多功能黑板的設(shè)計(jì).docx

1、多功能黑板的設(shè)計(jì)摘要.隨著教育事業(yè)發(fā)展，黑板對老師的危害也日益明顯，我們設(shè)計(jì)的多功能黑板以簡單、實(shí)用、高效為目的，解決了傳統(tǒng)黑板在日常使用中的一些問題，通過對黑板擦進(jìn)行改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)對粉塵的吸收，大大較低粉塵對老師和學(xué)生造成的危害，凈化空氣,有利于形成良好的教學(xué)環(huán)境。同時(shí)在原有黑板的基礎(chǔ)上，添加了雙杠和單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了快速劃線、自動(dòng)擦黑板的功能。經(jīng)過反復(fù)測試得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該黑板工作穩(wěn)定，性能可靠，功能測試效果良好。關(guān)鍵詞：自動(dòng)擦黑板除塵畫線第二章系統(tǒng)介紹2. 1總體尺寸設(shè)計(jì)此作品的特點(diǎn)在于不局限于同一尺寸，稍加改進(jìn)可適用于各種大小形狀的黑板，為了便于制作，此次我們的樣品并未采用傳統(tǒng)黑板的尺

2、寸，而是選用了稍小一些的黑板來作為模板。1、黑板的外形尺寸為了便于電機(jī)的安放，此次選用黑板尺寸較寬；因?yàn)樽鳛闃悠?，所以尺寸不宜過大，另外從美觀的角度進(jìn)行考慮，黑板長度取90cm,結(jié)合正常的黑板長寬比例并在此基礎(chǔ)上稍寬，因此寬度取60cm。2、板擦的外形尺寸板擦作為整個(gè)多功能黑板的核心，是各種功能實(shí)現(xiàn)的載體，因此內(nèi)含多個(gè)重要部分。為了兼具美觀與實(shí)用，板擦不宜過寬過高，長度接近于黑板的寬度。因此長取50cm,寬取8cm,高取6cm。3、絲桿的外形尺寸絲桿作為板擦的固定與傳動(dòng)部分，長度應(yīng)與黑板長度相仿，除去聯(lián)軸器的部分我們將絲桿的長度確定在70cm,具體的選材我們選用了直徑16mm的絲桿，外形如圖2

3、-1所示。圖2-1絲桿實(shí)物圖4、結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)尺寸為了協(xié)調(diào)各部分與開關(guān)裝置更好的的組合為一個(gè)整體，組合后的整體可能還會(huì)稍作調(diào)整。2.21作的可行性分析2.2.1結(jié)構(gòu)的可行性分析多功能黑板分為寫字區(qū)、清潔區(qū)、動(dòng)力與傳動(dòng)區(qū)、電路控制區(qū)。1、板擦能夠很穩(wěn)固的被固定在寫字區(qū)上方，并且貼合緊密，由于采用了海綿，黑板與板擦的接觸面存在緩沖，不會(huì)存在長時(shí)間使用后出現(xiàn)空隙的問題。2、動(dòng)力是由步進(jìn)電機(jī)提供的，傳動(dòng)是通過絲桿來完成的，絲桿隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)板擦也會(huì)運(yùn)動(dòng)，從而起到擦除黑板的作用；通過絲桿傳動(dòng)還有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3：由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多

4、滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)幺幺杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3下，即達(dá)到運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需要的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。（2）高精度的保證：滾珠絲杠副是用于日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得到以充分保證。（3）微進(jìn)給可能：滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的滑行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。（4）無側(cè)隙、剛性高：滾珠絲杠副可以加予壓，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給

5、滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可是絲母部的剛性增強(qiáng)）。（5）高速進(jìn)給可能：滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給（運(yùn)動(dòng)）。3、電路控制區(qū)域是獨(dú)立于主體來實(shí)現(xiàn)對黑板的控制的，由于選用絲桿進(jìn)行傳動(dòng)，從而擺脫了電源線的束縛，美觀并且實(shí)用。2.2.2性能的可行性分析圖2-2絲桿傳動(dòng)滾動(dòng)螺旋的工作原理如圖2-3所示，絲杠4和螺母1的螺紋滾道間置有滾珠2,當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠2沿螺紋滾道滾動(dòng)，則絲杠與螺母之間相對運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置3,如圖2-3所示的反向器和擋珠器，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道

6、內(nèi)循環(huán)。圖2-3滾珠螺旋工作原理圖1、滾珠絲桿副的選用與校核計(jì)算導(dǎo)軌摩擦力Fu=u(mi+m2)g=6.615N(2.1)其中m.=3kg一一移動(dòng)負(fù)載；=1.5kg聯(lián)軸器和滑塊質(zhì)量；u=0.15導(dǎo)軌與支撐之間的摩擦系數(shù)U查下表2-1：表2-1常用材料的滑動(dòng)摩擦系數(shù)摩擦副材料靜摩擦系數(shù)U,動(dòng)摩擦系數(shù)u無潤滑有潤滑無潤滑有潤滑鋼-鋼0.15o.ro.120.10.050.1鋼-育銅o.ro.7(2.2)2、軸向載荷Fg”和等效軸向載荷氏的計(jì)算Fx(rax=kFx+u(凡+G)+(nii+m2)a=15.84N其中負(fù)載移動(dòng)阻力系數(shù)k=1.15;Fx負(fù)載移動(dòng)阻力；Fz=m2g

