基于單片機的水袋式無塵黑板擦

鄧智鴻+王志坤+陳德謙

摘 要 近年來，黑板擦領域一直在發展新型無塵黑板擦，大多數采用干燥擦拭或用風力吸塵的方法，效果不理想。在擦拭黑板時，仍然有較多粉筆灰在空氣中飄揚，被老師和學生吸入鼻腔。據勞動衛生有關資料，空氣中的粉塵微粒經鼻孔吸進時，多數被鼻毛、鼻、咽、喉部阻擋，部分進入氣管，附著在粘膜小氣道及肺，對人體造成危害。為了克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚問題，本新型水袋式無塵黑板擦添加了小型水袋，實現無粉塵清潔。

【關鍵詞】自動黑板擦 粉塵 水袋式 舵機

1 設計目的

為了克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚問題，保護廣大師生的身體健康，實現無塵清潔黑板。我們深入調研了國內新型黑板擦得現狀，現有黑板擦采用干燥擦拭或用風力吸塵的方法，效果不理想，在擦拭黑板時，仍然有較多粉筆灰在空氣中飄揚。針對這個問題，我們設計“新型水袋式無塵黑板擦”。該設備能在減少勞動強度的基礎上實現完全無粉塵清，使廣大師生避免遭受粉塵的危害。另外，通過調查，目前市場中雖已有自動黑板擦，但大多數都是針對一塊黑板，而且使用起來不方便，沒有真正達到自動和無塵的目的，因此我們設計巧妙的機械結構，實現上述功能。

2 工作原理

本方案采用電動機做主動件，利用其正反轉原理和行程開關來控制黑板擦的上下運動和停止。制面板安裝四個按鍵，控制著電機的正反轉，從而控制擦除時和不擦除時黑板的上下移動。擦除模塊利用舵機來控制擦除裝置與黑板的接觸和分離；引水模塊利用導管將水袋中的水浸入到毛氈，利用濕毛氈吸附原理來收集粉塵，實現黑板擦上下移動時，無粉塵清除黑板上字跡的功能。首先將裝置固定在黑板邊緣上，其長與黑板相當，高約五厘米，寬約十厘米。在該裝置內部置有兩個寬約四厘米，長與黑板一樣長的板槽，用于安裝擦拭黑板的毛氈。將擦布安裝于兩板槽之上，其中上側擦布為濕擦，下側為干擦。利用舵機控制兩板槽轉動，實現干布擦拭與濕布擦拭之間的轉換。另外將小型可封閉集水器安裝在外殼上方，利用細長導管將水流引入板槽內，實現小水流滴水功能。待側上部板擦被潤濕之后，啟動電源，舵機順時針轉動，將上側板槽下壓，令上板擦與黑板接觸較為緊密。之后按鍵啟動電機轉動，實現板擦移動擦拭黑板。待濕擦一遍后，該設備回到初始位置，舵機逆時針旋轉，干布下調于黑板較緊密接觸，然后電機轉動，按照原軌跡擦拭，實現擦干黑板的功能。

3 設計方案

該新型水袋式無塵黑板擦由外殼、擦除裝置、移動裝置、可拆卸的刷毛（可更換）、滑動槽、過濾袋、小水袋、引流導管、電源開關組成。

3.1 黑板擦上下移動設計方案

電動機與鏈輪利用減速器連接，鏈輪轉動控制黑板擦移動。當電動機的正轉時可實現黑板擦向上移動，電動機的反轉時可實現黑板擦向下移動，從而實現電動機正反轉。控制面板上有四個按鈕，當按 “上升”按鈕時，電動機正轉，帶動黑板擦向上移動，；當按 “下降”按鈕時，電動機反轉，帶動黑板擦向下移動。另外兩個按鍵是在空載狀態下，實現黑板擦得移動調節。

3.2 擦除裝置設計方案

該擦除裝置內部置有兩個寬約四厘米，長與黑板一樣長的板槽，用于安裝擦拭黑板的毛氈。將小型可封閉集水器安裝在外殼上方，利用細長導管將水流引入板槽內，實現將毛氈潤濕的功能。兩板槽之間的轉換是通過舵機旋轉來實現的，利用一V形支架將兩板槽與舵機相連。當舵機順時針轉動，將上側板槽下壓，令上板擦與黑板接觸較為緊密；舵機逆時針旋轉，干布下調于黑板較緊密接觸。控制兩板槽調動，實現干布擦拭與濕布擦拭之間的轉換。

3.3 水袋裝置設計方案

該小型水袋裝置為本設計區別于其他設計最重要的一點。該小型可封閉集水器安裝在外殼上方，在水袋下部引出一根導管，將該導管打孔，打孔段引入上側板槽內與毛氈接觸。水流利用自重流下，經導管緩緩滲透到毛氈上，實現毛氈潤濕。當擦拭黑板時，為防止水流累積在板槽內，我們在板槽下部開出引流槽，將污水引流在下部污水收集袋中，實現潔凈清理的過程。利用水袋裝置完全可以實現無粉塵清潔黑板，避免了粉塵亂飛，影響空氣質量，保護廣大師生的身體健康。

4 主要創新點

4.1 功能創新

新型水袋式無塵黑板擦實現了黑板擦的自動上下運動、擦除裝置的自動接觸和分離與無粉塵的清潔等功能。

4.2 模塊化設計

根據以上功能的分解和組合，將自動無塵黑板擦按模塊分別設計，最后按功能需要組合而成。

4.3 設計創新

運用生活中的水清潔功能，將水袋裝置應用清潔黑板之上，完全實現了無粉塵清潔黑板的目的。

5 總結

經過深入調查，市場中的新型黑板擦已出現很多，但這些產品中絕大多數并沒有完全實現 “無塵清潔”的功能，甚至有些產品反而使操作更復雜，針對這些問題，我們所設計的裝置完全克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚問題，保護廣大師生的身體健康，實現無塵清潔黑板。真正做到了操作簡便、安全，而且整套裝置是根據現已有的黑板設計的，在原有黑板上只需經過簡單安裝，即可使用。方便了教學，保護了師生的健康。

參考文獻

[1]喬娟，王艷麗.環保板擦的設計與制作[J].中國新技術新產品，2009（12）.

[2]康華光主編.電子技術基礎·數字部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]敖銀輝.基于DSP的無刷直流電機控制系統研究[J].廣東工業大學學報，2004（04）.

[4]辜承林，陳喬夫，熊永前.電機學（第二版）[M].武漢：華中科技大學出版社，2005.

[5]駱光照，王鵬，吳梅，安錦文.直接驅動電動舵機的混合H2/H∞控制器設計[J].西北工業大學學報，2004（05）.

作者簡介

鄧智鴻，男，現為德州市德城區德州學院學生，研究方向為科技創新工作。

作者單位

德州學院 山東省德州市 253023endprint