自動(dòng)擦除記錄黑板研發(fā)

胡帥捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，張國(guó)茂，于素靜

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津300222）

自動(dòng)擦除記錄黑板研發(fā)

胡帥捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，張國(guó)茂，于素靜

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津300222）

闡述了一種可以自動(dòng)擦除、吸收粉塵、自動(dòng)記錄黑板板書(shū)的一種新型黑板，主要服務(wù)于各所學(xué)校。該黑板主要由滾軸、JPEG串口相機(jī)、黑板刷、電機(jī)等構(gòu)成。控制黑板的前后或者左右做類似于坦克履帶的運(yùn)動(dòng)，在黑板中間固定一臺(tái)微型相機(jī)記錄黑板板書(shū)，將生成的圖片傳到教室多媒體設(shè)備；在黑板一側(cè)固定一個(gè)類似于汽車雨刮器的黑板長(zhǎng)刷，以擦除黑板，從而解決教師沒(méi)有足夠的時(shí)間擦除黑板，擦除效果不理想，且產(chǎn)生的粉塵對(duì)師生的健康都有不利影響的問(wèn)題，具有重要的意義。

自動(dòng)擦除；回收粉塵；自動(dòng)記錄；JPEG串口相機(jī)

眾所周知，黑板是我們?nèi)粘W(xué)習(xí)生活中不可缺少的一種工具，而我們平時(shí)使用的人工黑板擦不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，漫天散落的灰塵還有害于教師和學(xué)生的身體健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般而言，一名中學(xué)教師在一節(jié)45 min的課上，往往需要寫(xiě)5黑板的板書(shū)，大約要用掉兩根半粉筆，而畢業(yè)班的教師一天最多上6節(jié)課，就相當(dāng)于“吸”掉12支粉筆。當(dāng)前，黑板大多數(shù)是以人工手動(dòng)擦除，在課堂時(shí)間緊張的情況下，教師往往沒(méi)有足夠的時(shí)間擦除黑板，擦除效果不甚理想，且產(chǎn)生的粉塵對(duì)教師和學(xué)生的健康都有極大的影響。另外，對(duì)于教師上課所寫(xiě)的板書(shū)，大多數(shù)學(xué)生可能無(wú)法一邊聽(tīng)教師講解一邊及時(shí)抄下，導(dǎo)致很多學(xué)生課后無(wú)法有效復(fù)習(xí)，出現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)度下降等問(wèn)題。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了一種可以自動(dòng)背后擦除黑板、吸收粉塵、自動(dòng)記錄黑板板書(shū)的新型黑板。

1 自動(dòng)擦除記錄黑板原理和結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

該自動(dòng)擦除記錄黑板工作過(guò)程如下：通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制黑板做類似于坦克履帶的運(yùn)動(dòng)，使得黑板上的內(nèi)容可以分別被固定在黑板中央的微型相機(jī)和類似于雨刮的長(zhǎng)條黑板刷記錄和擦除。在黑板兩側(cè)裝上滾輪或者滾軸，用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾輪或者滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再利用滾輪或者滾軸轉(zhuǎn)帶動(dòng)軟質(zhì)黑板滾動(dòng)。需要注意的是，防止軟質(zhì)黑板打滑，保證黑板能夠正常使用，不會(huì)讓教師上課受到影響。控制相機(jī)自動(dòng)拍照記錄黑板內(nèi)容生成圖像，傳到教室的多媒體設(shè)備，生成圖片，方便學(xué)生們課后查看上課時(shí)沒(méi)有及時(shí)完成的筆記。該自動(dòng)擦除記錄黑板主要由開(kāi)關(guān)功能鍵、步進(jìn)電機(jī)、同步帶輪、記錄模塊等部分構(gòu)成，如圖1所示，外觀如圖2所示，包含步進(jìn)電機(jī)、同步帶輪、同步帶、平帶（黑板）、JPEG串口相機(jī)、支撐桿、從動(dòng)軸、電機(jī)、粉刷、主動(dòng)軸。

圖2 自動(dòng)擦除記錄黑板外觀

2 自動(dòng)擦除記錄黑板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)擦除記錄黑板機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