7、;G=ing;a=v/t=5mm/s'FFIS.8N;3、預(yù)設(shè)滾動(dòng)絲桿基本參數(shù)螺紋公稱直徑一一d0=16mm；圈數(shù)X列數(shù)iXk=2.5Xl；螺桿滾道曲率一一rs=0.52Dw;轉(zhuǎn)速n=V/Ph=120r/min;4、計(jì)算動(dòng)載荷Ca'=khKfKtlK1Fjkn=90.95N(2.3)壽命系數(shù)Kh=(Ln/500)1/3工作壽命Lh查下表2-2：表2-2各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間機(jī)械類型Lh備注普通機(jī)械500010000普通機(jī)床1000015000250(天)X16(h)X10(年)數(shù)控機(jī)床20000X0.5(開機(jī)率)=20000精密機(jī)床20000測試機(jī)械15000航空機(jī)械1000由于

8、是普通絲桿傳動(dòng)，選Lh=15000h；乂查表得：載荷性質(zhì)無沖擊平穩(wěn)時(shí)一般運(yùn)行有沖擊和振動(dòng)Kf1-1.21.2-1.51.5-2表2-3載荷系數(shù)表2-4硬度系數(shù)硬度系數(shù)大于等于585550K.<1.01.111.56表2-5精度系數(shù)精度系數(shù)1、2、34、57K,1.00.90.8由上表知:載荷系數(shù)Kf=1.2；動(dòng)載荷硬度系數(shù)Kh=1.0;轉(zhuǎn)速系數(shù)Kn=(33.3/n)",其中n是絲桿轉(zhuǎn)速；短行程系數(shù)Kl=1.0；壽命系數(shù)K廣(U/500)"。5、螺旋導(dǎo)程角X入二arctanPh/刀d()=arctanO.417=4.6"6、基本額定載荷校核GCa=fc(ico

9、sa)07Z2/3D/tana=368.6Nfc=K.：-K1(-KaR=19.008其中ft：與滾珠絲桿副滾道的幾何形狀制造精度和材料有關(guān)的系數(shù)載荷系數(shù)Kl1.2；動(dòng)載荷硬度系數(shù)K=1.0;精度系數(shù)Ka=1.0;一圈螺紋滾道內(nèi)的鋼球數(shù)量Z=udo/Dv；鋼球滾到便面在接觸點(diǎn)處的公法線與螺紋軸線的垂直線間的夾角a=45°由上可知：G大于C：10(2.4)5)(2.6)7、基本靜載荷如'計(jì)算Coa=K,Kh«F=6.6N*1.2=7.92NKi；靜載荷硬度影響系數(shù)取Kh'=1.0;-載荷系數(shù)取Kf'=1.2;軸向載荷取F=6.6N;基本額定靜載荷Coa

10、=focizD/sina=5261N當(dāng)a=45”時(shí),rs/Dw=0.52,誨3.7小于如,所以符合要求。8、絲桿軸向總變形量58=8f+8T+8a+8t=2.625*103mm+2.898*10fimm+5.664*10'mm+1.1*10hmm=2.686*10_3mm9、絲桿的軸向剛度KlF/6=245710、剛度條件KJ-絲桿允許軸向剛度K/J、于K«=18*10l所以符合條件11、重復(fù)定位度二土F”/K&二0.00269mm=2.69PmK6：軸向剛度R：導(dǎo)軌間最大靜摩擦力小于=().05min=50Mm所以符合要求12、滾珠絲桿副的許用轉(zhuǎn)速Dn值(1)滾珠絲

11、桿副的許用轉(zhuǎn)速滾珠絲桿副的轉(zhuǎn)速過高，會(huì)產(chǎn)生共振，影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞機(jī)器。nIK1A<nc=(60aX2/2nL2)*(EIg/rA)1/2=fd2*107(r/min)a：安全系數(shù)，a=0.8E：彈性模量,E=2.07*105MPaI：絲桿剖面最小慣性矩，1=nd22/64dj螺紋底徑，mm9.8N/Kg材料比重，二7.65*10卞/傾'螺紋底徑面積,A=Jid22/4(mmL，)計(jì)算許用轉(zhuǎn)速上用的安裝距離，mm11g：r：A：L<:(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)(2.11)(2.12)(2.13)固定一固定安裝方式中，&為絲桿計(jì)算長度，指F和T作用處到

12、固定軸承端的距離，Lc=30mni,安裝系數(shù)如下表2-6所示表2-6安裝系數(shù)表序號安裝方式XfK,Kr1固定-自由1.872固定-支撐3.92715.12203固定-固定4.73021.9440(2)滾珠絲桿副的Dn值當(dāng)滾珠絲桿精密等級為15級時(shí)：20710mm*r/min=l0*2071二d血心W70000mm*r/min13、傳動(dòng)效率：由螺旋運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)時(shí)，(2.14)H=tanX/tan(X+p*)=0.417/0.41994=99.3%tanP'=0.0025tanX=0.417X:螺紋升角通過初步計(jì)算，我們可以確定:(1) 電動(dòng)機(jī)可以帶動(dòng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)。(

