全方位智能黑板的研究與設(shè)計(jì)

李鑫鑫+王志坤+劉自成

摘 要 全方位智能黑板是一款采用單片機(jī)智能控制，通過(guò)特殊黑板布的旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)板面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)黑板使用面積有限且采用人力擦拭粉筆字跡，危害師生身心健康的不足，利用單片機(jī)控制電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸，使黑板可以全方位智能化轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了使用面積；利用黑板自帶的可控黑板擦，實(shí)現(xiàn)黑板自動(dòng)擦除粉筆字跡，并使粉筆末落于集粉槽中，節(jié)省人力，保障了師生的身心健康。

關(guān)鍵詞 旋轉(zhuǎn)；自動(dòng)清潔；全方位；集粉槽；智能黑板

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0021-01

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)物質(zhì)生活水平的要求也在逐步提高。在日常的教學(xué)生活中，黑板已成為不可替代的教學(xué)工具，但傳統(tǒng)黑板使用面積有限，功能單一，而且必須采用人力清除字跡。針對(duì)這幾方面的不足，本文設(shè)計(jì)了一款可全方位旋轉(zhuǎn)、版面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它利用單片機(jī)控制模塊、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸和可控黑板擦以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其各種功能。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 作品組成部分

全方位智能黑板由特殊黑板布，可控黑板擦，旋轉(zhuǎn)軸，電機(jī)，集粉槽，內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，支撐隔板以及單片機(jī)控制模塊組成，系統(tǒng)內(nèi)部緊密配合，使其更好地實(shí)現(xiàn)各種功能。

1.2 特殊黑板布

特殊黑板布由添加了抗折材料的硬質(zhì)纖維布制作而成，具有耐磨損，易清潔，組織密度高等特點(diǎn)。它的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用莫比烏斯環(huán)原理（如圖1所示），應(yīng)用了該原理的黑板布可使正反兩面都得到使用，不僅增加了板面面積，而且利于清潔。黑板布的兩邊均有齒輪鏈孔，鏈孔與主動(dòng)軸的齒輪結(jié)合能起到傳遞動(dòng)能的作用，這也是黑板勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的先決條件。

圖1 莫比烏斯環(huán)原理

1.3 可控黑板擦

可控黑板擦由木制黑板擦支撐面和鐵制滑動(dòng)控制桿組成?？煽睾诎宀练植荚诤诎宓淖笥覂蓚?cè)，它與黑板旋轉(zhuǎn)軸采用絞連接的連接方式，可形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)。兩者共同作用既使黑板布更加緊固，又可實(shí)現(xiàn)板面的清潔，同時(shí)也可對(duì)板書(shū)進(jìn)行選擇性擦除。

1.4 旋轉(zhuǎn)軸

旋轉(zhuǎn)軸為木制，表面粗糙，兩邊帶有直齒圓柱齒輪，齒頂圓直徑大于15厘米小于25厘米。它是黑板布的緊固結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，分布在黑板的左右兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸下邊各連接一個(gè)行星齒輪減速電機(jī)，使之帶動(dòng)黑板布旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)系統(tǒng)工作。

1.5 電機(jī)

電機(jī)采用行星齒輪減速電機(jī)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面力求簡(jiǎn)潔輕巧，緊湊精悍，該電機(jī)具有間隙低，效率高，噪音?。ā?0分貝），價(jià)格低廉等特點(diǎn)。通過(guò)電機(jī)有節(jié)奏的轉(zhuǎn)動(dòng)，有力的帶動(dòng)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生聲音較小，不會(huì)影響課堂進(jìn)程，又提高了課堂效率。

1.6 內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的主要功能是防止黑板布旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生折痕，對(duì)黑板的轉(zhuǎn)動(dòng)及系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)起到至關(guān)重要的輔助作用。其結(jié)構(gòu)與DNA分子骨架相類(lèi)似，它特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有力的配合黑板布在系統(tǒng)工作過(guò)程中無(wú)折痕轉(zhuǎn)動(dòng)，使系統(tǒng)整體功能得以實(shí)現(xiàn)。

1.7 支撐隔板

支撐隔板分兩層，內(nèi)層采用普通木制板，外層采用橡膠合成板。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，可使書(shū)寫(xiě)板書(shū)時(shí)粉筆的敲擊聲降低，并且使書(shū)寫(xiě)更加流暢，可有效的解決老師寫(xiě)字時(shí)產(chǎn)生敲擊聲影響課堂氛圍的問(wèn)題，創(chuàng)造一個(gè)和諧的學(xué)習(xí)氛圍。

