人工智能黑板擦拭儀

王啟明 張文凱 安昶帆 邢杰 高宏偉

摘 要：針對(duì)粉筆灰對(duì)師生身體健康存在較大隱患的問題，借助soildworks軟件、可編程邏輯控制器等設(shè)計(jì)了一款人工智能黑板擦拭儀。該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了黑板自動(dòng)擦拭與智能控制功能，可滿足分塊黑板的需要。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器;soildworks軟件

1 作品簡介

板書帶來的“粉筆綜合癥”已成為廣大師生的頭號(hào)健康隱患。一名學(xué)生從小學(xué)到讀完大學(xué)至少需要16年時(shí)間，這正是青少年生長發(fā)育的黃金時(shí)期，卻要不斷受到粉筆塵灰的危害;一名教師從站到講臺(tái)到退休大約工作40年，而他們生命的大半時(shí)間卻都在“吃粉筆灰”。

隨著技術(shù)的更新?lián)Q代，黑板的樣式也呈現(xiàn)出了多種形態(tài)，現(xiàn)階段已有的擦拭產(chǎn)品已無法滿足黑板更新的要求，于是人工智能黑板擦應(yīng)運(yùn)而生。本作品將實(shí)現(xiàn)黑板自動(dòng)擦拭和智能控制功能，與現(xiàn)有產(chǎn)品的不同之處在于，該項(xiàng)目將著重解決分塊黑板（可滑動(dòng)式黑板）的擦拭問題。soildworks軟件繪制原理圖如圖1所示。與一般作品不同，本文將著重解決三維控制的問題，以適應(yīng)分塊黑板的需要。

由于系統(tǒng)為機(jī)械控制，因此首選可編程邏輯控制器（PLC）。PLC對(duì)機(jī)械控制的功能較強(qiáng)，完全符合系統(tǒng)要求。實(shí)物接線完成后的PLC接線圖如圖2所示。

由于條件限制，使用LED燈代替電機(jī)。比如，電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用兩個(gè)LED表示。打印的模擬圖紙文件如圖3所示。

值得強(qiáng)調(diào)的是，將遙控控制升級(jí)為語音控制，使系統(tǒng)更加智能，而這也是產(chǎn)品智能化不可忽略的一部分。

2 工作原理

系統(tǒng)包含上下兩主軌道，可供電機(jī)車滑行。上下兩電機(jī)車將與一豎直軌道相連，豎直軌道上有可在此軌道上滑動(dòng)的毛刷，兩橫一豎的三軌道實(shí)現(xiàn)了二維平面全覆蓋，且毛刷可伸縮，解決分塊黑板不同距離差的問題。soildworks演示圖如圖4所示。

使用LED燈表示電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)項(xiàng)目可行性進(jìn)行仿真。實(shí)物仿真如圖5所示。

系統(tǒng)選用西門子S7-200控制器，STEP7軟件程序圖如圖6所示（由于版面有限，只截取兩個(gè)功能的部分程序圖）。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了三維控制，高部分實(shí)現(xiàn)難度較大，但也是實(shí)現(xiàn)擦拭多功能黑板的必經(jīng)之路。經(jīng)過仿真，證明了系統(tǒng)完全可行，同時(shí)將遙控器控制轉(zhuǎn)化為語音控制，實(shí)現(xiàn)了黑板擦拭的智能化。

4 市場前景

高中階段教育（包括普通高中、成人高中、中等職業(yè)學(xué)校）共有學(xué)校31 255所，全國共有普通高等學(xué)校和成人高等學(xué)校2 321所。其中，普通高等學(xué)校1 908所，成人高等學(xué)校413所。普通高校中本科院校740所，高職（專科）院校1 168所。全國共有培養(yǎng)研究生單位795個(gè)，其中高等學(xué)校479個(gè)，科研機(jī)構(gòu)316個(gè)。由以上數(shù)據(jù)可知，產(chǎn)品受益者眾多，市場應(yīng)用前景廣闊。