13、2) 絲桿的選取符合要求。(3) 傳動(dòng)相對穩(wěn)定。第三章軟、硬件設(shè)計(jì)3. 1硬件設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大部分組成。其中單片機(jī)控制系統(tǒng)的處理器采用ST公司的STM32F103VET632位增強(qiáng)型單片機(jī)，完全可以勝任本系統(tǒng)的計(jì)算和處理速度。由于采用步進(jìn)電機(jī)，為了使電機(jī)能夠穩(wěn)定工作，采用3977步進(jìn)電機(jī)專用芯片。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要通過單片機(jī)將輸出信號給3977驅(qū)動(dòng)電路，由于3977采用新型的雙極性恒流斬波技術(shù)，使電機(jī)運(yùn)行精度高，振動(dòng)小,噪聲低，運(yùn)行平穩(wěn)。傳感器系統(tǒng)由紅外模塊等組成。各部分采用模塊化設(shè)計(jì)，具有一定的擴(kuò)展性，開發(fā)繃推I單易行。3. 1.2紅外光電開關(guān)紅

14、外光電開美是一種紅外調(diào)制型無損檢測光電傳感器。它采用高效紅外發(fā)光二極管和光敏三極管作為光電轉(zhuǎn)換元件，工作方式有同軸反射式和對射式兩種，使用電源有交流和直流兩種。紅外光電開關(guān)的檢測距離為005-10m,并有靈敏度調(diào)節(jié)及動(dòng)作前后延時(shí)等功能。產(chǎn)品具有體積小、使用簡單、性能穩(wěn)定、壽命長、響應(yīng)速度快以及抗沖擊和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代輕工、機(jī)械、冶金、交通、電力、軍工及礦山等領(lǐng)域的安全生產(chǎn)、自動(dòng)生產(chǎn)控制及計(jì)算機(jī)輸人接口信號。該設(shè)計(jì)將紅外光電開關(guān)作為黑板櫬前進(jìn)和后退的開關(guān)，電路控制框圖如圖3-1所示：圖3-1板擦工作框圖3.1.3電源變換電路設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)分為兩部分：單片機(jī)需要+3.3V的電源，

15、而步進(jìn)電機(jī)需要+12V的電壓驅(qū)動(dòng)。我們通過將220V交流電轉(zhuǎn)換成12V直流電，再通過7805三端穩(wěn)壓芯片將12V轉(zhuǎn)換成+5V電壓，再通過AMS1117-3.3三端穩(wěn)壓芯片將電壓由+5V降到+3.3V為單片機(jī)供電，通電電壓轉(zhuǎn)換原理圖如下。Ti圖3-2電壓轉(zhuǎn)換原理圖1圖3-3電壓轉(zhuǎn)換原理圖2+SVI±C)OICuf圖3-4電壓轉(zhuǎn)換原理圖33.1.4A3977步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖VCC5V23IS1NIS2STEFIKAGNDVCC5VTSTEP26VDDST"08VCPSTEPTTQ3B1DIRUoVBB2Re:MSIOUT1ACT"TmA3977xLP01XxASLE

16、EP0UT2BRESETSENSEIENBLESENSE：HONEVREGAGND?FD?GNDSR1628TT25jTIsVCC12VxC39470uF.16V1G4AGNDQUT1AOUT130UT2A0UT2BAGNDIPSJ?9CC5V丁14R1SO.25R7TTH)3)5D')9TOTTTTFl圖3-5A3977步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖0UT1A|R280UT2A0UT1B0UT2BMS2MSICN4Header43.2.1軟件流程圖圖3-6軟件流程圖3. 2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖SN32F103YET6控制器5.M.9HUJ95.M.9HUJ9VIAUocvrACG>ir

17、c_AXPT*«CCCOUCZ»WTCC3OTUC_A2CWOSCXLWpvgour、®»5«CiOGG.OUT»«T*CQADCta_»fOATg.ShF5*C-VCV«jWT5=9M2ajCUTMM.Cx.U8Tl.TX5PQ.wwwTho.CMi，msooCKTX/Jrtl-KX，ra.CKWlTRACgavOTq.OC«5P»1JMX"«*®*aWVWffTTL<ADC1：lTlQJ>4t-pWT»«.CMTi<

18、;JT«*AXeARTn.»TM.CKi>Wt2VCnC*CAKCARTJU1T*e_CK4AXU3LWMC.O*8.4=*，JSS.VSZFTZ_OXKUXr，82JM=M«5a，-KWC_0UTiAXi5sOTFUCJC'TaiQJCCUJAffTCXPOCraCJWVtfTMlARTU*c*rLMC_wexr_n<ywMQ.cumjMn_cts«DyTW3-KV&APnjSOQJ>OflOtOSCCMTffSUiJJJCn°OOC6CJHF5MCJOCAJ«»C-JWFT.TX50IQ

19、_CJW»n_O(OCiiAfiAffX.WOQ.JVXAFnjttFXGr<TVKIO_DMJGMTV*JMiUTORVCKSVBG-S-T*肽WJTCFZCUE4VOQJ%»CA>DC1ZJNUCVOCI5”ftWOCTie3VCw»TMiriJ>TMFSWCTWl-OCNe«HCS<CJ»TWx.OCFracjDvnuLCMjNtiirwcjymr.cic*eurwc_oivtmh.cm*stoc.fcaAfen.TxiMft.crt、llQCi>OMJ&«eTVWT>XAA1WT1E

