便携式电动无尘黑板擦的设计
机械原理课程设计全自动黑板擦方案一in - 图文 - 综合文库
机械原理课程设计全自动黑板擦方案一in图文综合文库嘿，大家好！今天给大家带来的是一个相当实用且有趣的项目——全自动黑板擦方案。
作为一位有着10年方案写作经验的大师，我将用意识流的方式，给大家详细讲解这个方案的来龙去脉。
一、项目背景作为学生，我们都有过擦黑板的经历，那种尘土飞扬、胳膊酸痛的感觉至今仍记忆犹新。
而作为老师，频繁地擦黑板也是一个相当费时费力的工作。
于是，我们萌生了设计一款全自动黑板擦的想法，既减轻学生和老师的负担，又提高了课堂效率。
二、项目目标1.实现全自动擦黑板功能，减少人力投入。
2.降低尘土飞扬，改善课堂环境。
3.提高黑板使用寿命，降低学校成本。
三、设计原理1.电机驱动：采用直流电机作为动力源，通过减速器降低转速，增加扭矩，驱动擦板机构运动。
2.传感器检测：利用红外传感器检测黑板擦的位置，确保擦板均匀，避免漏擦。
3.控制系统：采用单片机作为控制核心，实现黑板擦的自动启动、停止和往返运动。
四、方案设计1.结构设计（1）黑板擦主体：采用方形铝合金管材，轻便、耐用。
（2）擦板机构：采用毛刷材质，具有较强的清洁能力。
（3）电机及减速器：固定在黑板擦主体上，驱动擦板机构运动。
（4）传感器：固定在黑板擦两侧，检测黑板擦位置。
（5）电源：选用充电锂电池，方便充电和携带。
2.控制系统设计（1）单片机：选用STC89C52，具有丰富的外设接口，便于扩展。
（2）驱动电路：采用L298N驱动芯片，驱动直流电机。
（3）传感器信号处理：采用电压比较器，将传感器信号转换为数字信号，输入单片机。
（4）显示及按键：设置LCD显示屏，显示黑板擦状态；设置按键，用于手动控制黑板擦。
五、功能实现1.自动启动：当黑板擦放置在黑板下方时，红外传感器检测到黑板，自动启动电机。
2.自动停止：当黑板擦擦拭到黑板边缘时，红外传感器检测不到黑板，自动停止电机。
3.自动往返：当黑板擦擦拭到黑板边缘后，自动反转方向，继续擦拭。
4.手动控制：通过按键，可以手动启动、停止黑板擦，调整擦板速度。
自动清灰黑板擦的设计
自动清灰黑板擦的设计粉笔是目前教学的必备工具，用它来取决传授知识，是最原始最传统的教学用具。
可是粉笔产生的粉尘给教师和学生带来了极大的危害。
虽然近几年投影仪在教学当中的应用一定程度上减少了粉笔的使用，但根据研究资料显示，教师职业病仍然处于上升的态势，粉笔给老师带来的危害已经不可小视。
随着时代的进步和社会的发展，人们的环保意识在不断地提高。
节能减排已经成为当今社会的主题。
为了适应当今社会的主题我们小组从生活小处人手，设计了一款低碳环保的自动清灰黑板擦。
我们的自动清灰黑板擦纯机械，不带电源和电机，通过底部的四个轮子的转动驱动同步轮带动布的循环，布在内部除完尘后循环出来，继续擦黑板。
对现有自动清灰黑板擦的分析及方案的提出目前市面上也有几种自动吸灰黑板擦。
一类是在黑板擦里面按了一个小电扇，将灰吸入到粉盒内部，另一类是采用吸尘器式，黑板擦尾部与吸尘器相联通。
对于第一类，擦黑板的布料与黑板贴住，气体流通不起来，小电扇只能将少部分灰吸入到粉盒，吸灰效果很差，而且需要按时充电，另外由于电机的存在，这类黑板擦很容易损坏。
对于第二类，价格很贵，结构很庞大，在教室的墙上需要挂一个吸尘器，连接着长长的管子很不美观，使用也不方便。
综合分析现有的几款自动吸灰黑板擦，我们设计了一款纯机械结构的、不费电、无电机、成本低、使用方便、吸灰效果好的自动清灰黑板擦。
自动清灰黑板擦的设计1 自动清灰黑板擦的结构与原理我们都知道在擦黑板过程中，灰大多是留在布上的，普通黑板擦在布上的灰已经饱和的时候，如果继续擦黑板，灰就不在能吸附在布上，而是不断地掉下来，我们设计的黑板擦的布会在擦的过程中不断的循环，灰在粉笔擦内部由一个巧妙的机械装置来清除，并且灰会被存储在一个只进不出的小盒内，当积累到一定程度是拿出来集灰盒，打开侧面的小口将灰倒出来即可。
因此与黑板发生擦动的布永远都是干净的，灰能够很好地吸附在布上，黑板的字能有效擦除而灰却都留在布上，由转动的毛刷来除去布上的灰，最后搜集入集灰盒。
便携式吸尘黑板擦的设计
便携式吸尘黑板擦的设计作者：陈光轩李明大来源：《中国新技术新产品》2017年第12期摘要：目的：针对目前市场上所销售黑板擦无吸尘功能的问题，设计一款能便于携带且可吸尘的黑板擦。
方法：采用黑板擦与吸尘电机的结合，在擦拭黑板时启动吸尘电机，使其吸入所擦拭黑板表面附近的空气，同时将擦拭黑板所产生的粉笔灰吸入并储存于粉笔灰集灰槽中。
