自動擦除記錄黑板研發

胡帥捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，張國茂，于素靜

（天津職業技術師范大學，天津300222）

自動擦除記錄黑板研發

胡帥捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，張國茂，于素靜

（天津職業技術師范大學，天津300222）

闡述了一種可以自動擦除、吸收粉塵、自動記錄黑板板書的一種新型黑板，主要服務于各所學校。該黑板主要由滾軸、JPEG串口相機、黑板刷、電機等構成。控制黑板的前后或者左右做類似于坦克履帶的運動，在黑板中間固定一臺微型相機記錄黑板板書，將生成的圖片傳到教室多媒體設備；在黑板一側固定一個類似于汽車雨刮器的黑板長刷，以擦除黑板，從而解決教師沒有足夠的時間擦除黑板，擦除效果不理想，且產生的粉塵對師生的健康都有不利影響的問題，具有重要的意義。

自動擦除；回收粉塵；自動記錄；JPEG串口相機

眾所周知，黑板是我們日常學習生活中不可缺少的一種工具，而我們平時使用的人工黑板擦不僅費時、費力，漫天散落的灰塵還有害于教師和學生的身體健康。據統計，一般而言，一名中學教師在一節45 min的課上，往往需要寫5黑板的板書，大約要用掉兩根半粉筆，而畢業班的教師一天最多上6節課，就相當于“吸”掉12支粉筆。當前，黑板大多數是以人工手動擦除，在課堂時間緊張的情況下，教師往往沒有足夠的時間擦除黑板，擦除效果不甚理想，且產生的粉塵對教師和學生的健康都有極大的影響。另外，對于教師上課所寫的板書，大多數學生可能無法一邊聽教師講解一邊及時抄下，導致很多學生課后無法有效復習，出現學習進度下降等問題。因此，我們設計制作了一種可以自動背后擦除黑板、吸收粉塵、自動記錄黑板板書的新型黑板。

1 自動擦除記錄黑板原理和結構

圖1 系統結構框圖

該自動擦除記錄黑板工作過程如下：通過步進電機控制黑板做類似于坦克履帶的運動，使得黑板上的內容可以分別被固定在黑板中央的微型相機和類似于雨刮的長條黑板刷記錄和擦除。在黑板兩側裝上滾輪或者滾軸，用兩個電動機帶動滾輪或者滾軸轉動，再利用滾輪或者滾軸轉帶動軟質黑板滾動。需要注意的是，防止軟質黑板打滑，保證黑板能夠正常使用，不會讓教師上課受到影響。控制相機自動拍照記錄黑板內容生成圖像，傳到教室的多媒體設備，生成圖片，方便學生們課后查看上課時沒有及時完成的筆記。該自動擦除記錄黑板主要由開關功能鍵、步進電機、同步帶輪、記錄模塊等部分構成，如圖1所示，外觀如圖2所示，包含步進電機、同步帶輪、同步帶、平帶（黑板）、JPEG串口相機、支撐桿、從動軸、電機、粉刷、主動軸。

圖2 自動擦除記錄黑板外觀

2 自動擦除記錄黑板系統設計

2.1 自動擦除記錄黑板機構設計

黑板根據平帶傳動原理設計。如圖2所示，整體黑板包括主動軸1、步進電機2、同步帶輪3、同步帶4、同步帶輪5、支撐桿6、JPEG串口相機7、平帶（黑板）8、從動軸9、電機10、粉刷11、粉刷收集盒12.其中，由單獨開關鍵控制步進電機2轉動帶動同步帶輪5轉動，同步帶輪5根據同步帶4帶動同步帶輪3轉動，同步帶輪3帶動主動軸1轉動，且平帶（黑板）8轉動和從動軸9轉動，從而整個黑板開始做零負載平帶傳動。同時，單獨開關鍵控制電機10轉動時帶動粉刷11做類似雨刮器的運動來回擺動，固定擦除某一面積。由于整塊黑板做平帶傳動運動，所以粉刷可以擦除整塊黑板。在粉刷擦除下面安裝粉刷收集盒12，用于收集粉刷積留的粉末。

2.2 自動擦除記錄黑板相機功能單元設計

2.2.1 Arduino UNO

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數字輸入/輸出口。其中，6路可作為PWM輸出，6路模擬輸入，一個16 MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源插座，一個ICSP header和一個復位按鈕。UNO已經發布到第三版，與前兩版相比有以下新的特點：①在AREF處增加了2個管腳SDA和SCL，支持I2C接口；增加IOREF和一個預留管腳，將來擴展板將能兼容5 V和3.3 V核心板。②改進了復位電路設計。③USB接口芯片由ATmega16U2替代了ATmega8U2。因此，本系統采用ATmega328作為中央處理器。

2.2.2 記錄模塊

2.2.2.1 采用JPEG串口相機

采用JPEG串口相機，MC-7725是內置圖像傳感器，JPEG壓縮的串口攝像頭模塊可以連接到計算機和任何其他的嵌入式設備，作為一臺攝像機或一個JPEG壓縮相機成像應用。它采用Omni Vision CMOS OV7725傳感器（OV7725也使用iPhone相機，比別的更好）與JPEG壓縮芯片。該芯片提供了一種低成本和低功率的攝像系統。其板上的串行接口適用于直接連接到任何主機微控制器的UART。用戶通過串行命令獲取JPEG圖片，方便集成使用。2.2.2.2鏡頭選擇

2.5 mm、2.8 mm、3.6 mm、6 mm、12 mm的紅外鏡頭或彩色鏡片。

2.2.2.3 應用

該模塊被應用于通用嵌入式成像和控制、安全系統、訪問控制系統、機器人視覺、目標檢測與識別、工業控制系統、汽車系統、醫療系統等方面。

2.2.2.4 特點

全天候工作、嵌入式成像應用的低成本，低功耗串口相機、串口通訊協議可以設置，或用戶定制、UART：2 400～115 200 bps的傳輸JPEG靜止圖片，支持640×480、320×240、160×120的圖像分辨率，壓縮比可以由用戶設置，不需要外部DRAM，自動紅外，自動白平衡，自動增益控制。

3 總結

針對人工擦除黑板效果不理想且產生的粉塵對教師和學生的健康都有極大的影響等問題，本文設計了一種適合于教師、學生使用的自動擦除記錄黑板裝置。該系統結構設計合理，電機運行穩定，系統性能良好，較好地完成了設計指標。而且該系統成本低，實用性和可操作性強，大大降低了人體吸入粉塵的概率，提高了學生的學習效率。

［1］吳昌林，張衛國，姜柳林.機械設計［M］.第3版.武漢：華中科技大學出版社，2011.

［2］〔美〕馬格里斯.Arduino權威指南［M］.第2版.北京：人民郵電出版社，2015.

［3］李發海，王巖.電機與拖動基礎［M］.第4版.北京：清華大學出版社，2012.

〔編輯：劉曉芳〕

TG333.7

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.119

2095－6835（2017）19－0119－03