jī)加數(shù)字電位器，使得顯微鏡光源調(diào)節(jié)更加靈活，可實(shí)現(xiàn)物鏡與燈光亮度的自動(dòng)匹配，亮度記憶等功能，還可由上位計(jì)算機(jī)控制。
上述僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對(duì)本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。
權(quán)利要求
1.一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，包括多臺(tái)自動(dòng)控制的數(shù)碼顯微鏡，每一數(shù)碼顯微鏡配有驅(qū)動(dòng)其各部件動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)；多個(gè)分別與各數(shù)碼顯微鏡連接的控制盒，各控制盒包括單片機(jī)、與單片機(jī)連接的數(shù)碼顯微鏡運(yùn)動(dòng)控制模塊、光源控制模塊、控制桿狀態(tài)捕捉模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊、與數(shù)碼顯微鏡運(yùn)動(dòng)控制模塊連接的多個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，各步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分別與數(shù)碼顯微鏡的各步進(jìn)電機(jī)連接，用于控制各步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作，光源控制模塊與數(shù)碼顯微鏡的光源連接，以控制其亮度，各網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過(guò)顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線連接，形成一顯微鏡網(wǎng)絡(luò)；多個(gè)控制桿，分別與各控制盒中的控制桿狀態(tài)捕捉模塊連接，以向單片機(jī)發(fā)出控制數(shù)碼顯微鏡動(dòng)作的各種指令；一顯微鏡控制臺(tái)，該顯微鏡控制臺(tái)連接到顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線，包括顯微鏡選擇模塊和動(dòng)作選擇模塊，顯微鏡選擇模塊用于選擇所要控制的數(shù)碼顯微鏡，動(dòng)作選擇模塊用于控制所選定數(shù)碼顯微鏡的執(zhí)行動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，還包括至少一臺(tái)教師計(jì)算機(jī)，該教師計(jì)算機(jī)通過(guò)多路視頻捕捉卡連接到至少一個(gè)畫(huà)面分割器，每一畫(huà)面分割器與一組數(shù)碼顯微鏡的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，教師計(jì)算機(jī)和所述顯微鏡網(wǎng)絡(luò)總線通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括與各數(shù)碼顯微鏡一一對(duì)應(yīng)的多臺(tái)學(xué)生計(jì)算機(jī)及所述的教師計(jì)算機(jī)，各數(shù)碼顯微鏡的控制盒中進(jìn)一步包括單片機(jī)控制的串口，用于分別與各學(xué)生計(jì)算機(jī)及教師計(jì)算機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行連接。
5.如權(quán)利要求2所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括與各數(shù)碼顯微鏡一一對(duì)應(yīng)的多臺(tái)學(xué)生計(jì)算機(jī)及所述的教師計(jì)算機(jī)，各數(shù)碼顯微鏡的控制盒中進(jìn)一步包括單片機(jī)控制的串口，用于分別與各學(xué)生計(jì)算機(jī)及教師計(jì)算機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行連接。
6.如權(quán)利要求2所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，畫(huà)面分割器還通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)連接。
7.如權(quán)利要求2所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)畫(huà)面分割器與十六臺(tái)數(shù)碼顯微鏡的攝像系統(tǒng)視頻信號(hào)輸出端連接。
8.如權(quán)利要求2所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一語(yǔ)音主控模塊、多個(gè)與該語(yǔ)音主控模塊連接的學(xué)生語(yǔ)音單元，語(yǔ)音主控模塊及各學(xué)生語(yǔ)音單元分別連接有一耳麥，該語(yǔ)音主控模塊與所述教師計(jì)算機(jī)通過(guò)串口連接。
9.如權(quán)利要求1所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)碼顯微鏡各部件的動(dòng)作包括下述內(nèi)容的一項(xiàng)或多項(xiàng)載物臺(tái)X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng)，粗、微調(diào)焦，物鏡轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，聚光鏡升降，聚光鏡頂部透鏡翻轉(zhuǎn)，孔徑光欄開(kāi)關(guān)，視場(chǎng)光欄開(kāi)關(guān)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)碼顯微鏡的各軸上裝有限位開(kāi)關(guān)，各限位開(kāi)關(guān)與所述控制盒中的數(shù)碼顯微鏡運(yùn)動(dòng)控制模塊相連。
全文摘要
一種完全互動(dòng)的顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)，包括多臺(tái)自動(dòng)控制的數(shù)碼顯微鏡、多個(gè)分別與各數(shù)碼顯微鏡連接的控制盒、多個(gè)分別與各控制盒連接的控制桿、一顯微鏡控制臺(tái)以及將上述各數(shù)碼顯微鏡連接成顯微鏡網(wǎng)絡(luò)的顯微鏡總線。該顯微鏡控制臺(tái)包括顯微鏡選擇模塊和動(dòng)作選擇模塊，顯微鏡選擇模塊用于選擇所要控制的數(shù)碼顯微鏡，動(dòng)作選擇模塊用于控制所選定數(shù)碼顯微鏡的執(zhí)行動(dòng)作。同時(shí)，該顯微鏡網(wǎng)絡(luò)中還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)也可以控制任一臺(tái)顯微鏡。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)位置上操作一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)距離的顯微鏡。
文檔編號(hào)G09B5/08GK1881280SQ2005100438
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者楊澤聲 申請(qǐng)人:麥克奧迪實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司