人工智能黑板擦拭儀

王啟明 張文凱 安昶帆 邢杰 高宏偉

摘 要：針對粉筆灰對師生身體健康存在較大隱患的問題，借助soildworks軟件、可編程邏輯控制器等設計了一款人工智能黑板擦拭儀。該產品實現了黑板自動擦拭與智能控制功能，可滿足分塊黑板的需要。

關鍵詞：可編程邏輯控制器;soildworks軟件

1 作品簡介

板書帶來的“粉筆綜合癥”已成為廣大師生的頭號健康隱患。一名學生從小學到讀完大學至少需要16年時間，這正是青少年生長發育的黃金時期，卻要不斷受到粉筆塵灰的危害;一名教師從站到講臺到退休大約工作40年，而他們生命的大半時間卻都在“吃粉筆灰”。

隨著技術的更新換代，黑板的樣式也呈現出了多種形態，現階段已有的擦拭產品已無法滿足黑板更新的要求，于是人工智能黑板擦應運而生。本作品將實現黑板自動擦拭和智能控制功能，與現有產品的不同之處在于，該項目將著重解決分塊黑板（可滑動式黑板）的擦拭問題。soildworks軟件繪制原理圖如圖1所示。與一般作品不同，本文將著重解決三維控制的問題，以適應分塊黑板的需要。

由于系統為機械控制，因此首選可編程邏輯控制器（PLC）。PLC對機械控制的功能較強，完全符合系統要求。實物接線完成后的PLC接線圖如圖2所示。

由于條件限制，使用LED燈代替電機。比如，電機的正轉與反轉用兩個LED表示。打印的模擬圖紙文件如圖3所示。

值得強調的是，將遙控控制升級為語音控制，使系統更加智能，而這也是產品智能化不可忽略的一部分。

2 工作原理

系統包含上下兩主軌道，可供電機車滑行。上下兩電機車將與一豎直軌道相連，豎直軌道上有可在此軌道上滑動的毛刷，兩橫一豎的三軌道實現了二維平面全覆蓋，且毛刷可伸縮，解決分塊黑板不同距離差的問題。soildworks演示圖如圖4所示。

使用LED燈表示電機的運行狀態，對項目可行性進行仿真。實物仿真如圖5所示。

系統選用西門子S7-200控制器，STEP7軟件程序圖如圖6所示（由于版面有限，只截取兩個功能的部分程序圖）。

3 創新點

系統的主要創新點在于實現了三維控制，高部分實現難度較大，但也是實現擦拭多功能黑板的必經之路。經過仿真，證明了系統完全可行，同時將遙控器控制轉化為語音控制，實現了黑板擦拭的智能化。

4 市場前景

高中階段教育（包括普通高中、成人高中、中等職業學校）共有學校31 255所，全國共有普通高等學校和成人高等學校2 321所。其中，普通高等學校1 908所，成人高等學校413所。普通高校中本科院校740所，高職（專科）院校1 168所。全國共有培養研究生單位795個，其中高等學校479個，科研機構316個。由以上數據可知，產品受益者眾多，市場應用前景廣闊。