一种智能黑板的制作方法

本发明属于教学用品技术领域，尤其涉及一种智能黑板，该智能黑板能够在单片机控制的控制下可上下自由移动并能自动擦除、清灰。

背景技术：

随着科学技术的进步和国家对教育体制改革的步步深入，当前多媒体教学已经成为我国教育现代化发展的主流。教学过程中合理选择运用多媒体教学，并与传统教学方法相结合，形成合理教学过程结构，可以达到最优的教学效果，但是板书仍然是当前教学中多媒体教学不可替代的重要组成部分。因此设计方便、实用的智能黑板对提高教学质量有很大帮助。

目前学校教室大多采用传统板擦人工擦拭黑板，在擦拭的过程中会产生大量的粉尘，不利于老师和同学的身体健康，人工擦拭效率不高。针对上述问题，智能黑板的产品发明层出不穷，例如，专利号为ZL201410578130.3的中国专利公开了一种智能黑板，该智能黑板采用可上下移动的黑板，解决了单层黑板书写量少，需多次重复擦拭黑板，教学不连续，浪费墙体资源的问题。但是此产品仍然存在一些问题，比如一面黑板总是在外侧，另一面黑板总是在内侧，在内侧黑板上书写内容时，当上拉内侧黑板面，外侧的黑板面会遮挡住内侧的黑板面，因此老师只能弯腰板书，或只在内侧黑板面上书写较少内容，浪费了内侧黑板面大量空间资源。

为了提高教学质量，解决黑板资源浪费问题，降低擦拭黑板产生的粉尘对老师和同学的伤害，迫切需要在现有黑板基础上设计一种更方便、更适用的智能黑板。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决教学中现有两块黑板上下交替使用中存在黑板面资源浪费问题及人工擦拭黑板对老师和同学身体健康有害，擦拭效率不高，占用课堂时间的问题，提出一种设计合理、使用方便的基于单片机控制可上下自由移动、可自动擦除粉笔字迹并吸灰的智能黑板。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种智能黑板，其特征在于该黑板包括上下移动黑板模块、第一擦除吸灰装置、第二擦除吸灰装置和智能控制模块，所述智能控制模块用来控制上下移动黑板模块及第一擦除吸灰装置和第二擦除吸灰装置进行工作；第一擦除吸灰装置位于上下移动黑板模块的后方，第二擦除吸灰装置位于上下移动黑板模块的右侧；

所述上下移动黑板模块包括黑板框架、第一步进电机、横T形黑板面、黑板布、上旋转杆和下旋转杆；所述黑板框架内嵌套横T形黑板面，在横T形黑板面与黑板框架之间的上部空间和下部空间沿黑板框架长度方向上分别设置上旋转杆和下旋转杆，上旋转杆和下旋转杆的左右两端分别通过轴承与相应的旋转杆支架连接，所述旋转杆支架的两端分别与黑板框架的内侧和横T形黑板面的外侧固定连接；所述黑板布套在横T形黑板面的外表面上，且与横T形黑板面平行，黑板布的上下两端内表面分别与上旋转杆和下旋转杆支撑连接，通过上旋转杆和下旋转杆的正向或反向转动带动黑板布上下移动；沿黑板框架长度方向，在黑板框架的上下两端均布置有滑道；所述上旋转杆和下旋转杆的左端均为棱柱状杆，上旋转杆的棱柱状杆上连接第一旋转齿轮，下旋转杆的棱柱状杆上连接第二旋转齿轮，第一旋转齿轮和第二旋转齿轮之间通过第一传动齿带连接，第一旋转齿轮和第二旋转齿轮均与第一传动齿带相啮合；在第二旋转齿轮左侧的下旋转杆的棱柱状杆上还连接有第三旋转齿轮，所述第一步进电机安装在黑板框架的左侧，第一步进电机的输出轴与第四旋转齿轮连接，第四旋转齿轮和第三旋转齿轮通过第二传动齿带连接，第四旋转齿轮和第三旋转齿轮均与第二传动齿带相啮合；

在第一传动齿带的左侧的横T形黑板面内安装有旋转手轮和第五旋转齿轮，第五旋转齿轮固定在旋转手轮的输出轴上，在第三旋转齿轮左侧的下旋转杆的棱柱状杆上连接有第六旋转齿轮，第五旋转齿轮和第六旋转齿轮通过第三传动齿带连接，第五旋转齿轮和第六旋转齿轮均与第三传动齿带相啮合；