20、VCK>©AUWMJWnJJIfiiOPCATX.rwiTPPA*、wrurrvj5KMCAK_Rxrwi4PAWXAffH-RXR皿PAMJ&M»Tl.TXrBMJ>C*JBMT1.CWT1*1.&«WOOPTMB-&WMK>Ot?TMA-C*Uwm<cKi5aQj»tML>eWe2S3.WX*TM.C>CWjr*Tie.CK2Aacu.wxCH-wjTM.CMi5«WCJM.XPOUnMCJ»M4.C-<5eiF»C_A”-M_C«CPOisra

21、jMTrM-CHtAFnjrpi<aziCAXAim_cT?FDUn>*ptUJBARn_OtWU*3l4WTJ_n>.*wsvc_&iwan.nPBtSVQ>C6*e2SSaT»fl.CHM0Bw5Rots<ynvi.CM3v«fiARn糜冷jsRZjov工(xun.CT&mM_cM*=«1»PQjttMKiJVMX2_»eMJ6n_OVT»r><TN圖3-7STM32單片機(jī)控制電路原理圖3.3工作原理下面對多功能的工作原理進(jìn)行說明：1、擦黑板的過程通過開關(guān)來進(jìn)行控制，通過電

22、路的設(shè)計(jì)，可以隨意控制啟動(dòng)與暫停。電路部分通過對STM32單片機(jī)進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)對電路的智能控制，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以及控制板擦的運(yùn)行；另外也可以通過串口通信原理可實(shí)現(xiàn)對黑板的無線控制，通過遙控器來控制板擦的運(yùn)行也。2、步進(jìn)電機(jī)在獲得不同信號時(shí)會(huì)進(jìn)行不同的運(yùn)動(dòng)，如表3-1所示表3-1步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)情況上電機(jī)狀態(tài)下電機(jī)狀態(tài)黑板擦運(yùn)動(dòng)情況正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)直線前進(jìn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)直線后退3、絲桿的一端與電機(jī)相連接，另一端與連軸器相連接，然后板擦通過螺母再連接上另一根絲桿，電機(jī)通過正反向的運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)齒輪正反向的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榻z桿處于固定的狀態(tài)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)板也跟著運(yùn)動(dòng)。4、板擦在運(yùn)動(dòng)的過程中，與黑板表面接觸的部分將起到對

23、黑板的擦除功能，板擦中間的海綿會(huì)起到一定的吸塵作用，另外兩端的膠皮也會(huì)防止粉塵溢到外面；當(dāng)我們?nèi)绻麑?shí)現(xiàn)了對板擦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改造時(shí)，板擦在運(yùn)動(dòng)時(shí)，板擦內(nèi)部的扇葉也會(huì)啟動(dòng)，形成對粉塵的吸力，然后通過粉塵袋實(shí)現(xiàn)對粉塵的回收，這樣可根本性的解決粉塵的問題。5、板擦兩端均安放有粉筆的卡槽，用以實(shí)現(xiàn)輔助快速畫線功能，將粉筆固定在板擦的一側(cè)時(shí)，板擦在朝另一側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)即可實(shí)現(xiàn)畫線功能，而且不論多長都能確保筆直,并且畫線的過程和擦黑板的過程可以同時(shí)進(jìn)行；用大板擦櫬黑板的過程還可確保黑板擦完后整個(gè)板面保持一致性，不會(huì)像手工擦完后出現(xiàn)很多模糊區(qū)域的情況。3.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖如圖所示:1圖3-8黑板完整裝配圖圖3-

24、10連軸器三維圖,圖3-11連軸器三視圖圖3-12步進(jìn)電機(jī)三維圖圖3-13步進(jìn)電機(jī)三視圖圖3-14滾珠螺母三維圖圖3-15滾珠螺母三視圖第四章創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用4. 1創(chuàng)新點(diǎn)1. 快速擦黑板，通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)櫬黑板，速度快，省時(shí)省力，既避免了浪費(fèi)講課時(shí)間，也給了用心板書的老師休息的時(shí)間。2. 無線控制功能，通過串口通信，在有線控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了無線控制，更實(shí)用，更具人性化。3. 吸收掉落粉塵，粉塵對人體的體表還有呼吸道都有很壞的影響，長時(shí)間接觸粉塵更是如此，我們通過簡單的構(gòu)造卻實(shí)現(xiàn)了大大降低粉塵的目的，凈化了教室環(huán)境，滿足了綠色環(huán)保的要求。4. 快速劃線，可以實(shí)現(xiàn)常用的畫線功能，并且使用板擦

25、和畫線板時(shí)互不影響，允許使用者根據(jù)不同的需求自定義構(gòu)圖，這一切都簡單可實(shí)現(xiàn)。4.2應(yīng)用社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步，以及科技的不斷發(fā)展讓我們身邊的事物在不斷的更新，例如教學(xué)黑板，現(xiàn)在市面上有水泥黑板，毛玻璃黑板，水彩黑板，木質(zhì)黑板，鐵質(zhì)黑板等等各種各樣的黑板，每一種都有自己的特點(diǎn)，但是多功能黑板能夠真正擁有綠色，健康,便捷三大特點(diǎn)。多功能黑板在功能上的創(chuàng)新將會(huì)在未來的教學(xué)、工作交流中得到很好的運(yùn)用。在家庭教育、大型會(huì)議室以及教室都可以得到很好的推廣運(yùn)用。R前對于家庭及幼兒園幼兒教育，傳統(tǒng)黑板粉筆所帶來的粉塵嚴(yán)重影響幼兒身體甚至整個(gè)家庭生活環(huán)境也會(huì)變得很差，這些都使得許多傳統(tǒng)粉筆黑板已經(jīng)不能應(yīng)用于此種教學(xué)，所

