隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對物質(zhì)生活水平的要求也在逐步提高。在日常的教學(xué)生活中，黑板已成為不可替代的教學(xué)工具，但傳統(tǒng)黑板使用面積有限，功能單一，而且必須采用人力清除字跡。針對這幾方面的不足，本文設(shè)計了一款可全方位旋轉(zhuǎn)、版面重復(fù)使用且自動清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它利用單片機控制模塊、電機、旋轉(zhuǎn)軸和可控黑板擦以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合，實現(xiàn)其各種功能。

　　摘 要 全方位智能黑板是一款采用單片機智能控制，通過特殊黑板布的旋轉(zhuǎn)功能實現(xiàn)板面重復(fù)使用且自動清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)黑板使用面積有限且采用人力擦拭粉筆字跡，危害師生身心健康的不足，利用單片機控制電機和旋轉(zhuǎn)軸，使黑板可以全方位智能化轉(zhuǎn)動，增加了使用面積;利用黑板自帶的可控黑板擦，實現(xiàn)黑板自動擦除粉筆字跡，并使粉筆末落于集粉槽中，節(jié)省人力，保障了師生的身心健康。

　　關(guān)鍵詞 電子工程師論文,旋轉(zhuǎn),自動清潔,全方位,集粉槽,智能黑板

　　1 系統(tǒng)簡介

　　1.1 作品組成部分

　　全方位智能黑板由特殊黑板布，可控黑板擦，旋轉(zhuǎn)軸，電機，集粉槽，內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，支撐隔板以及單片機控制模塊組成，系統(tǒng)內(nèi)部緊密配合，使其更好地實現(xiàn)各種功能。

　　1.2 特殊黑板布

　　特殊黑板布由添加了抗折材料的硬質(zhì)纖維布制作而成，具有耐磨損，易清潔，組織密度高等特點。它的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用莫比烏斯環(huán)原理(如圖1所示)，應(yīng)用了該原理的黑板布可使正反兩面都得到使用，不僅增加了板面面積，而且利于清潔。黑板布的兩邊均有齒輪鏈孔，鏈孔與主動軸的齒輪結(jié)合能起到傳遞動能的作用，這也是黑板勻速轉(zhuǎn)動的先決條件。

　　圖1 莫比烏斯環(huán)原理

　　1.3 可控黑板擦

　　可控黑板擦由木制黑板擦支撐面和鐵制滑動控制桿組成。可控黑板擦分布在黑板的左右兩側(cè)，它與黑板旋轉(zhuǎn)軸采用絞連接的連接方式，可形成相對旋轉(zhuǎn)。兩者共同作用既使黑板布更加緊固，又可實現(xiàn)板面的清潔，同時也可對板書進行選擇性擦除。

　　1.4 旋轉(zhuǎn)軸

　　旋轉(zhuǎn)軸為木制，表面粗糙，兩邊帶有直齒圓柱齒輪，齒頂圓直徑大于15厘米小于25厘米。它是黑板布的緊固結(jié)構(gòu)與傳動結(jié)構(gòu)，分布在黑板的左右兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸下邊各連接一個行星齒輪減速電機，使之帶動黑板布旋轉(zhuǎn)，從而帶動系統(tǒng)工作。

　　1.5 電機

　　電機采用行星齒輪減速電機，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面力求簡潔輕巧，緊湊精悍，該電機具有間隙低，效率高，噪音小(≤50分貝)，價格低廉等特點。通過電機有節(jié)奏的轉(zhuǎn)動，有力的帶動兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸均勻的轉(zhuǎn)動，在此過程中系統(tǒng)產(chǎn)生聲音較小，不會影響課堂進程，又提高了課堂效率。

　　1.6 內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

　　內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的主要功能是防止黑板布旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生折痕，對黑板的轉(zhuǎn)動及系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)起到至關(guān)重要的輔助作用。其結(jié)構(gòu)與DNA分子骨架相類似，它特殊的結(jié)構(gòu)特點有力的配合黑板布在系統(tǒng)工作過程中無折痕轉(zhuǎn)動，使系統(tǒng)整體功能得以實現(xiàn)。

　　1.7 支撐隔板

　　支撐隔板分兩層，內(nèi)層采用普通木制板，外層采用橡膠合成板。內(nèi)部支撐隔板運用燕子泥結(jié)構(gòu)，可使書寫板書時粉筆的敲擊聲降低，并且使書寫更加流暢，可有效的解決老師寫字時產(chǎn)生敲擊聲影響課堂氛圍的問題，創(chuàng)造一個和諧的學(xué)習(xí)氛圍。

　　1.8 單片機控制模塊

　　本系統(tǒng)采用型號為STC12C5A60S2的單片機作為控制模塊，用戶使用遙控裝置對黑板的全方位轉(zhuǎn)動和自動清潔功能進行控制。遙控裝置發(fā)出的信號傳到單片機的無線模塊，無線模塊接收信號后，迅速將信號傳遞給單片機，單片機對信號經(jīng)過計算、加工、處理后，將得出的工作信號發(fā)射給電機驅(qū)動模塊，使其控制行星齒輪減速電機轉(zhuǎn)動，電機進而帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)黑板轉(zhuǎn)動和可控黑板擦對板面粉筆字跡進行清潔的功能。

　　2 技術(shù)說明

　　全方位智能黑板系統(tǒng)采用莫比烏斯帶原理，可使黑板的四個面得到循環(huán)利用，減少環(huán)境條件的約束，增加黑板使用面積。本系統(tǒng)還利用自動旋轉(zhuǎn)、自動清潔黑板面以及可回收環(huán)保裝置等創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，提高黑板使用效率，實現(xiàn)綠色環(huán)保新理念。內(nèi)部支撐隔板運用燕子泥結(jié)構(gòu)，降低書寫時粉筆敲擊聲，減少噪聲對課堂的影響。此外本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機智能控制，用戶使用遙控裝置控制黑板轉(zhuǎn)動和板面的清潔功能，是本系統(tǒng)更加自動化、簡單化，符合現(xiàn)今社會人類對智能化、便捷化的追求。

　　3 開發(fā)前景及市場價值

　　本作品采用單片機智能控制，使作品更加簡潔化，自動旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使材料得到合理利用，自動清潔板面裝置節(jié)省人力和時間，提高了課堂效率，燕子泥結(jié)構(gòu)可使書寫時的粉筆敲擊聲降低，減弱噪音對教學(xué)的不利影響，可回收環(huán)保裝置實現(xiàn)了資源的回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前市場上無同類產(chǎn)品，傳統(tǒng)黑板又達不到此系統(tǒng)的技術(shù)水平，同時這款全方位智能黑板系統(tǒng)所用材料價格低廉，制作成本不高，因此市場應(yīng)用前景廣泛，潛力巨大。

　　4 結(jié)束語

　　在全方位智能黑板系統(tǒng)的設(shè)計制作過程中如何讓黑板自動旋轉(zhuǎn)，我們反復(fù)嘗試多種機械結(jié)構(gòu)，最后選用型號為STC12C5A60S2的單片機作為控制模塊，旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作為輔助模塊，又選擇了間隙低，效率高，噪音小的行星齒輪減速電機才使系統(tǒng)正常運行，從而實現(xiàn)預(yù)想的功能。

　　參考文獻

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