1.8 單片機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)采用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，用戶(hù)使用遙控裝置對(duì)黑板的全方位轉(zhuǎn)動(dòng)和自動(dòng)清潔功能進(jìn)行控制。遙控裝置發(fā)出的信號(hào)傳到單片機(jī)的無(wú)線模塊，無(wú)線模塊接收信號(hào)后，迅速將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算、加工、處理后，將得出的工作信號(hào)發(fā)射給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使其控制行星齒輪減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和可控黑板擦對(duì)板面粉筆字跡進(jìn)行清潔的功能。

2 技術(shù)說(shuō)明

全方位智能黑板系統(tǒng)采用莫比烏斯帶原理，可使黑板的四個(gè)面得到循環(huán)利用，減少環(huán)境條件的約束，增加黑板使用面積。本系統(tǒng)還利用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)清潔黑板面以及可回收環(huán)保裝置等創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，提高黑板使用效率，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保新理念。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，降低書(shū)寫(xiě)時(shí)粉筆敲擊聲，減少噪聲對(duì)課堂的影響。此外本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)智能控制，用戶(hù)使用遙控裝置控制黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和板面的清潔功能，是本系統(tǒng)更加自動(dòng)化、簡(jiǎn)單化，符合現(xiàn)今社會(huì)人類(lèi)對(duì)智能化、便捷化的追求。

3 開(kāi)發(fā)前景及市場(chǎng)價(jià)值

本作品采用單片機(jī)智能控制，使作品更加簡(jiǎn)潔化，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使材料得到合理利用，自動(dòng)清潔板面裝置節(jié)省人力和時(shí)間，提高了課堂效率，燕子泥結(jié)構(gòu)可使書(shū)寫(xiě)時(shí)的粉筆敲擊聲降低，減弱噪音對(duì)教學(xué)的不利影響，可回收環(huán)保裝置實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前市場(chǎng)上無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，傳統(tǒng)黑板又達(dá)不到此系統(tǒng)的技術(shù)水平，同時(shí)這款全方位智能黑板系統(tǒng)所用材料價(jià)格低廉，制作成本不高，因此市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛，潛力巨大。

4 結(jié)束語(yǔ)

在全方位智能黑板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中如何讓黑板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，我們反復(fù)嘗試多種機(jī)械結(jié)構(gòu)，最后選用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作為輔助模塊，又選擇了間隙低，效率高，噪音小的行星齒輪減速電機(jī)才使系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]林健.“莫比烏斯帶”在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用[J].2004.

[2]馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2000.

[4]吳麟.自動(dòng)控制原理[M].清華大學(xué)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介

李鑫鑫（1994-），男，山東寧津人，在校大學(xué)生。

王志坤（1982-），男，山東臨邑人，德州學(xué)院實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)名師，碩士研究生，主要從事教學(xué)和學(xué)生管理工作。

劉自成（1993-），男，山東平邑縣人，在校大學(xué)生。endprint

摘 要 全方位智能黑板是一款采用單片機(jī)智能控制，通過(guò)特殊黑板布的旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)板面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)黑板使用面積有限且采用人力擦拭粉筆字跡，危害師生身心健康的不足，利用單片機(jī)控制電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸，使黑板可以全方位智能化轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了使用面積；利用黑板自帶的可控黑板擦，實(shí)現(xiàn)黑板自動(dòng)擦除粉筆字跡，并使粉筆末落于集粉槽中，節(jié)省人力，保障了師生的身心健康。

關(guān)鍵詞 旋轉(zhuǎn)；自動(dòng)清潔；全方位；集粉槽；智能黑板

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0021-01

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)物質(zhì)生活水平的要求也在逐步提高。在日常的教學(xué)生活中，黑板已成為不可替代的教學(xué)工具，但傳統(tǒng)黑板使用面積有限，功能單一，而且必須采用人力清除字跡。針對(duì)這幾方面的不足，本文設(shè)計(jì)了一款可全方位旋轉(zhuǎn)、版面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它利用單片機(jī)控制模塊、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸和可控黑板擦以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其各種功能。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 作品組成部分

全方位智能黑板由特殊黑板布，可控黑板擦，旋轉(zhuǎn)軸，電機(jī)，集粉槽，內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，支撐隔板以及單片機(jī)控制模塊組成，系統(tǒng)內(nèi)部緊密配合，使其更好地實(shí)現(xiàn)各種功能。