所述第一擦除吸灰装置固定在黑板框架的背面下方，包括第一吸灰结构、第一板擦和吸灰箱，所述第一吸灰结构位于黑板框架的背面中央，第一吸灰结构的长度与黑板布的宽度相匹配，第一吸灰结构内设置旋转风扇，在第一吸灰结构的下端沿黑板框架长度方向设有第一板擦，第一板擦的擦除面与黑板布接触，在黑板框架的下部支撑板上沿黑板框架长度方向设置吸灰箱，吸灰箱与第一吸灰装置相连通，吸灰箱内部装有抽风机，右端设有可伸缩软管接口；

所述第二擦除吸灰装置固定在黑板框架的右端，包括第二吸灰结构、第二板擦、固定滑轮、剪叉式伸缩结构、第二步进电机、第一钢板、第二钢板、曲柄连杆固定杆、连杆和曲柄连杆结构；所述第二吸灰结构内部安装有旋转风扇，底端设有可伸缩软管接口，第二吸灰结构的可伸缩软管接口与吸灰箱右端的可伸缩软管接口通过可伸缩软管连接；第二吸灰结构的上下两端分别安装有固定滑轮，两个固定滑轮分别与相应侧的滑道相匹配，使与固定滑轮相连的第二板擦能够在黑板布所在平面内运动；第二板擦的右端与剪叉式伸缩结构的左端通过螺栓和螺母固定，剪叉式伸缩结构的固定端固定在第一钢板上，所述第一钢板固定在横T形黑板面上，剪叉式伸缩结构非固定端固定在第二钢板上，第二钢板外侧中心设有凸起，该凸起连接有圆柱环，圆柱环套在曲柄连杆固定杆上，曲柄连杆固定杆的上端和下端分别与黑板框架的上部和左部固定；连杆上端与第二钢板的凸起相连接，下端与曲柄结构的一端相连接，曲柄结构的另一端与第二步进电机的输出轴连接；

所述智能控制模块包括单片机、驱动电路、电源电路和语音识别电路，所述单片机分别与驱动电路、电源电路和语音识别电路相连，所述驱动电路分别与旋转风扇、抽风机、第一步进电机和第二步进电机电连接，通过电源电路为整个黑板供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明结构设计新颖，同时具备黑板可智能上下移动和可自动擦除粉笔字迹并自动吸灰功能，使用过程中方便、快捷，可以节省人力资源，提高课堂效率，降低粉笔粉尘对老师和同学们身体健康的危害；

2)本发明采用步进电机带动旋转齿轮转动，旋转齿轮带动旋转杆转动，旋转杆带动黑板布转动，步进电机的正反转动可以使黑板布在同一平面内上下移动，解决了现有推拉黑板内侧黑板面利用率不足问题；同时具有手动升降黑板功能，逆时针或顺时针旋转旋转手轮可以自由升降黑板，用以应对因停电或无电源时自动升降黑板功能无法使用的突发情况，因此使本发明的使用场地更加广泛。

3)本发明具有两个黑板擦除吸灰装置，当黑板面后的第一擦除吸灰装置无法工作时，黑板面外侧右端备用的第二擦除吸灰装置可以马上进行工作，提高了本发明的工作效率，避免了因教学设备故障而导致暂停上课的事情发生；且第一擦除吸灰装置不需按键，黑板布停止升降后单片机控制第一擦除吸灰装置擦除粉笔字迹并吸灰。

