基于STM32的智能自潔黑板創(chuàng)新設(shè)計(jì)

曹思琪 劉家瑞 連敬宇 董霖 謝寶玲

摘 要：該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)主研自動(dòng)清理黑板，并且利用靜電吸附，處理下落的粉灰。其創(chuàng)新核心在于自帶吸附效果的自動(dòng)清潔黑板擦，利用龍門式綜合傳動(dòng)系統(tǒng)和全封閉式的處理環(huán)境。我們創(chuàng)新點(diǎn)在于，其一，黑板擦是靜電網(wǎng)孔盒和擦面組成，保證清理干凈跟吸附收集粉灰。其二，在已用黑板落到未用黑板后部時(shí)，黑板后部的自動(dòng)粉筆擦可通過(guò)stm32單片機(jī)控制自動(dòng)處理已用黑板，在未用黑板后部接受處理，保證粉筆灰不會(huì)外泄，不會(huì)對(duì)人體呼吸道造成損傷，不會(huì)造成粉塵污染。

關(guān)鍵詞：靜電吸附;龍門式綜合傳動(dòng)系統(tǒng);stm32單片機(jī)

0 引言

始到現(xiàn)代，教室中的設(shè)備不斷地更新著，黑板就是其中重要的工具之一。但是一直困擾學(xué)生和老師的一件事情，是在擦黑板時(shí)，粉筆灰便會(huì)四處飄散，以肺病最為常見，粉筆灰被吸入肺以后，多數(shù)被阻留在肺泡內(nèi)，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)作用造成肺部損害。針對(duì)這一類問(wèn)題，運(yùn)用stm32達(dá)到自動(dòng)切換黑板的目的，而在切換黑板的過(guò)程中，利用靜電吸附的原理，吸取粉筆灰，防止粉塵飄散。這樣不光是粉塵的問(wèn)題解決了，也節(jié)省了不少時(shí)間。綜上所述，基于STM32的智能龍門式傳動(dòng)自潔黑板由傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（包括驅(qū)動(dòng)模塊和電源系統(tǒng)）和吸塵集塵系統(tǒng)組成，我們將對(duì)這幾個(gè)模塊進(jìn)行研究。

1 主體設(shè)計(jì)及成果

1.1主體的傳動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)黑板的移動(dòng)如圖 1所示，所設(shè)計(jì)的黑板的移動(dòng)構(gòu)架如圖 2所示。

基于現(xiàn)有黑板的移動(dòng)狀況，決定取消傳統(tǒng)黑板兩黑板間的卡條，使黑板可前后輪換，其移動(dòng)方式利用電軌傳動(dòng)。

參考龍門式3d打印機(jī)的原理如圖 3所示，清理裝置的xy軸為同步帶傳動(dòng)。

1.2控制系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)模塊。STM32單片機(jī)編寫所需程序如圖4所示，用PID算法做位置算法和參數(shù)調(diào)整。

1.3吸集塵系統(tǒng)

擦布：采用大網(wǎng)孔特制布料與軟刷層拼接。

靜電處理：靜電發(fā)生器加感應(yīng)式放電棒或電暈式放電棒。特質(zhì)的擦布材料覆蓋外殼前表面。

如圖5所示，外殼（15x10x25）與內(nèi)盒（略大于放電棒，嵌套內(nèi)盒的存在是為隔絕放電棒與灰塵直接接觸，方便后期粉筆灰清潔），兩盒連接處為外盒后部（除后部，其余面設(shè)置成網(wǎng)孔面，一可更大程度吸附灰塵二可節(jié)省材料），外盒上部是為全網(wǎng)孔面（設(shè)計(jì)網(wǎng)孔面而不設(shè)計(jì)成敞開式是為盡量大程度減少黑板擦運(yùn)動(dòng)與拆卸時(shí)粉灰的飄出），前表面與左右兩個(gè)側(cè)面網(wǎng)孔面占全側(cè)面上部7/10～9/10側(cè)面剩余部分與底部一樣為封閉面（收集灰塵），內(nèi)盒與外盒共用底，內(nèi)盒頂部與外盒頂部相距1～2厘米。

2 研發(fā)課題的技術(shù)要求

該創(chuàng)新是靜電除塵原理、Bluetooth無(wú)線技術(shù)、重力傳感技術(shù)的結(jié)合。并運(yùn)用移動(dòng)電極ESP（MEEP—ESP）的原理在集灰盒內(nèi)部安裝刷子，當(dāng)集塵板上下移動(dòng)時(shí)，上移吸塵，下移經(jīng)過(guò)內(nèi)刷將粉塵刷落至集灰盒內(nèi)，有效防止反電暈的形成和粉塵振打的發(fā)生，確保高效除塵。集灰盒在吸附裝置內(nèi)部，同樣可保持清潔面的無(wú)塵防止粉塵振打。

Bluetooth無(wú)線技術(shù)來(lái)選擇清除或保留的區(qū)域。重力傳感技術(shù)的存在時(shí)刻檢測(cè)集灰盒內(nèi)部粉灰的質(zhì)量，把力的變化量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)LED來(lái)傳遞清理信息。

3 制作原理的圖紙

基于SolidWords建立的大致三維模型如下四幅圖所示

結(jié)合門鎖原理，左右兩邊的卡扣可伸縮，上移時(shí)到卡槽處時(shí)圓弧面受到阻力致使卡扣內(nèi)縮，卡住后由于與滑軌接觸部分為平面，則不可收縮掉落。

4 結(jié)論

該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的清理裝置帶有靜電吸附功能，且在整個(gè)黑板的背部不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染，并且由于靜電吸附器的作用，所以不會(huì)在死角處出現(xiàn)粉塵堆積，還可使多個(gè)裝置同時(shí)運(yùn)作，減少裝置在清理時(shí)需要被清理的次數(shù)，也可以多次反復(fù)清潔，保證黑板的整潔。

參考文獻(xiàn)

[1]Chirag Shah 'Automated Board Eraser'， Patent US6，948，210 B1， 2005.

[2]孫元龍. 自動(dòng)除塵黑板擦[A]. .荊楚學(xué)術(shù)2017年第8-9期[C].：，2017：2.

[3]孫三祺. 新型自動(dòng)擦拭和吸塵黑板的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（02）：132-133.

[4]胡帥捷，曲周德，侯杰茹，段旭鑫，張國(guó)茂，于素靜. 自動(dòng)擦除記錄黑板研發(fā)[J]. 科技與創(chuàng)新，2017（19）：119+122-123.