1.2 特殊黑板布

特殊黑板布由添加了抗折材料的硬質(zhì)纖維布制作而成，具有耐磨損，易清潔，組織密度高等特點(diǎn)。它的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用莫比烏斯環(huán)原理（如圖1所示），應(yīng)用了該原理的黑板布可使正反兩面都得到使用，不僅增加了板面面積，而且利于清潔。黑板布的兩邊均有齒輪鏈孔，鏈孔與主動(dòng)軸的齒輪結(jié)合能起到傳遞動(dòng)能的作用，這也是黑板勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的先決條件。

圖1 莫比烏斯環(huán)原理

1.3 可控黑板擦

可控黑板擦由木制黑板擦支撐面和鐵制滑動(dòng)控制桿組成?？煽睾诎宀练植荚诤诎宓淖笥覂蓚?cè)，它與黑板旋轉(zhuǎn)軸采用絞連接的連接方式，可形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)。兩者共同作用既使黑板布更加緊固，又可實(shí)現(xiàn)板面的清潔，同時(shí)也可對(duì)板書(shū)進(jìn)行選擇性擦除。

1.4 旋轉(zhuǎn)軸

旋轉(zhuǎn)軸為木制，表面粗糙，兩邊帶有直齒圓柱齒輪，齒頂圓直徑大于15厘米小于25厘米。它是黑板布的緊固結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，分布在黑板的左右兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸下邊各連接一個(gè)行星齒輪減速電機(jī)，使之帶動(dòng)黑板布旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)系統(tǒng)工作。

1.5 電機(jī)

電機(jī)采用行星齒輪減速電機(jī)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面力求簡(jiǎn)潔輕巧，緊湊精悍，該電機(jī)具有間隙低，效率高，噪音?。ā?0分貝），價(jià)格低廉等特點(diǎn)。通過(guò)電機(jī)有節(jié)奏的轉(zhuǎn)動(dòng)，有力的帶動(dòng)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生聲音較小，不會(huì)影響課堂進(jìn)程，又提高了課堂效率。

1.6 內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的主要功能是防止黑板布旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生折痕，對(duì)黑板的轉(zhuǎn)動(dòng)及系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)起到至關(guān)重要的輔助作用。其結(jié)構(gòu)與DNA分子骨架相類(lèi)似，它特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有力的配合黑板布在系統(tǒng)工作過(guò)程中無(wú)折痕轉(zhuǎn)動(dòng)，使系統(tǒng)整體功能得以實(shí)現(xiàn)。

1.7 支撐隔板

支撐隔板分兩層，內(nèi)層采用普通木制板，外層采用橡膠合成板。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，可使書(shū)寫(xiě)板書(shū)時(shí)粉筆的敲擊聲降低，并且使書(shū)寫(xiě)更加流暢，可有效的解決老師寫(xiě)字時(shí)產(chǎn)生敲擊聲影響課堂氛圍的問(wèn)題，創(chuàng)造一個(gè)和諧的學(xué)習(xí)氛圍。

1.8 單片機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)采用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，用戶(hù)使用遙控裝置對(duì)黑板的全方位轉(zhuǎn)動(dòng)和自動(dòng)清潔功能進(jìn)行控制。遙控裝置發(fā)出的信號(hào)傳到單片機(jī)的無(wú)線模塊，無(wú)線模塊接收信號(hào)后，迅速將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算、加工、處理后，將得出的工作信號(hào)發(fā)射給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使其控制行星齒輪減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和可控黑板擦對(duì)板面粉筆字跡進(jìn)行清潔的功能。

2 技術(shù)說(shuō)明

全方位智能黑板系統(tǒng)采用莫比烏斯帶原理，可使黑板的四個(gè)面得到循環(huán)利用，減少環(huán)境條件的約束，增加黑板使用面積。本系統(tǒng)還利用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)清潔黑板面以及可回收環(huán)保裝置等創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，提高黑板使用效率，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保新理念。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，降低書(shū)寫(xiě)時(shí)粉筆敲擊聲，減少噪聲對(duì)課堂的影響。此外本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)智能控制，用戶(hù)使用遙控裝置控制黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和板面的清潔功能，是本系統(tǒng)更加自動(dòng)化、簡(jiǎn)單化，符合現(xiàn)今社會(huì)人類(lèi)對(duì)智能化、便捷化的追求。

3 開(kāi)發(fā)前景及市場(chǎng)價(jià)值

本作品采用單片機(jī)智能控制，使作品更加簡(jiǎn)潔化，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使材料得到合理利用，自動(dòng)清潔板面裝置節(jié)省人力和時(shí)間，提高了課堂效率，燕子泥結(jié)構(gòu)可使書(shū)寫(xiě)時(shí)的粉筆敲擊聲降低，減弱噪音對(duì)教學(xué)的不利影響，可回收環(huán)保裝置實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前市場(chǎng)上無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，傳統(tǒng)黑板又達(dá)不到此系統(tǒng)的技術(shù)水平，同時(shí)這款全方位智能黑板系統(tǒng)所用材料價(jià)格低廉，制作成本不高，因此市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛，潛力巨大。

