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电子基础

智能黑板擦设计

仲韵贤,徐慧,刘华钟,朱雅婕,徐浩辉

(南京林业大学,江苏南京,210037)

基金项目:江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目:“智能黑板擦”(编号:201910298113Y)。

摘要:在日常教学中,粉笔灰严重的威胁到教师的健康,影响了投影仪、电脑等教学设备的运行和维护。人们对普通粉笔不断改进更新推

出无尘粉笔,但仍不能有效解决问题。所以本项目就其困境,将思维转向对黑板擦的改良。在传统板擦的基础上,增加黑板擦的智能控

制,并改良其结构与材料,起到更有效的作用,改良后该款板擦较已研发出的电动板擦更加轻巧便携,适用性更强。

关键词:STM32;蓝牙通信;负压吸尘;电动黑板擦

我国有些偏远地区的小学、中学学校在教学过程中,老

师还是采用传统的黑板、粉笔的方式,这种方式会使得大量

粉笔灰吸入教师的肺部,引发肺部健康问题。此外,粉笔灰

落在脸上,滞留手上也会对皮肤带来一定伤害。因此,设计

一款价格实惠有利于健康的环保智能型吸尘黑板擦,有着一

定的现实意义。

1智能吸尘黑板擦总体设计研究

■1.1工作原理简介

黑板擦的显示模块显示当前的工作状态,以及电池的剩图1 涡轮电机

余电量。通过蓝牙连接手机或者遥控器,手机app或遥控■2.2主控制芯片和显示器的设计

器控制小车的运行模式、运行方向、运行的开闭。超声波测主控制芯片选择STM32F103C8T6单片机。此单片机

距模块实时地读取与黑板边界的距离,防止黑板擦在运行过时钟频率达到72MHz,还包括标准外设(一个PWM定时器),

程中的碰撞。智能黑板擦运用的是真空负压抽吸原理,通高性能的32位ARMCortex-M3CPU,这些特性可以在设

过涡轮风扇的飞速转动,能在擦黑板的过程中,将粉笔灰直备上整合多种功能。

接吸进去,减少粉尘污染。此外,还能将散落于讲台、管道显示器选择1602LCD字符型点阵式液晶显示模块。如

中的粉笔灰及其他细小灰尘收集起来,避免其它方式清理时图2所示。

带来的二次污染,最后进行转移处理。■2.3移动部分

2智能黑板擦系统的硬件设计在手机APP界面预先设计出两种常规运动模型回字形、

Z字形和一般的上下左右移动,并在黑板擦的内部四个方向

■2.1涡轮风机的设计上安装超声波测距模块HC-HR04,在APP发出适当的指令

风机的工作模式包括4种:1挡为启动,是通过软启动后,STM32接收信号,并根据信号做出相应的动作。超声

的方式降低对元件带来的磨损,该方式属于节能模式,吸尘波测距模块实时的测量黑板擦与黑板四周的位置关系,并

率达到70%;2挡:低速模式,适合电源不足的情况下使用;根据位置关系(是否快接触到边界),做出避让动作。超

3挡:高速、高效模式,吸尘效率可达99%;4挡停止挡。声波在大气环境中的传播速度为340m/s,根据计时器记录

由于粉尘极轻,擦试过程很容易溢散出来,影响吸入,因此,时间t,可以进一步计算出发射点距障碍物距离(s),即:

风机功率要尽可能大,但是功率太大又会导致耗电快,用时s=340t/2。超声波测距原理为:通过超声波传播速度已知条

短。考虑到安全性和易于供电的需求,设定电压≤12V;课件下,测量声波在发射后遇障碍物反射回来时间,再据发射

堂环境需要比较安静,因此,要求黑板擦具有噪声小、用电和接收时间差,计算射点至障碍物实际距离。超声波模块如

安全等方面的优势,为达到这些要求,采用了离心型电机;图3所示。

电池容量和娈压器电流为:1200mA/70mA,满电情况下,■2.4擦拭部分

支持工作16h,基本上能满足一周的工作要求;设计功率:

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