高效自動清除黑板擦粉塵的裝置

設(shè)計背景

在本項目研究前，設(shè)計者針對上海部分學校使用傳統(tǒng)黑板和粉筆的情況與使用新型電子白板的狀況做了一個調(diào)研，結(jié)果顯示：現(xiàn)在上海絕大多數(shù)學校配置傳統(tǒng)黑板與新型白板比大致為90：10，老師上課時更習慣使用粉筆在傳統(tǒng)黑板上板書。

在傳統(tǒng)黑板上進行板書，黑板擦上會粘上不少粉筆塵灰，如果不進行清除，再次擦黑板會在黑板上留下白茫茫的痕跡，影響板書效果。而僅僅靠敲打除塵效果不理想，還會影響周圍環(huán)境空氣質(zhì)量。

設(shè)計原理

（1）采用吸塵器的工作原理：在除塵盒里裝一個小型的直流吸塵器，用吸塵的方法達到對黑板擦清潔的目的。

（2）采用振動篩的工作原理：在除塵盒里用一個小電機帶動一個小曲軸，靠曲軸的運動來帶動一個篩子做往復的振動從而達到除粉筆塵灰的目的。

（3）采用“滾刷”清除粉塵的工作原理：在除塵盒里用電動機通過齒輪齒條使旋轉(zhuǎn)的滾刷做往復運動來達到除塵目的。

為了更有效、更簡便地除去黑板擦上的殘余粉塵，設(shè)計者研制了第三代滾刷式高效自動清除黑板擦粉塵的裝置。

在除塵盒里采用了自動控制系統(tǒng)（Arduino Nano開發(fā)板）、減速電機和可充電鋰電池。由電動機通過齒輪齒條使?jié)L刷作上下運動，其運動軌跡覆蓋了整個黑板擦，同時滾刷又在不停地旋轉(zhuǎn)，因此滾刷就能在黑板擦上作往復的除塵運動，滾刷除塵比起振動除塵更快捷，更徹底。

工作原理

（1）滾刷的自轉(zhuǎn)：由電池供電給毛刷轉(zhuǎn)動減速電機，由聯(lián)軸器連接毛刷，并且為了使毛刷轉(zhuǎn)動更流暢且摩擦阻力小，在毛刷兩旁裝上軸承。

（2）滾刷的上下移動：由滾刷的自轉(zhuǎn)體系連接于毛刷上下移動減速電機，由電機帶動齒輪在齒輪齒條上進行上下移動。為了使移動更流暢和平穩(wěn)，還采用了直線導軌。

（3）黑板擦上下邊界的探測：在毛刷板后面裝上上下兩塊磁鐵，當上磁鐵碰到位于黑板擦上緣的干簧管時，適當?shù)拇艌鰧箖善苫善佑|，從而接通電路，并且發(fā)送信號于Arduino Nano板；位于下緣的干簧管也是如此。

（4）元器件控制系統(tǒng)：Arduino Nano板連接干簧管和L9110電機驅(qū)動橋。當干簧管檢測到滾刷要轉(zhuǎn)向時，就將數(shù)據(jù)傳給Arduino Nano板，再由ArduinoNano板里所撰寫的程序，輸出“轉(zhuǎn)向”的指令到L9110電機驅(qū)動H橋，再由L9110電機驅(qū)動橋把指令發(fā)送給電機，從而完成滾刷轉(zhuǎn)向。

實用價值

老師或值日生擦完黑板后，只要將有粉筆灰塵的黑板擦垂直插入此裝置，電源即自動啟動，黑板擦上的粉塵就會由滾刷清除，進入底層收集盒；同時滾刷又在不停地旋轉(zhuǎn)，能在黑板擦上作往復的除塵運動；密閉的除塵裝置，不會有塵灰泄漏出來，既方便又環(huán)保，黑板擦除塵率可達90%以上。

責編/高茜