4 結(jié)束語(yǔ)

在全方位智能黑板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中如何讓黑板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，我們反復(fù)嘗試多種機(jī)械結(jié)構(gòu)，最后選用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作為輔助模塊，又選擇了間隙低，效率高，噪音小的行星齒輪減速電機(jī)才使系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。

參考文獻(xiàn)

[1]林健.“莫比烏斯帶”在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用[J].2004.

[2]馬忠梅.單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2000.

[4]吳麟.自動(dòng)控制原理[M].清華大學(xué)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介

李鑫鑫（1994-），男，山東寧津人，在校大學(xué)生。

王志坤（1982-），男，山東臨邑人，德州學(xué)院實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)名師，碩士研究生，主要從事教學(xué)和學(xué)生管理工作。

劉自成（1993-），男，山東平邑縣人，在校大學(xué)生。endprint

摘 要 全方位智能黑板是一款采用單片機(jī)智能控制，通過(guò)特殊黑板布的旋轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)板面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它突破了傳統(tǒng)黑板使用面積有限且采用人力擦拭粉筆字跡，危害師生身心健康的不足，利用單片機(jī)控制電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸，使黑板可以全方位智能化轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了使用面積；利用黑板自帶的可控黑板擦，實(shí)現(xiàn)黑板自動(dòng)擦除粉筆字跡，并使粉筆末落于集粉槽中，節(jié)省人力，保障了師生的身心健康。

關(guān)鍵詞 旋轉(zhuǎn)；自動(dòng)清潔；全方位；集粉槽；智能黑板

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0021-01

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)物質(zhì)生活水平的要求也在逐步提高。在日常的教學(xué)生活中，黑板已成為不可替代的教學(xué)工具，但傳統(tǒng)黑板使用面積有限，功能單一，而且必須采用人力清除字跡。針對(duì)這幾方面的不足，本文設(shè)計(jì)了一款可全方位旋轉(zhuǎn)、版面重復(fù)使用且自動(dòng)清潔的新型全方位智能黑板系統(tǒng)。它利用單片機(jī)控制模塊、電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸和可控黑板擦以及系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其各種功能。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 作品組成部分

全方位智能黑板由特殊黑板布，可控黑板擦，旋轉(zhuǎn)軸，電機(jī)，集粉槽，內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，支撐隔板以及單片機(jī)控制模塊組成，系統(tǒng)內(nèi)部緊密配合，使其更好地實(shí)現(xiàn)各種功能。

1.2 特殊黑板布

特殊黑板布由添加了抗折材料的硬質(zhì)纖維布制作而成，具有耐磨損，易清潔，組織密度高等特點(diǎn)。它的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用莫比烏斯環(huán)原理（如圖1所示），應(yīng)用了該原理的黑板布可使正反兩面都得到使用，不僅增加了板面面積，而且利于清潔。黑板布的兩邊均有齒輪鏈孔，鏈孔與主動(dòng)軸的齒輪結(jié)合能起到傳遞動(dòng)能的作用，這也是黑板勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的先決條件。

圖1 莫比烏斯環(huán)原理

1.3 可控黑板擦

可控黑板擦由木制黑板擦支撐面和鐵制滑動(dòng)控制桿組成。可控黑板擦分布在黑板的左右兩側(cè)，它與黑板旋轉(zhuǎn)軸采用絞連接的連接方式，可形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)。兩者共同作用既使黑板布更加緊固，又可實(shí)現(xiàn)板面的清潔，同時(shí)也可對(duì)板書(shū)進(jìn)行選擇性擦除。

1.4 旋轉(zhuǎn)軸

旋轉(zhuǎn)軸為木制，表面粗糙，兩邊帶有直齒圓柱齒輪，齒頂圓直徑大于15厘米小于25厘米。它是黑板布的緊固結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，分布在黑板的左右兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)軸下邊各連接一個(gè)行星齒輪減速電機(jī)，使之帶動(dòng)黑板布旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)系統(tǒng)工作。

1.5 電機(jī)