黑板根據(jù)平帶傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)。如圖2所示，整體黑板包括主動(dòng)軸1、步進(jìn)電機(jī)2、同步帶輪3、同步帶4、同步帶輪5、支撐桿6、JPEG串口相機(jī)7、平帶（黑板）8、從動(dòng)軸9、電機(jī)10、粉刷11、粉刷收集盒12.其中，由單獨(dú)開(kāi)關(guān)鍵控制步進(jìn)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同步帶輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶輪5根據(jù)同步帶4帶動(dòng)同步帶輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，同步帶輪3帶動(dòng)主動(dòng)軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，且平帶（黑板）8轉(zhuǎn)動(dòng)和從動(dòng)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，從而整個(gè)黑板開(kāi)始做零負(fù)載平帶傳動(dòng)。同時(shí)，單獨(dú)開(kāi)關(guān)鍵控制電機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)粉刷11做類似雨刮器的運(yùn)動(dòng)來(lái)回?cái)[動(dòng)，固定擦除某一面積。由于整塊黑板做平帶傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以粉刷可以擦除整塊黑板。在粉刷擦除下面安裝粉刷收集盒12，用于收集粉刷積留的粉末。

2.2 自動(dòng)擦除記錄黑板相機(jī)功能單元設(shè)計(jì)

2.2.1 Arduino UNO

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口。其中，6路可作為PWM輸出，6路模擬輸入，一個(gè)16 MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。UNO已經(jīng)發(fā)布到第三版，與前兩版相比有以下新的特點(diǎn)：①在AREF處增加了2個(gè)管腳SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一個(gè)預(yù)留管腳，將來(lái)擴(kuò)展板將能兼容5 V和3.3 V核心板。②改進(jìn)了復(fù)位電路設(shè)計(jì)。③USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2。因此，本系統(tǒng)采用ATmega328作為中央處理器。

2.2.2 記錄模塊

2.2.2.1 采用JPEG串口相機(jī)

采用JPEG串口相機(jī)，MC-7725是內(nèi)置圖像傳感器，JPEG壓縮的串口攝像頭模塊可以連接到計(jì)算機(jī)和任何其他的嵌入式設(shè)備，作為一臺(tái)攝像機(jī)或一個(gè)JPEG壓縮相機(jī)成像應(yīng)用。它采用Omni Vision CMOS OV7725傳感器（OV7725也使用iPhone相機(jī)，比別的更好）與JPEG壓縮芯片。該芯片提供了一種低成本和低功率的攝像系統(tǒng)。其板上的串行接口適用于直接連接到任何主機(jī)微控制器的UART。用戶通過(guò)串行命令獲取JPEG圖片，方便集成使用。2.2.2.2鏡頭選擇

2.5 mm、2.8 mm、3.6 mm、6 mm、12 mm的紅外鏡頭或彩色鏡片。

2.2.2.3 應(yīng)用

該模塊被應(yīng)用于通用嵌入式成像和控制、安全系統(tǒng)、訪問(wèn)控制系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)、目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別、工業(yè)控制系統(tǒng)、汽車系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等方面。

2.2.2.4 特點(diǎn)

全天候工作、嵌入式成像應(yīng)用的低成本，低功耗串口相機(jī)、串口通訊協(xié)議可以設(shè)置，或用戶定制、UART：2 400～115 200 bps的傳輸JPEG靜止圖片，支持640×480、320×240、160×120的圖像分辨率，壓縮比可以由用戶設(shè)置，不需要外部DRAM，自動(dòng)紅外，自動(dòng)白平衡，自動(dòng)增益控制。

3 總結(jié)

針對(duì)人工擦除黑板效果不理想且產(chǎn)生的粉塵對(duì)教師和學(xué)生的健康都有極大的影響等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種適合于教師、學(xué)生使用的自動(dòng)擦除記錄黑板裝置。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)性能良好，較好地完成了設(shè)計(jì)指標(biāo)。而且該系統(tǒng)成本低，實(shí)用性和可操作性強(qiáng)，大大降低了人體吸入粉塵的概率，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

［1］吳昌林，張衛(wèi)國(guó)，姜柳林.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.第3版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

［2］〔美〕馬格里斯.Arduino權(quán)威指南［M］.第2版.北京：人民郵電出版社，2015.

［3］李發(fā)海，王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)［M］.第4版.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

〔編輯：劉曉芳〕

TG333.7

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.119

2095－6835（2017）19－0119－03