一种自动吸尘的板擦装置及方法与流程

文档序号:17101175发布日期:2019-03-14 00:20阅读:487来源:国知局
一种自动吸尘的板擦装置及方法与流程

本发明涉及一种自动吸尘装置。



背景技术:

教师每天在黑板上板书、演算,免不了需要用板擦擦除粉笔字,但是每次都会产生大量的粉笔灰,严重影响了教师的健康。在板擦上安装电机和负压风扇吸取粉笔灰是目前常用的吸尘板擦设计,但是这些板擦都是利用手动开关或者是机械触发方式启动或关闭吸尘电机。例如cn2011103980648自动吸尘板擦、cn2015206259096自动吸尘黑板擦等都是设计一种板擦结构,利用吸尘电机,采用人工或机械触发方式启动。

但是在实际使用中,一方面教师在上课过程中无法注意到设备的开关,很难正确触发和使用吸尘装置,使板擦失去吸尘效果;另一方面部分发明采用固定速率电机,极大地耗损了能量,缩短了使用时间。

如何能让教师在上课时无感地使用板擦,实现自动吸尘效果,是需要亟待解决的问题。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种板擦装置结构与方法,保证板擦的体积符合正常使用习惯,同时又可以在使用过程中自动感知并有效吸尘。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种自动吸尘的板擦装置,包括盒体、板擦棉、风扇、吸尘棉、电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元和电池。

所述盒体底面开有上下贯通的若干通孔,环绕通孔安装有板擦棉;通孔上端开口处安装风扇,风扇出风口位于半封闭空间中,半封闭空间的出口处安装吸尘棉;所述盒体上还安装了电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元和电池;电池为电子控制单元、振动采集单元和电机驱动单元供电;振动采集单元按照设定间隔采集振动位置,并传输给电子控制单元,电子控制单元根据振动位置的变化判断盒体是否被移动使用,进而控制电极驱动单元带动风扇工作。

所述的风扇、吸尘棉、电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元和电池被封闭在矩形外壳中,外壳宽度方向设有栅格开口用于出风。

所述的矩形外壳上安装有拨动开关,用于控制电池供电。

所述盒体的底板为矩形结构,沿长度方向开有两条贯通底板上下表面的通槽;环绕通槽周边安装有板擦棉;底板上表面安装有s形隔板,将通槽划分为若干独立区域,每个独立区域内安装一个风扇,独立区域的出口安装吸尘棉用于过滤。

所述的吸尘棉安装在u型粉盒中,两个u型粉盒通过抽屉方式相对安装在半封闭空间外围,粉盒朝向半封闭空间出口区域设有开口,朝向盒体外侧开口。

所述的电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元和电池通过安装板固定在盒体底板上层。

所述的盒体采用pla热熔塑料,板擦棉采用羊毛制擦棉,滤网棉采用活性炭滤芯棉,电子控制单元采用arduinonanov3.0atmega328p,振动传感单元采用弹簧式晃动或振动传感模块,电机驱动单元采用l9110直流步进电机驱动板,吸尘风扇采用35mm涡轮鼓风风扇。

本发明还提供上述板擦的自动吸尘方法,包括以下步骤:

1)振动采集单元按照设定的周期采集振动位置信号;

2)将采集的振动位置信号与上一周期振动位置信号进行比较,发生变化的计数为1,未发生变化的计数为0;

3)对单位时间内的变化计数进行累加,计算变化的频率;

4)按照设定的阈值上下限判断板擦当前工作状态;当变化频率小于设定的阈值下限时,判定为板擦处于静止状态,风扇停止工作,返回到步骤1);当变化频率大于设定的阈值上限时,判断为高频振动状态,先将风扇转速提升至最高值v,持续时间工作单位时间后关停风扇,返回步骤1);当变化频率位于设定的阈值上下限之间,判定为板擦处于使用状态,将阈值上下限之间的频率划分为m段,变化频率位于第n段时,驱动风扇按照最高转速v的n/m工作。

所述的设定周期为1ms,所述的单位时间为1秒,所述的阈值下限为0.1次/秒,上限为20次/秒。

本发明的有益效果是:通过振动探测器位置信号的采集,对单位时间内位置信号变化的次数进行统计,获得变化频率,设置了小于0.1、0.1到20、大于20三个不同的阈值来判定板擦的运动状态,同时在判定为人为使用时,利用变化频率控制吸尘电机按照不同进行工作,既实现了自动化的吸尘处理,又节约了电机耗能,延长了工作时间。

本发明设计的三层板擦装置结构,充分利用了空间,在使用电子设备、电源、电机组的同时,基本保持了与传统板擦大小、外形的一致性。本发明采用了上下风口设计,避免了人手的遮挡风口问题;采用了风机侧出风和上下抽屉式u型粉盒设计,方便了滤芯棉的更换,避免了粉尘回倒。

本发明的板擦自动吸尘方法解决了板擦自动探测运动状态、自动控制吸尘电机转速、滤除高频对系统影响等难题,和传统的电动吸尘板擦相比较,能够自动启动,自动停止,减少了使用的关注度;同时能够自动判别使用状态,调整电机转速和功率,在不影响使用效果的同时,降低了使用能耗,延长了使用时间。