26、以我們這種新型多功能黑板將對此種情況產(chǎn)生革命性變化，這種黑板將以全新的理念使得幼兒教育更加健康，綠色，環(huán)保，便捷。在價(jià)格方面，多功能黑板初步估計(jì)與傳統(tǒng)黑板差價(jià)在量產(chǎn)后會(huì)很小，與現(xiàn)階段仍保持高價(jià)的電子白板相比，是可以被接受的。結(jié)論我們的多功能黑板與現(xiàn)今的黑板相比最大的進(jìn)步就是具有自動(dòng)擦除和吸塵功能，解放雙手的同時(shí)也很好的解決了粉塵的飛揚(yáng)，其原理類似于吸塵器，黑板的的下方裝風(fēng)扇式粉塵吸收器，它能在電動(dòng)機(jī)的高速驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生極大的轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生極強(qiáng)的壓力和吸力，將葉輪中的空氣高速排出，同時(shí)使吸塵部分內(nèi)空氣不斷地補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)。這樣內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生順勢真空，與外界就形成較高的壓差。粉筆末隨空氣被吸入吸塵部分,并經(jīng)

27、過漏器過漏，將粉筆灰塵收集于塵袋內(nèi)，供循環(huán)利用。其實(shí)，黑板的下方邊框就相當(dāng)于安置了一個(gè)巨大的吸塵器，通過黑板間的微小空隙吸收黑板上的粉塵，擦除字體痕跡，避免了傳統(tǒng)手擦黑板引起的粉塵飛舞的現(xiàn)象，老師可-以不再被粉筆灰嗆住，前排學(xué)生也不會(huì)在上過課后一頭白末。我們的多功能黑板就是在黑板看不見的地方安置各種元件，并設(shè)有電源及電路，旁邊有個(gè)按鈕能夠控制吸塵黑板，在適當(dāng)時(shí)候清除字跡，吸收粉塵。輔助畫圖的加入讓板擦的部分也得到了充分利用，在不增加結(jié)構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更多的用途，最重要的是輔助畫圖工具既實(shí)用又好用，很好的節(jié)約了課上畫圖的時(shí)間，也讓圖形更加標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)然，黑板不可能無限制地吸收粉塵，還需要塵筒的配合。

28、塵袋設(shè)置在講臺旁邊，便于進(jìn)行清理，收集滿的時(shí)候可以進(jìn)行回收利用。這樣既可以解決粉塵污染的問題，還可以回收到造粉筆廠再利用，節(jié)約材料，綠色環(huán)保。參考文獻(xiàn)1 劉寶廷等編著.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1997.10:54-60.2 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分M.北京高等教育出版社.1999.6：120.3 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.高等教育出版社.2001.7:119-125.4 梅曉榕.自動(dòng)控制元件及線國.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1993.5:70-75.5 任致程.實(shí)用電動(dòng)機(jī)控制電路350例國.北京：人民郵電出版社.2002.132.6 李全利.單片機(jī)原理及接口技

29、術(shù)M.高等教育出版社.2004.6:66-78.7 阮毅，陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版，2009.2:30-36.8 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.3:65-70.9 華成英.模擬電子技術(shù)基本教程.國北京：清華大學(xué)出版社.2005.4:70-79.10 CharlesPoynton.ATechnicaltoIntroductiontoDigitalVideo,JohnWiley&Sons.M1996.200.11 LewinEdwards.EmbeddedSyetemDesignonashoestring:Achiev

30、ingHighPerformancewithaLimitedBudget,jNewns,2003.165.12 Mt.Prospect.MCS51FamilyofMicrocontrollersArchitecturalOverview.MSeptember1993220(5)360-380.圖附錄T多功能黑板的實(shí)物圖軟件程序：#include，stm32f10x.hvoidRCC_Configuration(void);ABSTRACTWiththedevelopmentofeducationandtheharmoftheblackboardtheteacherisbecomingmorea

31、ndmoreobvious,wcdesignthemultifunctionalblackboardinasimple,practicalandefficientforthepurposetosolvethetraditionalblackboardindailyuseinsomeoftheproblems,throughwhichistheimprovementoftheblackboarderasercanbeachievedonthedustabsorption,greatlyreducethehazardscausedbythedustofteachersandstudents,pur

32、ifytheairandisconducivetotheformationofgoodteachingenvironment.Alsointheoriginalblackboardbased,addtheparallelbarsandMCU,realizethefunctionoffastscribing,automaticallyerasetheblackboard.Theexperimentalresultsoftherepeatedtestsshowthattheequipmentisstable,reliableandeffective.Keywords:Automaticcleani

