基于STM32單片機的智能黑板擦

文/張志豪　白金超　馬士騰

隨著多媒體技術的發展，課堂教學不再依賴黑板，但板書直觀、簡潔的特點依然不變。目前，我國各類學校的課堂教學主要以粉筆板書為主，利用多媒體教學只在高校內盛行，大多數學校使用的仍是傳統的黑板擦。當教師用黑板擦黑板時，只有少量灰塵粘在手上，而超過95%的灰塵顆粒漂浮在空氣中，并且在擦除后，黑板的表面經常會留下不易清潔的粉筆灰，造成環境的二次污染。

1　硬件設計

智能黑板擦的硬件部分系統結構如圖1所示，主要包括STM32單片機、無線充電模塊、電機驅動模塊、粉塵傳感器模塊、粉塵收集模塊。

1.1　STM32單片機

STM32微控制器是一款集成電路芯片，包括一系列結合高性能，實時功能，數字信號處理，低功耗和低電壓操作的32位產品，同時保持高集成度和易于開發的特性。STM32具有集成嵌入式閃存和SRAM存儲器的ARM Cortex-M3內核，可與所有ARM工具和軟件兼容。

1.2　粉塵收集模塊

本裝置采用靜電除塵，在毛刷的絨毛之間存有縫隙，粉塵顆粒通過縫隙進入內部空間，此處采用易于拆卸安裝的儲放裝置，當儲放粉筆灰的裝置盛滿粉筆灰時，感應系統會提醒工作人員及時清理掉黑板擦內存儲的粉塵。其理想模型如圖2所示。

1.3　粉塵傳感器模塊

圖1：系統結構圖

圖2：粉塵收集模型圖

在多種粉筆字跡位置檢測的方法中，使用光學方法具有靈敏度高、瞬態響應快、能耗小等特點。本次設計利用紅外傳感器測量黑板上位置，傳感器測量精度高，同時具有溫度補償功能，從而獲取準的粉塵位置。

1.4　無線充電模塊

根據電磁感應原理，并利用相交流感應技術，收發端用適當的線圈發送和接收感應交流信號可以在短距離內進行無線充電。本裝置采用的就是無線充電，省去了人工充電的麻煩，省時省力。

圖3：工作流程圖

2　系統的軟件方案

當按下黑板擦上的啟動按鈕后，黑板擦依靠履帶驅動方式按照規劃路徑以較快的速度在黑板上運動，粉塵傳感器發出紅外光，對粉筆灰字跡進行掃描，通過反射作用，返回黑板擦上的接收器，單片機對信號進行分析處理，確定黑板擦經過的路線上是否有粉筆灰；若監測到粉筆灰，黑板擦將以較慢的速度移動，并啟動擦除裝置開始擦拭黑板上的字跡，經擦除后的粉塵在靜電場或壓差的作用下，進入到板擦的收集裝置中，當工作完成后，黑板擦借助姿態監測和邊沿碰撞檢測返回啟動區域；黑板擦回到啟動區域后，若電量不足，則配合預設的無線充電裝置的線圈進行無線充電。其工作流程圖如圖3所示。

3　結語

黑板擦自動化程度高，操作簡便，且擦除過程中無需人為干預，無需對現有黑板進行改造，黑板擦可自行吸附在磁性黑板上工作，適應性強，而且對于粉塵邊擦邊收集，大大減少粉塵污染，有利于師生身心健康，適用于廣大院校；智能黑板擦工作完成后借助邊沿碰撞檢測和姿態監測，自行回到啟動區域，無需人為挪動，若電量不足，能夠在返回啟動區域后啟動無線充電。