基于輝光放電管的電子黑板的設計

趙溢洋

摘要：隨著制造業水平的不斷提高、軟硬件技術的持續發展，教具行業也面臨著產業升級的挑戰。作為教學中最常用的的教具之一，傳統的黑板具有很多缺點，例如反復擦寫、費時費力，使用粉塵粉筆污染環境、影響師生身體健康。目前市面上各種電子黑板均有不足之處，因此本文提出了一種基于輝光放電管的新型電子黑板，具有造價成本低、使用方便等優點，可大幅提高教學效率。

關鍵詞：輝光放電管 電子黑板 教學效率

前?言

在當今社會的教育教學工作中，所采用的黑板主要技術普遍為：用由白色沉淀物構成的粉筆在由復合材料板構成的黑板上留下痕跡，這種方式不僅需要反復擦寫，浪費力氣，而且長期使用會造成污染，不利于教室內的環境衛生，還會給老師及學生的身體帶來傷害。隨著科技的不斷發展，電子黑板雖然在不斷的發展，但只有少數地區實現了采用各種形式的電子黑板。目前市面上的電子黑板目前有以下幾類：LED屏電子黑板，顯示精度不高;液晶屏電子黑板，顯示精度高，但是由于原材料價格高昂，難以實現普及;電子白板，實質上并非黑板，只是手寫輸入板，需要在懸掛墻體上的黑板之外加設專用設備，使用專用的書寫筆書寫，這種方式會隨之而來如下的幾個問題：

1.書寫筆書寫后難以擦除;

2.書寫筆成本較高;

3.不用專用書寫筆也可以書寫，但是定位難、存在書寫延遲現象;

4.電子白板系統的設計成本和制造成本偏高，造成電子白板難以普及。總體來說，目前市面上的電子黑板可能具有效果延遲、易被灰塵昆蟲干擾、成本高和使用不方便等缺點。

目前有關黑板的研究，大多數都是針對黑板的結構進行改進，還是無法避免普通黑板會出現的以上問題。而電子黑板的設計，其利用的原理一般為傳感或發光二極管，其中一種利用傳感器的電子黑板，其主要缺陷為傳感器不靈敏，無法區域性清除黑板字跡，且無法避免筆誤，為教育教學工作帶來不便。另一種利用電磁發光二極管作為主要顯示技術，但發光二極管在不同角度光強相差很多，光強會產生分布不均的現象，會影響黑板的屏顯效果。

一、電子黑板的設計

本文中的電子黑板系統采用輝光管放電技術輔之以專門設計的軟件控制系統，完全可以告別傳統的黑板、粉筆和黑板擦，在教學過程中可實現多媒體硬件升級和教具智能化。而且基于輝光放電管的電子黑板，操作起來和傳統黑板并無差異，無論是年輕教師還是有多年經驗的老教師，都可以輕松操作。本文的電子黑板系統設計、制造成本低，操作方便，適用于教室和實驗室等教學平臺，主要硬件包括：黑板主體、與黑板配套的寫字筆、與黑板配套的黑板擦、黑板底部的清除按鈕、黑板頂部的攝像頭、黑板頂部的揚聲器，黑板兩側的顯示屏。

1.設計目的

輝光放電管組成的點陣屏是本文中電子黑板的核心部件，不僅解決了普通黑板需要反復擦寫，浪費力氣，長期使用會造成污染，不利于衛生與環境的問題。目前市面上的電子黑板可靠性一般，而可控雙穩態是等離子體輝光放電管的一大特點，可實現放電管在亮與滅兩種狀態之間的可控切換。而隨電子黑板搭配的書寫筆和黑板刷，采用靜電設計，可像傳統粉筆和黑板擦一樣供教師書寫、擦除。與LED屏電子黑板相比，顯示精度較高。相比較價格昂貴的液晶手寫觸屏，由于等離子體輝光放電技術主要應用的是惰性氣體，價格也比較適中。由此本文提出的電子黑板顯示方案，基于等離子體輝光放電技術，具有系統結構簡單可靠的優點。此外，本文提出在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，防止其上過強光線發生鏡面反射，造成一定角度的學生看不見字跡的問題發生。

2.外部設計

在實際書寫過程中，電子黑板的顯示屏由充滿惰性氣體的輝光放電管組成，每個放電管連有正負兩個電極。當兩電極與電源正負極相連時，電極之間產生電場。當點燃電壓小于電源電壓時（電離電廠小于電壓之間電場），惰性氣體的原子被電離，大量的電子和離子充滿了輝光放電管，這些電子和離子被電場加速，和輝光放電管中的中性氣體碰撞，產生高頻可見光或紫外線，此過程由靜電書寫筆來激發完成。

而當需要對黑板上的全部字體進行一次擦除時，電子黑板主體與清除按鈕連接，清除按鈕可使黑板中的電場低于消電場電壓，可使用黑板上的字體進行全部消除。

除此之外，黑板底部的清除按鈕（4）使黑板整體的電場降低到消電離電場，輝光放電終止，黑板上的全部字跡消除。黑板頂部的攝像頭（5）與顯示屏相連，將教室中學生的狀態實時傳到黑板兩側的顯示屏（7）上;黑板頂部的揚聲器（6）與多媒體相連，使多媒體發出的聲音可以被放大傳出;黑板兩側的顯示屏（7）與多媒體相連，使視頻播放、幻燈片播放等功能可以實現。在黑板兩側的顯示屏（7）以上兩個功能實現轉換時，可將顯示屏繞軸折疊，實現角度變換。

3.內部設計

圖2為黑板的內部等離子管裝置圖，包括前玻璃板（8），障壁層（9），電極（10）和后玻璃管（11），輝光放電管的組合方式為平行排列模式，前玻璃板（8）和后玻璃板（11）以及之間的障壁層（9）圍成若干個小氣室，將稀有氣體充滿小氣室，電源正負兩極分別并聯上電極和下電極，而電源電壓介于輝光放電管的點燃電壓和熄滅電壓之間。

書寫筆采用靜電設計，由高壓靜電發生器、絕緣殼體以及開關裝置（放置在筆前段）組成。當教師使用書寫筆，筆尖接觸黑板并按下開關、接通開關，使正高壓分布在導電塊上，進而點亮輝光放電管，完成在電子黑板上的書寫。

黑板擦采用靜電設計，當開關被按下時，導電底板產生負高壓，達到熄滅輝光放電管的目的，進行擦除黑板。

二、結論

本文針對當下傳統黑板操作費時費力、污染大的難題，以及電子黑板可靠性差、成本高、書寫體驗差等問題，提出了一種新新型的基于輝光放電管的電子黑板，輝光放電管具有可控雙穩態、顯示精度較高、價格適中等優勢，并在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，產生漫反射。本文提出的輝光放電管電子黑板的主要優點有：

1.應用等離子體輝光放電技術，避免了傳統黑板帶來的種種弊端;對黑板上的字跡進行嚴格把控，避免了效果延遲、清除不便等弊端;應用一鍵清除，在操作上更加省時省力，提高工作效率。

2.應用漫反射涂料，使教室內所有角度學生無死角看到黑板上的內容，避免由鏡面反射帶來的弊端。

3.使黑板實現多功能轉換，既可以作為書寫教學的工具，又可以在其上進行投影，顯示的內容多樣化;同時，黑板兩側的顯示屏也可以進行輔助。

4.經濟效益上，比普通電子黑板應用的液晶顯示屏更加實惠，全面節省了教育教學成本，提高效率。

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