附图说明

图1是本发明智能黑板的结构框图；

图2是本发明智能黑板一种实施例的整体结构示意图；

图3是本发明智能黑板去掉黑板布后的上下移动黑板模块1结构示意图；

图4是本发明智能黑板的上旋转杆102和下旋转杆103传动结构示意图；

图5本发明智能黑板的下旋转杆103与第一步进电机111的传动结构示意图；

图6本发明智能黑板的旋转手轮114与下旋转杆103的传动结构示意图；

图7本发明智能黑板的第一擦除吸灰装置2的整体结构示意图；

图8本发明智能黑板的第二擦除吸灰装置3的整体结构示意图；

图9本发明智能黑板第二板擦302和滑道105的连接结构示意图；

图10本发明的剪叉式伸缩装置304的右端连接内部结构示意图；

图11在图10的基础上增加了第二钢板和曲柄连杆固定杆后的结构示意图；

图12本发明智能黑板的曲柄连杆结构示意图；

图13本发明智能黑板的智能控制模块4的结构框图。

其中，1-上下移动黑板模块，2-第一擦除吸灰装置，3-第二擦除吸灰装置，4-智能控制模块，101-横T形黑板面，102-上旋转杆，103-下旋转杆，104-黑板布，105-滑道，106-第一旋转齿轮，107-第二旋转齿轮，108-第一传动齿带，109-第三旋转齿轮，110-黑板框架，111-第一步进电机，112-第四旋转齿轮，113-第二传动齿带，114-旋转手轮，115-第五旋转齿轮，116-第六旋转齿轮，117-第三传动齿带；201-第一吸灰结构，202-第一板擦，203-吸灰箱，301-第二吸灰结构，302-第二板擦，303-固定滑轮，304-剪叉式伸缩装置，305-第二步进电机，306-第一钢板，307-第二钢板，308-曲柄连杆固定杆，309-连杆，310-曲柄结构，3041-剪叉式伸缩装置非固定端，3042-剪叉式伸缩装置固定端；401-单片机，402-驱动电路，403-电源电路，404-语音识别电路。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明做进一步详述，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明智能黑板(参见图1-13)包括上下移动黑板模块1、第一擦除吸灰装置2、第二擦除吸灰装置3和智能控制模块4，所述智能控制模块用来控制上下移动黑板模块1及第一擦除吸灰装置3和第二擦除吸灰装置4进行工作；第一擦除吸灰装置2位于上下移动黑板模块1的后方，第二擦除吸灰装置3位于上下移动黑板模块1的右侧；

所述上下移动黑板模块1包括黑板框架110、第一步进电机111、横T形黑板面101、黑板布104、上旋转杆102和下旋转杆103；所述黑板框架110内嵌套横T形黑板面101，在横T形黑板面101与黑板框架之间的上部空间和下部空间沿黑板框架长度方向上分别设置上旋转杆102和下旋转杆103，上旋转杆102和下旋转杆103的左右两端分别通过轴承与相应的旋转杆支架连接，所述旋转杆支架的两端分别与黑板框架的内侧和横T形黑板面的外侧固定连接；所述黑板布104套在横T形黑板面101的外表面上，且与横T形黑板面101平行，黑板布的上下两端内表面分别与上旋转杆102和下旋转杆103支撑连接，黑板布的外表面光滑，用来书写粉笔字，内表面粗糙，通过上旋转杆102和下旋转杆103的正向或反向转动，带动黑板布上下移动，使黑板布上升或下降；沿黑板框架长度方向，在黑板框架的上下两端均布置有滑道105；所述上旋转杆102和下旋转杆103的左端均为棱柱状杆，上旋转杆的棱柱状杆上连接第一旋转齿轮106，下旋转杆的棱柱状杆上连接第二旋转齿轮107，第一旋转齿轮106和第二旋转齿轮107之间通过第一传动齿带108连接，第一旋转齿轮106和第二旋转齿轮107均与第一传动齿带108相啮合；在第二旋转齿轮107左侧的下旋转杆的棱柱状杆上还连接有第三旋转齿轮109，所述第一步进电机111安装在黑板框架的左侧，第一步进电机111的输出轴与第四旋转齿轮112连接，第四旋转齿轮112和第三旋转齿轮109通过第二传动齿带113连接，第四旋转齿轮112和第三旋转齿轮109均与第二传动齿带113相啮合；

第一步进电机111转动，带动第四旋转齿轮112转动，第四旋转齿轮112通过第二传送齿带113带动第三旋转齿轮109转动，从而带动下旋转杆103转动，然后带动第二旋转齿轮107转动，通过第一传动齿带108和第一旋转齿轮106带动上旋转杆102转动，最终带动黑板布104转动，实现黑板布104的上升或下降；

在第一传动齿带108的左侧的横T形黑板面101内安装有旋转手轮114和第五旋转齿轮115，第五旋转齿轮115固定在旋转手轮114的输出轴上，在第三旋转齿轮109左侧的下旋转杆的棱柱状杆上连接有第六旋转齿轮116，第五旋转齿轮115和第六旋转齿轮116通过第三传动齿带117连接，第五旋转齿轮115和第六旋转齿轮116均与第三传动齿带117相啮合；旋转旋转手轮114，带动第五旋转齿轮115转动，通过第三传动齿带117和第六旋转齿轮116带动下旋转杆103转动，然后带动第二旋转齿轮107转动，通过第一传动齿带108和第一旋转齿轮106带动上旋转杆102转动，最终带动黑板布104转动，手动实现黑板布104的上升或下降；

所述第一擦除吸灰装置2(参见图7)固定在黑板框架110的背面下方，包括第一吸灰结构201、第一板擦202和吸灰箱203，所述第一吸灰结构201位于黑板框架110的背面中央，第一吸灰结构201的长度与黑板布110的宽度相匹配，第一吸灰结构201内设置旋转风扇，在第一吸灰结构的下端沿黑板框架长度方向设有第一板擦202，第一板擦的擦除面与黑板布接触，在黑板框架的下部支撑板上沿黑板框架长度方向设置吸灰箱203，吸灰箱203与第一吸灰装置201相连通，吸灰箱203内部装有抽风机，右端设有可伸缩软管接口；