電機(jī)采用行星齒輪減速電機(jī)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面力求簡(jiǎn)潔輕巧，緊湊精悍，該電機(jī)具有間隙低，效率高，噪音小（≤50分貝），價(jià)格低廉等特點(diǎn)。通過(guò)電機(jī)有節(jié)奏的轉(zhuǎn)動(dòng)，有力的帶動(dòng)兩側(cè)旋轉(zhuǎn)軸均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，在此過(guò)程中系統(tǒng)產(chǎn)生聲音較小，不會(huì)影響課堂進(jìn)程，又提高了課堂效率。

1.6 內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的主要功能是防止黑板布旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生折痕，對(duì)黑板的轉(zhuǎn)動(dòng)及系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)起到至關(guān)重要的輔助作用。其結(jié)構(gòu)與DNA分子骨架相類(lèi)似，它特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有力的配合黑板布在系統(tǒng)工作過(guò)程中無(wú)折痕轉(zhuǎn)動(dòng)，使系統(tǒng)整體功能得以實(shí)現(xiàn)。

1.7 支撐隔板

支撐隔板分兩層，內(nèi)層采用普通木制板，外層采用橡膠合成板。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，可使書(shū)寫(xiě)板書(shū)時(shí)粉筆的敲擊聲降低，并且使書(shū)寫(xiě)更加流暢，可有效的解決老師寫(xiě)字時(shí)產(chǎn)生敲擊聲影響課堂氛圍的問(wèn)題，創(chuàng)造一個(gè)和諧的學(xué)習(xí)氛圍。

1.8 單片機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)采用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，用戶(hù)使用遙控裝置對(duì)黑板的全方位轉(zhuǎn)動(dòng)和自動(dòng)清潔功能進(jìn)行控制。遙控裝置發(fā)出的信號(hào)傳到單片機(jī)的無(wú)線模塊，無(wú)線模塊接收信號(hào)后，迅速將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算、加工、處理后，將得出的工作信號(hào)發(fā)射給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，使其控制行星齒輪減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和可控黑板擦對(duì)板面粉筆字跡進(jìn)行清潔的功能。

2 技術(shù)說(shuō)明

全方位智能黑板系統(tǒng)采用莫比烏斯帶原理，可使黑板的四個(gè)面得到循環(huán)利用，減少環(huán)境條件的約束，增加黑板使用面積。本系統(tǒng)還利用自動(dòng)旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)清潔黑板面以及可回收環(huán)保裝置等創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)，提高黑板使用效率，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保新理念。內(nèi)部支撐隔板運(yùn)用燕子泥結(jié)構(gòu)，降低書(shū)寫(xiě)時(shí)粉筆敲擊聲，減少噪聲對(duì)課堂的影響。此外本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)智能控制，用戶(hù)使用遙控裝置控制黑板轉(zhuǎn)動(dòng)和板面的清潔功能，是本系統(tǒng)更加自動(dòng)化、簡(jiǎn)單化，符合現(xiàn)今社會(huì)人類(lèi)對(duì)智能化、便捷化的追求。

3 開(kāi)發(fā)前景及市場(chǎng)價(jià)值

本作品采用單片機(jī)智能控制，使作品更加簡(jiǎn)潔化，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)使材料得到合理利用，自動(dòng)清潔板面裝置節(jié)省人力和時(shí)間，提高了課堂效率，燕子泥結(jié)構(gòu)可使書(shū)寫(xiě)時(shí)的粉筆敲擊聲降低，減弱噪音對(duì)教學(xué)的不利影響，可回收環(huán)保裝置實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。目前市場(chǎng)上無(wú)同類(lèi)產(chǎn)品，傳統(tǒng)黑板又達(dá)不到此系統(tǒng)的技術(shù)水平，同時(shí)這款全方位智能黑板系統(tǒng)所用材料價(jià)格低廉，制作成本不高，因此市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛，潛力巨大。

4 結(jié)束語(yǔ)

在全方位智能黑板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中如何讓黑板自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，我們反復(fù)嘗試多種機(jī)械結(jié)構(gòu)，最后選用型號(hào)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制模塊，旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)部輔助旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)作為輔助模塊，又選擇了間隙低，效率高，噪音小的行星齒輪減速電機(jī)才使系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能。

參考文獻(xiàn)

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[3]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].高等教育出版社，2000.

[4]吳麟.自動(dòng)控制原理[M].清華大學(xué)出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介

李鑫鑫（1994-），男，山東寧津人，在校大學(xué)生。

王志坤（1982-），男，山東臨邑人，德州學(xué)院實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)名師，碩士研究生，主要從事教學(xué)和學(xué)生管理工作。

劉自成（1993-），男，山東平邑縣人，在校大學(xué)生。endprint