33、ngblackboardRemovedustDrawalinevoidDelay(_10uint32_tnCount);voidGPIOConfig(void);voidneixian(void);/*J*J*J*p*J*1*J*1*J*p*J*J*p*J*1*1*1*pGPIO初始化CC5Cxjcc*cccc|cC5C5Cx|cCxCxjc?|c»ccc|c|cx|ccccc*c*|cc*CxCjc5Cc*cvoidGPIOConfig(void)voidGPIOConfig(void)/GPIO配置GPIO_InitTypeDefGP10_lnitStructure;RCCAPB

34、2PeriphClockCmd(RCCAPB2PeriphGPTOA|RCCAPB2PeriphGPTOB|RCCAPB2Periph_AFI0,ENABLE);GPIOInitStructure.GPIOPin=GPI0_Pin_01GPI0_Pin_l|GPI0_Pin_21GPI0_Pin_3;選中PAO為推挽輸出GPIO_InitStructure.GP10_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;/推挽輸出GPIOInitStructure.GPIOSpeed=GPIOSpeed50MHz;GPIOInit(GPTOA,&GPIOInitStructure):GPIOIn

35、itStructure.GPIOPin=GPI0_Pin_01GPIO_Pin_l|GPI0_Pin_21GPI0_Pin_3;/選中PAO為推挽輸出GP10_InitStructure.GP10_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;/推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPI0_Speed_50MHz;GPIOInit(GPIOB,&GPIOInitStructure);GPIO_InitStructure.GPIOJfode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;浮空輸入GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStr

36、ucture);/把4,5,6,7,8,9,10配置成浮空輸入/X*、1、£、1，、1，、1，、1、1，、1，、1，主函數(shù)viz*1*1*Zz*X*1*1*1*X*%1*£*X*xlz*1xl*/z*X«X*%lz1*£*X*xi*1*1*Z*X*T»，、，.、匕、*»*Y*，.、*T*，.、V*,*Y*Y*，,、*,*Y*，.、，.、*Y*，,、，*Y*，.、4、*Y*，、4、*Y*，、，.、*Y*T*，廣，、*T*T*，,、*,*Y*，,、，L*T*f*，7*匕、*Y*，.、，、*,*，.、intmain()a=GPIO_Read

37、InputDataBit(GPIOA,GP10_Pin_4);/讀取PA4的值左1b=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPI0_Pin_6);/讀取PA6的值右1GPTOConfig();GPIOResetBits(GPIOA,GPI0_Pin_2);/PA2=0右轉(zhuǎn)方向GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);/PA3=1左轉(zhuǎn)方向while(l)!«J、,、1，、1，、1，、1，、X*、1，、,、【,L*f>、,、1，、I、1，«A*,、«A«、,、1，«>«、】、,、1，*1

38、*!*r*T*r*jc|c|ccj|c?|c|c|cc?|cjjcjc5gCj|c?|c|cjc?|cjcjcjcjcjcjcjjcjc?|cJc|cc?cjcc|cj|c?|c|c|cc?|cjcjcjcj|c|cjcjc|c|c|cjcj|c?c|cjc?|c?|c|c|c?cjcjc5gCj|c/GPIO_Config();GPTOResetBits(GPTOA,GPTOPin2);/PA2二0右轉(zhuǎn)方向GPIO_SctBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);/PA3=1左轉(zhuǎn)方向while(l)if(a1)/右轉(zhuǎn)動(dòng)GP10_ResetBits(GPI0A,GPIO_Pin_0GPI0

39、_Pin_2);/PAO=0Delay(0xl4ff);GPTOSetBits(GPTOA,GPTOPin0|GPIOPin3);/PA0=1Delay(0xl4ff);Delay(0xl4ff);/400hz右轉(zhuǎn)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPI0_Pin_0|GPI0_Pin_2);/PAO=0Delay(Oxldff);GPIOSetBits(GPIOA,GPIOPinO|GPIOPin3);/PAO=1Delay(Oxldff);Delay(Oxldff);/400hz右轉(zhuǎn)if(b=O)/左轉(zhuǎn)動(dòng)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pi

40、n_2);/PAO=0Delay(0xl4ff);GPTOSetBits(GPTOA,GPTOPin1|GPTOPin3);/PAO=1Delay(0xl4ff);Delay(0xl4ff);/4OOhz左轉(zhuǎn)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_2);/PAO=0Delay(Oxldff);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_3);/PAO=1Delay(Oxldff);Delay(Oxldff);/4OOhz左轉(zhuǎn)jjcW：jjlx|c5|C*|*名稱：voidRCC_Configuration(void)功

41、能：系統(tǒng)時(shí)鐘配置為72MHZ入口參數(shù):出口參數(shù):說明:調(diào)用方法:*l*T*.*，,、*.*T*T*.*，,、*T*，T、*7'，.、,、*T*,、*.*.*T*T*，,、，,、*T*T*,、，,、*.*T*，,、，,、*T*T*T*T*，,、*T*T*.*，,、,'、*T*7*,*,、*T*T*.、*.*T*T*,、*T*T*T*T*，,、*.*T*T*,*，,、*T*T*T*T*，,、voidRCC_Configuration(void)Systcmlnit();/xXxxl*si*sfxxl*xl*si*vl*vizvj*kIz«Xxxl*xi*2xxl*

