文/張志豪　白金超　馬士騰

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，課堂教學不再依賴黑板，但板書直觀、簡潔的特點依然不變。目前，我國各類學校的課堂教學主要以粉筆板書為主，利用多媒體教學只在高校內(nèi)盛行，大多數(shù)學校使用的仍是傳統(tǒng)的黑板擦。當教師用黑板擦黑板時，只有少量灰塵粘在手上，而超過95%的灰塵顆粒漂浮在空氣中，并且在擦除后，黑板的表面經(jīng)常會留下不易清潔的粉筆灰，造成環(huán)境的二次污染。

1　硬件設(shè)計

智能黑板擦的硬件部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括STM32單片機、無線充電模塊、電機驅(qū)動模塊、粉塵傳感器模塊、粉塵收集模塊。

1.1　STM32單片機

STM32微控制器是一款集成電路芯片，包括一系列結(jié)合高性能，實時功能，數(shù)字信號處理，低功耗和低電壓操作的32位產(chǎn)品，同時保持高集成度和易于開發(fā)的特性。STM32具有集成嵌入式閃存和SRAM存儲器的ARM Cortex-M3內(nèi)核，可與所有ARM工具和軟件兼容。

1.2　粉塵收集模塊

本裝置采用靜電除塵，在毛刷的絨毛之間存有縫隙，粉塵顆粒通過縫隙進入內(nèi)部空間，此處采用易于拆卸安裝的儲放裝置，當儲放粉筆灰的裝置盛滿粉筆灰時，感應系統(tǒng)會提醒工作人員及時清理掉黑板擦內(nèi)存儲的粉塵。其理想模型如圖2所示。

1.3　粉塵傳感器模塊

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：粉塵收集模型圖

在多種粉筆字跡位置檢測的方法中，使用光學方法具有靈敏度高、瞬態(tài)響應快、能耗小等特點。本次設(shè)計利用紅外傳感器測量黑板上位置，傳感器測量精度高，同時具有溫度補償功能，從而獲取準的粉塵位置。

1.4　無線充電模塊

根據(jù)電磁感應原理，并利用相交流感應技術(shù)，收發(fā)端用適當?shù)木€圈發(fā)送和接收感應交流信號可以在短距離內(nèi)進行無線充電。本裝置采用的就是無線充電，省去了人工充電的麻煩，省時省力。

圖3：工作流程圖

2　系統(tǒng)的軟件方案

當按下黑板擦上的啟動按鈕后，黑板擦依靠履帶驅(qū)動方式按照規(guī)劃路徑以較快的速度在黑板上運動，粉塵傳感器發(fā)出紅外光，對粉筆灰字跡進行掃描，通過反射作用，返回黑板擦上的接收器，單片機對信號進行分析處理，確定黑板擦經(jīng)過的路線上是否有粉筆灰；若監(jiān)測到粉筆灰，黑板擦將以較慢的速度移動，并啟動擦除裝置開始擦拭黑板上的字跡，經(jīng)擦除后的粉塵在靜電場或壓差的作用下，進入到板擦的收集裝置中，當工作完成后，黑板擦借助姿態(tài)監(jiān)測和邊沿碰撞檢測返回啟動區(qū)域；黑板擦回到啟動區(qū)域后，若電量不足，則配合預設(shè)的無線充電裝置的線圈進行無線充電。其工作流程圖如圖3所示。

3　結(jié)語

黑板擦自動化程度高，操作簡便，且擦除過程中無需人為干預，無需對現(xiàn)有黑板進行改造，黑板擦可自行吸附在磁性黑板上工作，適應性強，而且對于粉塵邊擦邊收集，大大減少粉塵污染，有利于師生身心健康，適用于廣大院校；智能黑板擦工作完成后借助邊沿碰撞檢測和姿態(tài)監(jiān)測，自行回到啟動區(qū)域，無需人為挪動，若電量不足，能夠在返回啟動區(qū)域后啟動無線充電。