20070403293_朱小军_基于单片机的环保黑板设计.docVIP

1 前言 1.1 研究现状 传统的黑板大多数属于人工作业，产生的粉尘极多，不但污染环境而且影响师生身体健康。目前国内已有不少企业正在从事绿色环保黑板的研制和开发，并有一些初步的产品出现。这些产品在自动清洗方面有许多的创新，基本的实现了自动化。但是这些产品还是存在许多不足之处需要改进，譬如，这些产品在清洗黑板的时候大多都是一次性清洗干净，不能进行局部的清洗；操作系统过于简单，不能充分发挥出理想的效果；其次，对于粉尘的处理方面也不尽如人意，一直影响着师生的身体健康。基于单片机的环保黑板设计的课题是一个较为崭新的课题，相关的研究不是很多。因此设计一种能够实现自动擦除以及回收粉尘，成本也不是很高的环保黑板刻不容缓。 1.2 预期效果 基本实现自动吸尘擦字，擦字的效果显著，吸尘的功能强大。机械部分中：传动系统结构简单，使用齿轮齿条传动，轨道部分通过硬塑料的滚轮滚动实现，运动平稳，定位准确；控制系统：控制电路简单，操作容易，易于实现。原材料容易得到，制作工艺简单，性价比高，安装方便[2]。通过对原有黑板进行简易改造，即可安装本设计的绿色环保黑板，普及率较高，可以在各学校中使用。而且，价格低廉，便于接受。 1.3 创新之处 自动吸尘擦字，擦字效果显著；擦字环境是封闭的，吸尘功能强大，粉尘很难进入大气污染环境，影响师生健康；传动系统结构简单，运动平稳；控制电路简单易懂，便于实现。 1.4 推广应用价值 制造成本较低。材料极易得到，可以直接由市场购买，降低了生产成本；制作工艺简单，性价比较高，容易在中小学校和会议室等场合普及使用；不但安装方便，而且操作简单，师生可以很容易的实现操作；装置的维护和保养易实现。配件容易得到，更换较简单方便。 2 总体方案设计 2.1机械结构设计 2.1.1 支架设计 由基本的金属材料焊接得到，材料可以在市场上直接购买，降低了生产成本。金属支架主要起到一个支撑的作用。 2.1.2擦字系统设计 使用类似凸轮的机构，实现擦字系统与黑板板面的贴合和分离：当需要擦字时,擦字系统与板壁贴合，实现擦字操作;当不需要擦字时，擦字系统将与板壁分离。因此保证了基于单片机的环保黑板能够实现有针对性的工作，保证了擦字系统对局部的清理。 2.1.3粉尘吸收系统设计 粉尘吸收系统与擦字系统是协调进行工作的，在擦字的过程中实现了粉尘的吸收。初步设想的粉尘吸收系统采用吸尘器的基本原理实现粉尘回收。可以使用的方式有机械清洗和清洁液清洗方式。机械力清洗原理，包括三个阶段：1介质施布，2污物解离和分散，3（包含污物的）介质分离回收。清洗液循环系统可以由净水箱、污水箱、负压发生器、过滤器和循环水泵等组成采用清洗液循环装置，克服了传统的无回收式清洗方式水资源浪费，存在环境污染的缺陷。因此，节水环保是基于单片机的环保黑板的特点之一。 2.1.4 传动系统设计 初步设想传动系统使用涡轮蜗杆或类似与工作台传动的丝杠传动，导轨固定。设计的基本要求为运动平稳，定位准确，能够实现基本的操作要求。 2.2 电器控制设计 整个电器控制的设计应该力求能够实现基于单片机的环保黑板的自动化操作，而且考虑到漏电等安全问题，选择低压工作环境较好，其次，所选电机的噪音不宜过大，以免影响师生的身体健康，最后电机的体积亦不能过大。 基于以上因素的考虑，此设计选择低压直流电机并且采用8051单片机控制永磁式换向器电机的正反转控制以及各个电机的启停控制。 3 机械结构的设计 3.1 固定连接部分的设计 3.1.1 支架部分的设计 支架不仅要承受起整个黑板的重量，而且起到了固定导轨的作用，因此必须要有足够的强度。设计过程中，考虑到上下两组支架受力方式不同，即上支架主要是用来固定导轨，承受Z方向上的力，而下支架主要是承受大部分的重量，受Y方向上的力，决定对上下支架采用不同的设计方法。上下两组支架都是通过埋在墙体内的螺栓使用螺母固定的。上支架使用的是如图3.1所示的结构：支架的上下分别开有直径为16mm的光孔，使螺栓可以穿过。支架的中心开有四个对称的盲孔，这四个盲孔的直径为8mm。四个盲孔的用处是利用螺钉将上导轨固定到支架上。下支架的机构如图3.2所示。为了保证下支架有足够强度承受黑板的绝大多数重量，把下支架设计为三角形的结构，并用肋板保证强度。在肋板的左右两侧分别开有四个光孔，下支架同样使用通过埋在墙体内的螺栓固定。在下支架的上水平面上开有四个直径为10mm的光孔，用来固定下轨道。轨道和支架的连接使用螺栓连接在一起。 图3.1 上支架 图3.2 下支架 3.1.2 轨道部分的设计 基于单片机的环保黑板的轨道部分使用的是铝合金材料。如图3.3。这种材料比较容易得到，而且价格便宜，有效的降低了环保黑板的成本。在轨道的左右两端分别开有四个直径为8mm的光孔，提供螺栓穿过光孔分别固定到上下