智能化健康多功能黑板的設計研究

(合肥職業技術學院，安徽 合肥 230012)

0 引言

黑板作為教學過程中的常用工具，在教學中有著極其重要的作用。一直以來，大部分學校教師在授課時主要利用傳統工藝黑板進行板書。在寫滿粉筆字后，得用黑板擦慢慢地擦干凈，效率較低，浪費教學時間，且在板書和擦除的過程中會產生大量的粉塵。科學研究顯示，在傳統黑板擦拭過程中造成粉塵污染，易引發慢性呼吸道疾病，無論對學生的學習效率還是身心健康都十分不利。此外，傳統黑板一般為平面式，它板書面積小、空間利用率低，隨著當代倡導健康生活和教育改革及學校對課堂教學環境的重視，設計研究一種健康、多功能自潔黑板意義重大。

1 現狀分析

1.1 國內外使用現狀

國內市場目前現有的黑板主要有推拉式、復合電子式黑板、普通無塵白板等種類，推拉式黑板設計使用粉筆作為書寫材料，對人體健康就有一定危害，書寫后采用人工擦拭，花費時間多，效率低，且產生的粉塵對教室的污染危害極大，對教學工作帶來諸多不便。

復合電子黑板是普通的多媒體電子黑板，也是許多學校常用的黑板，但投影儀的屏幕一旦放下，黑板便會被遮住，導致老師上課“黑板投影二選一”的局面。這局限了老師的課堂表達方式，同時，由于使用電子教學，老師上課進度加快，也使學生們難以摘抄筆記，跟上老師的節奏。

普通無塵白板采用了白色板面，利用油性水筆書寫，避免了粉塵的危害，但其結構設計過于簡單，使用面積小，且沒有實現自動化的功能。因而沒有得到很好的推廣使用，主要用于商業產品，廣告的演示等。

1.2 國外使用現狀

在國外主要有兩種形式的黑板:影音類和交互類。借助高科技手段使傳統的書寫式黑板實現了多功能化，但因其價格昂貴而無法在國內進行普遍推廣。

2 健康多功能自潔黑板的設計

2.1 設計思路

本文中所設計的智能化健康多功能黑板，在傳統黑板基礎上，結合PLC控制技術、電機驅動裝置，同時增加了擦干海綿組件、黑板擦清潔組件、升降驅動系統等裝置，利用PLC控制器操控升降驅動裝置帶動黑板擦清潔組件上下往復運動擦掉黑板上的粉筆字，然后操控升降驅動裝置帶動擦干海綿組件上下往復運動擦干濕潤的黑板，實現黑板的快速清潔，操作智能化，健康環保，且效率高。

2.2 結構設計

本文所設計的智能化健康多功能黑板其結構包括黑板本體，黑板本體前側面上設有一橫向分布的擦干海綿組件、橫向分布的黑板擦清潔組件A、用于驅動黑板擦清潔組件及擦干海綿組件分別直線上下往復運動的升降驅動系統。其結構如圖1所示。

升降驅動系統包括固定在黑板本體前側面兩端的升降驅動裝置B、1個PLC控制器，升降驅動裝置包括豎向分布的絲桿8、固定連接于絲桿并用于驅動絲桿旋轉的第一旋轉驅動電機、螺紋連接在絲桿上的升降臺6，升降臺上固定有一升降座7，第一旋轉驅動電機連接于PLC控制器；利用PLC控制器操控第一旋轉驅動電機正反轉進而帶動絲桿正反轉，進而促使升降臺6實現上下移動。黑板本體前側面兩端分別固定有一防護殼，兩端防護殼相對分布的兩側面為敞口結構，升降驅動裝置B置于防護殼內，擦干海綿組件及黑板擦清潔組件均位于兩端防護殼之間。

擦干海綿組件包括第一固定板、固定在其后側面上朝向黑板本體前側面分布的擦干海綿，黑板本體前側面頂部固定有一橫向分布的頂板，第一固定板頂面磁性吸附懸掛在頂板底面上；升降座7頂面上嵌入有一連接于PLC控制器的第一電動伸縮桿10，第一固定板底面兩端分別嵌入鋪設有與第一電動伸縮桿的伸縮端相磁性吸附的第一磁性層的第一連接槽。兩端第一電動伸縮桿伸縮端在第一連接槽內的吸附固定作用力大于第一固定板與頂板之間的吸附固定作用力。