附图说明

图1是塑料组件a板擦棉安装示意图;

图2是塑料组件a板蛇形板安装示意图;

图3是电机安装示意图;

图4是塑料组件b安装示意图;

图5是u型粉盒示意图;

图6是外壳安装示意图;

图7是本发明的方法流程图;

图中,1-羊毛制板擦棉,2-塑料组件a底板,3-塑料组件a开孔处,4-直角蛇形隔板,5-涡轮鼓风机,6-鼓风机风出口,7-五号电池盒,8-电子控制单元(单片机),9-电机控制单元,10-振动传感单元,11-u型粉盒,12-l型滤芯棉,13-粉盒隔板,14-粉盒隔板开口,15-外壳体,16-栅格开口,17-拨动开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。

该板擦装置由板擦棉、5个塑料组件、4个涡轮鼓风风扇、4个l型吸尘棉、电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元、拨动开关、电池盒以及连接线组成。。

塑料组件a是一个长170mm,宽65mm的长方形底板,底板中心距边15mm处上下各开长14mm、宽10mm开口,两开口之间距离15mm,在未开口下方粘贴15mm宽度羊毛制板擦棉,呈三横两竖状,如图1所示。塑料组件a上方有直角蛇形隔板,高度为12mm,厚度为1mm,四块横向板为35mm,五块纵向隔板均为45mm,架在开口处正上方,如图2所示。蛇形隔板内左右分别安装吸尘电机,电机出风口依次反向排列,如图3所示。

塑料组件b是一个长170mm、宽65mm的平板,平板下方平整,上方有电池盒和电路板安装支架。在平板上方安装电子控制单元、振动采集单元、电机驱动单元、电池盒。如图4所示。

塑料组件c、d均为u型开口盒,长为80mm,宽为59mm,高为10mm,厚度为1mm,内部嵌入l型吸尘棉。如图5所示。

塑料组件e为板擦外壳,为内部长170mm、宽65mm、高度40mm的长方体装物盒,宽度两侧下方均有栅格开口。盒部左侧顶部位置有开口,安装拨动开关。如图6所示。

本发明涉及的板擦自动吸尘方法如下,如图7所示:

步骤1)当拨动开关开启时,电子控制单元控制振动传感单元每隔1ms采集一次振动位置信号。

步骤2)电子控制单元对采集的振动位置信号与上一次位置信号进行比较,发生变化的计数为1,未发生变化的计数为0。

步骤3)电子控制单元对单位时间内(例如1秒1000次)的变化计数进行累加,计算变化的频率,即1秒钟变化的平均次数。

步骤4)判断当变化频率小于0.1次/秒时,判定为板擦处于静止状态,进入步骤5.1处理;当变化频率大于0.1次/秒并且小于20次/秒时,判定板擦发生了人为位置改变,进入步骤5.2处理(通过日常使用数据的分析计算,人为使用板擦造成的振动位置改变频率不会超过4次/秒,考虑到外界振动影响,定位上限20次/秒。);当变化频率大于20次/秒时,判定板擦处于因电机等原因导致的高频振动状态,进入步骤5.3处理。

步骤5.1)判定为板擦处于静止状态,利用电机驱动装置停止所有四个吸尘电机。持续时间直至下一个振动探测单位时间结束。返回到步骤1,进行振动探测。

步骤5.2)判定为板擦处于人为改变位置状态,即正在使用板擦状态,按照变化频率0.1~2,每提高0.1,电机转速增加5%,直至提升至100%,持续时间直至下一个振动探测单位时间结束。返回到步骤1,进行振动探测。

步骤5.3)判定为高频振动状态,先将电机转速提升至100%,持续时间1秒,然后停止电机,持续时间直至下一个振动探测单位时间结束。循环到步骤1,进行振动探测。

本发明研制的自动吸尘板擦,尺寸为170mmx650mmx600mm。设备塑料组件部分采用pla热熔塑料,板擦棉采用羊毛制擦棉,滤网棉采用活性炭滤芯棉,电子控制单元采用arduinonanov3.0atmega328p,振动传感单元采用弹簧式晃动/振动传感模块,电机驱动单元采用l9110直流步进电机驱动板,吸尘风扇采用35mm涡轮鼓风风扇,单位时间定为1秒。

使用时,本发明研制的板擦能够与传统板材一致放在黑板边台上,在上课前开启电源开关,上课时老师取用吸尘板擦,板擦感知到被举起,一秒钟后电机开始慢速启动。当老师快速擦拭黑板时,板擦感知到擦拭频率,四个吸尘电机均最大速度运转,黑板上擦拭的粉笔灰被吸入粉盒,经过滤芯过滤后将干净空气从上下排风口排出,粉笔灰被吸附在滤芯上。老师停止擦黑板动作,将板擦放回黑板边台,一秒钟后,板擦电机自动停止工作,处于待机状态。

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