42、1;Az*£xxX#si*«Azvl*viz%£x1*vi*xiz«/x«XxV&*«Xxxl*vl*lxs£z«£z*£»vl*«£z，*、，、4、*1*，、，L弓、，上、，卜'L七、4、*4*，L%、，卜'卜弓、，、，、7*匚、4、，.、，卜4、*T*，卜*»x，'、*，,、4、K、，、氣、七、4、，*、，.、匚、，,、'4、*，卜4、*?*，.、，,、七、，'、4、名稱:名稱:voidDelay(10u

43、int32_tnCount)功能:功能:延時(shí)函數(shù)入口參數(shù):出口參數(shù):說明:調(diào)用方法:«j、1，*1*1*1、,、1，、X*、1，.«A«、1，、1，wxr*T*r*voidDelay(_10uint32_tnCount)for(;nCount!=0;nCount一一)；緒論1第一章設(shè)計(jì)方案31.1總體設(shè)計(jì)構(gòu)想31.2板擦框架方案比較31.3動(dòng)力及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案比較41.4吸塵結(jié)構(gòu)方案比較41.5絲桿的設(shè)計(jì)方案的比較5第二章系統(tǒng)介紹61總體尺寸設(shè)計(jì)62.2工作的可行性分析72.1結(jié)構(gòu)的可行性分析72. 2.2性能的可行性分析8第三章軟、硬件設(shè)計(jì)131硬件設(shè)計(jì)132.

44、1.1系統(tǒng)總體控制131.2紅外光電開關(guān)133.1.3電源變換電路設(shè)計(jì)133.1.4A3977步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖153.2軟件部分163.2.1軟件流程圖163.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖173.3工作原理173.4機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖18第四章創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用221創(chuàng)新點(diǎn)223. 2應(yīng)用22結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致謝24附錄25緒論重慶日報(bào)報(bào)道，粉筆煙塵這東西讓老師吃夠了苦頭，紛紛中了慢性咽喉炎的招。杭州市一家小學(xué)的校醫(yī)對記者說，他們學(xué)校除了新來的年輕教師外，其他教師絕大部分都患有咽喉炎。雖然無塵粉筆的粉塵要少一些，減少了教師患咽喉炎的幾率，但長期以往地接觸仍使得教師咽喉炎的發(fā)病率比其他行業(yè)高得多。

45、除了咽喉，聲帶也是老師“容易受傷”的部位之一。常見的聲帶結(jié)節(jié)是由于聲帶長期連續(xù)使用，或發(fā)音方式不正確，造成左、右聲帶不當(dāng)?shù)淖矒?，增生結(jié)節(jié)。表現(xiàn)為喉嚨痛、說話聲音沙啞。當(dāng)我們看到此報(bào)道時(shí)，真替老師們擔(dān)心，特別對于初高中的老師，他們的板書量非常的大，每節(jié)課都要擦好些次黑板，擦黑板的時(shí)候能吸收更多的粉塵，加重了老師對粉塵的吸收，基于以上，我們的多功能黑板的自動(dòng)擦出和吸塵的功能，能夠保護(hù)環(huán)境，使老師遠(yuǎn)離粉塵，擺脫粉塵的威脅，減少教師職業(yè)病的發(fā)病率，保護(hù)老師的健康。在現(xiàn)實(shí)的工作生活中，黑板作為我們經(jīng)常接觸并且使用的一種教學(xué)工具被廣泛大規(guī)模的使用，尤其在學(xué)?；蛘呓逃嘤?xùn)機(jī)構(gòu)里面作為不可或缺的一部分己長期存

46、在并且以后也將繼續(xù)會(huì)被長期使用下去。作為基礎(chǔ)的教學(xué)工具，我們都很熟悉黑板自身所具有的優(yōu)缺點(diǎn)，譬如最常見的位置一般比較固定，可移動(dòng)性不好，所以經(jīng)常會(huì)發(fā)生黑板上方很難擦到并且擦不干凈的情況，這個(gè)問題在中小學(xué)表現(xiàn)的更是尤為明顯；并且長此以來伴隨著粉筆的使用，粉塵是黑板抹不去的一塊傷痕，每當(dāng)擦黑板的時(shí)候就會(huì)有大量的粉塵彌漫到空氣中，對老師還有前排同學(xué)會(huì)造成很大的影響，不單單會(huì)讓人感覺到苦惱，長此以往對人們的健康也會(huì)造成較嚴(yán)重的危害。目前，我國大多數(shù)地方處于“傳統(tǒng)黑板+粉筆灰”時(shí)代，其缺陷如下：1、對老師來說（1）傳統(tǒng)黑板存在著板書不便（老師須彎腰踮足）、難擦拭的缺點(diǎn)，一天至少寫十幾塊黑板，多數(shù)得老師自

47、己擦，因此十分累。（2）漫天飛舞的粉筆灰使老師容易患上咽喉炎、頸椎病等職業(yè)病。2、對學(xué)生來說（1）黑板始終放在最前面，對前排同學(xué)視力不好，后排同學(xué)看不見。（2）人體吸入大量的粉塵，在口腔、呼吸道、肺部沉積，容易造成慢性疾病的頻發(fā)。嚴(yán)重影響生長期的學(xué)生身體健康。因此我們必須著手去解決這些對人本身有害的東西，于是我們?yōu)槠浼尤肓艘韵聞?chuàng)新：1、自動(dòng)擦黑板，通過電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)板擦的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模黑板，速度快省時(shí)省力，既避免了浪費(fèi)講課時(shí)間，也給了用心板書的老師休息的時(shí)間。2、吸收掉落粉塵，粉塵對人體的體表還有呼吸道都有很壞的影響，長時(shí)間接觸粉塵更是如此，我們通過簡單的構(gòu)造卻實(shí)現(xiàn)了大大降低粉塵的目的，凈化了