黑板擦清潔組件A包括第二固定板4、固定在第二固定板底面上的黑板擦吸水布2、橫向分布地固定在黑板本體前側面底端上的集水盒1，集水盒頂部開設有與黑板擦吸水布2相對應的進出口，方便黑板擦吸水布進出集水盒；黑板擦吸水布在不使用情況下都處于集水盒內但并不與集水盒內的水接觸，只是吸收集水盒內蒸發的水氣以保持濕潤狀態。升降座上固定有電連接于PLC控制器的第二旋轉驅動電機5，第二旋轉驅動電機的旋轉軸上固定有一固定座11，固定座上嵌入有一電連接于PLC控制器的第二電動伸縮桿12，第二固定板4頂面兩端分別嵌入鋪設有與第二電動伸縮桿12的伸縮端相磁性吸附的第二磁性層的第二連接槽。

1.集水盒，2.黑板擦吸水布，3.第二連接槽，4.第二固定板，5.第二旋轉驅動機，6.升降臺，7.升降座，8.絲桿，10.第一電動伸縮桿，11.固定座，12.第二電動伸縮桿，A.黑板擦清潔組件，B.升降驅動裝置

圖1黑板擦清潔組件及升降驅動裝置示意圖

2.3 具體實施方式

當需要擦黑板時，利用PLC控制器操控升降驅動裝置帶動固定座接觸至第二固定板頂面，操控第二電動伸縮桿的伸縮端伸長并吸附固定在第二連接槽內，實現固定座與第二固定板的連接，進而可以通過升降驅動裝置帶動黑板擦清潔組件上移，將黑板擦吸水布從集水盒內取出，并操控第二旋轉驅動電機促使第二固定板旋轉，使濕潤的黑板擦吸水布轉至接觸黑板本體前側面狀態，然后升降臺上升驅使黑板擦清潔組件上移，利用黑板擦吸水布擦掉黑板本體上的粉筆字。

當第二固定板運動至黑板頂端后，PLC控制器操控第一電動伸縮桿的伸縮端伸長并吸附固定在擦干海綿組件第一固定板的第一連接槽內，然后升降驅動裝置的升降臺開始下移，第一固定板克服與頂板的吸附作用也隨之下移，進而可以利用擦干海綿將濕潤的黑板本體前側面擦干。

當黑板擦清潔組件在升降驅動裝置的帶動下返回至集水盒上方后，第二旋轉驅動電機驅動固定座旋轉進而第二固定板旋轉使黑板擦吸水布位于第二固定板下方對應集水盒進出口上方的位置，然后升降驅動裝置的升降臺繼續下移，以使黑板擦吸水布置于集水盒內、第二固定板置于集水盒上且固定座抵壓住第二固定板，通過PLC控制器促使第二電動伸縮桿伸縮端收縮，即可解除固定座與第二固定板之間的固定關系，然后升降驅動裝置的升降臺開始上移帶動擦干海綿上移，再一次擦干黑板。

當第一固定板隨升降臺升至黑板頂部時，第一固定板吸附懸掛在頂板底面上且升降座抵壓住第一固定板，PLC控制器操控第一電動伸縮桿的伸縮端收縮，解除與第一固定板的第一連接槽的吸附連接關系；然后升降臺下移復位等待下一次清潔黑板工作，如此便完成一個完整的黑板清潔工作。整個過程通過PLC控制器寫入程序實現智能化操作，使用方便，效率高，清潔效果好。

當單個的黑板本體書寫面積不夠用時，可以根據需要將輔助黑板體利用其滑動性能拉出；將輔助黑板體拉出后，其與黑板本體是處于平行狀態的，為了配合教學需要，也可以利用輔助黑板體與上下2個旋轉連接柱的旋轉連接關系而實現將輔助黑板體以一定的旋轉角度轉動連接在上下兩導向板之間，進而實現與黑板本體之間的不同夾角配合，適用性強，操縱靈活。

同時，其黑板本體及輔助黑板體前側面上分別按照矩形陣列的方式均勻分布有若干個定位點。利用這些定位點，十分方便繪制坐標、圖形或者充當參照點等，功能多樣。

3 優化設計

1)健康、環保。整個過程實現無塵化，保證上課環境的舒適健康，避免粉塵對老師和學生帶來的危害。

2)智能、自動化程度高，操作便捷、高效。可實現書寫區域的全自動擦拭，為課堂教學或培訓節約寶貴的時間。

3)簡潔，美觀，占用空間小。當單個的黑板本體書寫面積不夠用時，可以根據需要將置于黑板本體后側的輔助黑板體從兩側拉出，根據書寫需要可隨時便捷的擴大書寫面積。

4)多功能，利用定位點，方便書寫者繪制坐標、圖形或者充當參照點等，功能多樣。