所述第二擦除吸灰装置3(参见图8)固定在黑板框架110的右端，包括第二吸灰结构301、第二板擦302、固定滑轮303、剪叉式伸缩结构304、第二步进电机305、第一钢板306、第二钢板307、曲柄连杆固定杆308、连杆309和曲柄连杆结构310；所述第二吸灰结构301内部安装有旋转风扇，底端设有可伸缩软管接口，第二吸灰结构301的可伸缩软管接口与吸灰箱右端的可伸缩软管接口通过可伸缩软管连接，通过旋转风扇和抽风机吸灰；第二吸灰结构301的上下两端分别安装有固定滑轮303，两个固定滑轮分别与相应侧的滑道105相匹配，使与固定滑轮相连的第二板擦302能够在黑板布110所在平面内运动；第二板擦302的右端与剪叉式伸缩结构304的左端通过螺栓和螺母固定，剪叉式伸缩结构304的固定端3042固定在第一钢板306上，所述第一钢板306固定在横T形黑板面101上，剪叉式伸缩结构非固定端3041固定在第二钢板307上，第二钢板外侧中心设有凸起，该凸起连接有圆柱环，圆柱环套在曲柄连杆固定杆308上，曲柄连杆固定杆308的上端和下端分别与黑板框架110的上部和左部固定；连杆309上端与第二钢板307的凸起相连接，下端与曲柄结构310的一端相连接，曲柄结构310的另一端与第二步进电机305的输出轴连接；第二步进电机305转动，曲柄连杆结构310通过连杆309带动第二钢板307沿曲柄连杆固定杆308上下移动，从而带动剪叉式伸缩结构非固定端上下移动，推动第二吸灰结构301和第二板擦302沿着滑道105向左移动，同时第二吸灰结构301中旋转风扇和吸灰箱203内抽风机开始工作，吸收粉笔粉尘，同时第二板擦302将剩余字迹擦除；

所述智能控制模块4(参见图13)包括单片机401、驱动电路402、电源电路403和语音识别电路404，所述单片机401分别与驱动电路402、电源电路403和语音识别电路404相连，所述驱动电路402分别与旋转风扇、抽风机、第一步进电机111和第二步进电机305电连接，实现对第一步进电机111和第二步进电机305的准确定位并调速，控制旋转风扇和抽风机工作，通过电源电路403为整个黑板供电，所述语音识别电路404能够通过语音控制第一擦除吸灰装置2进行工作。

本发明的进一步特征在于所述单片机401采用STM32F101R6单片机，该单片机低成本、功耗低；所述第一步进电机111和第二步进电机305均采用150系列三相步进电机，其驱动器为F3922系列产品。

本发明的进一步特征在于所述黑板布为长方形厚布，外表面光滑，用来书写粉笔字，内表面粗糙，通过上旋转杆102和下旋转杆103的正向或反向转动，带动黑板布上下移动，使黑板布上升或下降。

本发明智能黑板的工作流程是：首先打开电源，观察电源指示灯是否亮。若电源指示灯不亮，说明智能控制模块处于不工作状态，只能通过手动升降黑板、手动擦除粉笔字迹；若电源指示灯亮，说明智能控制模块处于工作状态，然后按电机正转按钮，单片机判断是否有语音输入，若无语音输入，单片机驱动第一步进电机111正转，黑板布上移，关闭电机正转按钮，第一擦除吸灰装置工作，若第一擦除吸灰装置不工作，单片机控制第二步进电机305驱动第二擦除吸灰装置工作，若第二擦除吸灰装置不工作，语音提示手动擦除粉笔字迹；若有语音输入，直接驱动第一擦除吸灰装置工作。若按电机反转按钮，单片机判断是否有语音输入，若无语音输入，驱动第一步进电机111反转，黑板布下移，关闭电机反转按钮，驱动第一擦除吸灰装置工作，若第一擦除吸灰装置不工作，驱动第二擦除吸灰装置工作，若第二擦除吸灰装置不工作，语音提示手动擦除粉笔字迹；若有语音输入，直接驱动第一黑板工作。

本发明中所述的前、后、左、右等方位词语是个相对概念，其中以第二擦除吸灰装置3所在方向为右，以旋转手轮114所在方向为左，以黑板布所在方向为前，以横T形黑板面101所在方向为后。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。