48、教室環(huán)境，滿足了綠色環(huán)保的要求。3、快速劃線，可以實(shí)現(xiàn)常用的畫線功能，并且使用板擦和畫線板時(shí)互不影響，允許使用者根據(jù)不同的需求自定義構(gòu)圖，這一切都簡單可實(shí)現(xiàn)。一直以來，教育問題都是備受關(guān)注，學(xué)生的未來即是社會(huì)的未來。教學(xué)條件不僅關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境的好壞，影響到學(xué)子們接受科學(xué)知識的心態(tài)，還會(huì)對老師和學(xué)生的身體健康造成影響。因此，我們要對學(xué)校里的環(huán)境進(jìn)行改善，保證學(xué)生在接受教育的同時(shí)盡可能擁有良好的體魄?，F(xiàn)在我們僅從上課時(shí)的環(huán)境問題進(jìn)行分析，從而發(fā)現(xiàn)各個(gè)方面的漏洞，從小細(xì)節(jié)關(guān)心學(xué)生的發(fā)展和教育的形式。雖然就近來看，多功能黑板的造價(jià)要遠(yuǎn)高于現(xiàn)在我們所使用的普通黑板，但是就長遠(yuǎn)來看，資源的回收利用可

49、以減少造價(jià)，同時(shí)有利于環(huán)保，更重要的是，多功能黑板大大提高了教育的效率。第一章設(shè)計(jì)方案1.1總體設(shè)計(jì)構(gòu)想為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擦黑板與快速畫線的功能，我們需要為黑板加上一個(gè)能夠主動(dòng)運(yùn)行的板擦裝置，為了盡量美觀并且易打理，所以采用模塊化的結(jié)構(gòu)會(huì)更好，板擦和黑板通過卡扣的方式連接在一起，易于安裝和拆卸；在板擦能夠主動(dòng)運(yùn)行的要求下，需要為其安裝動(dòng)力裝置以及傳動(dòng)模塊。為了讓擦黑板的時(shí)候盡可能少的有粉塵溢出，可以在板擦的選材以及內(nèi)外部構(gòu)造上進(jìn)行創(chuàng)新，從多方面去解決粉塵的問題，這樣將大大有助于改善教室的環(huán)境。該多功能黑板與現(xiàn)今的黑板相比最大的進(jìn)步就是具有自動(dòng)擦除、吸塵和快速畫線的功能，解放雙手的同時(shí)也很好的解決了粉

50、塵飛揚(yáng)的問題，根據(jù)吸塵器的工作原理，在黑板的的下方加裝風(fēng)扇式粉塵吸收器，在電動(dòng)機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，能夠產(chǎn)生極強(qiáng)的壓力和吸力，將板擦中的空氣高速排出，同時(shí)使空氣不斷地從吸塵部分補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)。這樣內(nèi)部，會(huì)產(chǎn)生順勢真空，與外界就形成較高的壓差。粉筆末隨空氣被吸入吸塵部分，并經(jīng)過漏器過漏，將粉筆灰塵收集于塵袋內(nèi)，供循環(huán)利用。我們采用STM32F103VET6增強(qiáng)型32位單片機(jī)來進(jìn)行控制，這款MCU穩(wěn)定性比較好，能夠適用于長時(shí)間工作；動(dòng)力的提供上我們選用2個(gè)42步進(jìn)電機(jī)42BYGH47-401A,這種電機(jī)扭矩大，能夠帶動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)我們采用3977步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)電路。我們的絲桿通過彈性螺紋聯(lián)軸

51、器與電機(jī)相連接。輔助畫圖的加入讓板擦的部分也得到了充分利用，在不增加結(jié)構(gòu)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更多的用途，最重要的是輔助畫圖工具既實(shí)用又好用，很好的節(jié)約了課上畫圖的時(shí)間，也讓圖形更加標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)然，黑板擦在吸收粉塵的同時(shí)，還需要塵筒的配合。塵袋設(shè)置在講臺旁邊，便于進(jìn)行清理，收集滿的時(shí)候可以進(jìn)行回收利用。這樣既可以解決粉塵污染的問題，還可以回收到造粉筆廠再利用，節(jié)約材料，綠色環(huán)保。1.2板擦框架方案比較為了盡可能小的影響黑板的正常使用，板擦不宜過大。并旦板擦和黑板面必須要貼合緊密以確保擦除的整個(gè)過程都能擦干凈，因此板擦和黑板的連接方式很重要，既要確保緊密而且要保持穩(wěn)定不會(huì)出現(xiàn)部分地方過于緊密或松弛，影響其運(yùn)行或者擦不干凈。板擦需要實(shí)現(xiàn)快速繪線的功能，因此該模塊需要平行于黑板的邊框。由此產(chǎn)生了以下兩種方案：方案一：板擦平行于黑板上下邊框，將黑板擦通過卡扣的方法固定在左右兩端鋪設(shè)好的軌道上。此結(jié)構(gòu)由于軌道長度較短，所以擦