基于樹莓派的白板自動清潔系統設計

姚熙騰+陳愷韜+周一睿

摘要：為提高日常教學中白板擦除的效率，讓板擦自動擦過白板，作者基于樹莓派設計開發了導軌滑塊數控白板自動清潔系統。該系統以小型白板為實驗對象，采用樹莓派3代b型進行開發，通過l298n型驅動板控制直流電機，使用python進行編程，控制驅動板輸入電壓從而控制電機，并引入了三個按鍵模塊，精確控制擦白板過程，使白板擦除不再費時費力，解決了白板使用過程中的痛點。

關鍵詞：白板；自動清潔；智能控制；數字技術

中圖分類號：TP334 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0139-02

白板，是我們學習生活中的常見物品，而擦白板是一件費時費力的事情。有沒有可能運用技術手段，讓白板上的字自動擦除？在科技老師的指導下，我們研究小組基于樹莓派，設計出一種白板自動清潔系統，只要一按按鈕，裝置就會自動掃過白板，將上面的字擦得干干凈凈，從而給教學帶來了便利。

1 總體方案設計

主要材料：樹莓派3代b型、L298n型驅動板、GA12-N20型減速直流電機、導軌兩根、滑塊兩只、鋁板橫桿一根、納米海綿擦、杜邦線等。

制作過程：

（1）在白板的上端和下端墻壁上分別裝上導軌，并保持上、下兩根導軌平行；

（2）在上、下導軌上分別裝上一塊滑塊；

（3）在上、下滑塊上安裝電機，同時，將齒條固定到墻上的相應位置，以便電機齒輪沿著齒條轉動來驅動滑塊；

（4）在上、下滑塊間安裝鋁板橫桿，橫桿下放置納米海綿擦；

（5）在白板的一側放置開發板，驅動板和電機通過電線相連，開發板控制線和驅動板相連，開發板獨立接5v電源，驅動板獨立接12v電源。

2 編程及接線方法

參考L298n型驅動板和樹莓派的接線方法。（圖1、圖2）

我們最終的接線如下：（圖3）。

L298n作為雙h橋芯片，可以同時控制兩部直流電機或一部步進電機，只需要控制in1-4的電壓，就可以控制電機是否運行。

我們將in1-4分別連接至樹莓派上的gpio22，gpio23，gpio24，gpio25，通過python（2.7.9）程序進行電壓控制，L298n控制板額外連接了12v電池盒。

先用簡單的程序進行測試。測試程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

BTN1=32

BTN2=36

BTN3=38

GPIO.setup（BTN1，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN2，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN3，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

while True：

if （GPIO.input（BTN1）==0）：

print （"xiangzuo"）

if （GPIO.input（BTN2）==0）：

print（"ting"）

if （GPIO.input（BTN3）==0）：

print （"xiangyou"）

GPIO.cleanup（）

程序測試正常，進入下一階段。我們先測試了三個按鍵，按鈕一端接地，即板上的gnd，按鈕在按下時會接通地線，我們定義按鍵輸出線數據為btn1，btn2，btn3，分別接在開發板上gpio26，gpio27，gpio28，利用print語句測試按鍵反應，程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

INT1=31

INT2=33

INT3=35

INT4=37

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

GPIO.cleanup

GPIO.output（INT1，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT4，GPIO.LOW）

time.sleep（5）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT4，GPIO.LOW）

GPIO.cleanup

在程序測試之后，我們引入了三個按鈕，在電機程序中添加了相關控制補丁，修改后的程序為：（#后為注釋）

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

INT1=31

INT2=33

INT3=35

INT4=37

BTN1=32

BTN2=36

BTN2=38

GPIO.setup（BTN1，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN2，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN3，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

while True：

if （GPIO.input（BTN1）==0）：

#電機正轉

print （"xiangzuo"）

GPIO.output（INT1，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

if （GPIO.input（BTN2）==0）：

#電機反轉

print（"ting"）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

if （GPIO.input（BTN3）==0）：

#電機反轉

print （"xiangyou"）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

GPIO.cleanup（）

3 使用操作方法

（1）將開發板通過usb micro（普通安卓充電口）接口通電。

（2）待開機完成后點開（屏幕為觸摸屏）桌面motor（1）（1）（1）.py，在最上面的工具欄找到run選項，選擇run module。

（3）按接線板上三個按鈕中間的一個，并將板下端電池盒上的on off開關開至on。

（4）按上下兩個按鍵啟動電機向左或右運行，從而擦去字跡。按中間的按鍵停止電機運動。