通过吸尘电机气流径向通过面积和抽风风速计算出吸尘电机的单位时间抽风量以及实验得出黑板擦吸收粉笔灰的效率。
结论：通过便携式吸尘黑板擦的擦拭实验，其吸尘效率可达80%，基本达到预期目标。
与同类产品相比，该产品体积小，便于携带，维护成本低，吸尘效果明显。
关键词：便携；吸尘；黑板擦Abstract： Objective The portable blackboard eraser that can absorb the dust is designed，aiming at solving the problem that the blackboard eraser sold in current market can’t absorb the dust. Methods Combine blackboard with vacuum motor， when the blackboard is wiped， the vacuum motor is activated and start to inhale the air near the surface of the wiping blackboard. At the same time， chalk ash which product by wiping the blackboard is sucked and stored in chalk ash collection tank. Through the area of the flow through and the induced draft speed to calculate the amount of ventilation of the dust collecting motor per time and do the experiment to gain the efficiency which blackboard eraser to absorb the of chalk ash. Conclusion The dust collection efficiency of it can reach 80%， which can reach the expectation target， by the wiping experiment for the portable dust collecting blackboard eraser. Compared with similar products， the product is small， easy to carry， low maintenance costs， the effect of dust collection is obvious.Keywords： portable； dust collection； blackboard eraser中图分类号：TS951 文献标识码：A粉笔和黑板作为教学中必不可少的教具使用已有很长的历史，它们对教育事业的发展起到了不可估量的作用，如今很多学校采用白板、PPT课件教学模式，但其不能完全取代传统的粉笔黑板教学模式，课堂教学还是应当以粉笔黑板为主。
基于单片机的智能无尘黑板擦设计
基于单片机的智能无尘黑板擦设计摘要：传统的黑板擦很容易造成粉笔屑飞扬，对于教师以及离黑板较近的学生而言都是不健康的。
本文针对传统黑板擦的弊端设计了一款基于单片机的无尘黑板擦，基本解决了粉尘飞扬的问题，同时可以实时监测环境中粉尘的浓度并显示，保证了教师与学生的身体健康。
关键词：智能无尘黑板擦单片机PM2.51.序言随着经济技术的快速发展，虽然国内的很多学校都使用了多媒体教学，但是传统的板书仍然必不可少，而目前使用最多的还是传统黑板擦。
传统黑板擦主要有两种：一种是毛刷类黑板擦，这类黑板擦是利用人造毛与黑板的摩擦将黑板上的字迹擦除；另一种是海绵类黑板擦，这类黑板擦是将海绵放在板擦底座上，外面包裹一层吸尘较好的布料制作而成。
第一种黑板擦字迹清洁程度较好但在擦除过程中很容易造成灰尘的到处飞扬，既不卫生也不利于教师以及学生的身体健康。
第二种黑板擦虽然相对第一类黑板擦灰尘较少，但是随着外层包裹布粉尘的增多，粉尘吸附率大大降低的同时字迹清洁程度也随之降低。
针对传统黑板擦的弊端，本文设计这款基于单片机的智能无尘黑板擦可实现清洁度与无粉尘的双重优点，同时可以检测环境中粉尘指数，便于教师了解教师中的空气质量。
1.硬件设计1.1 整体框架本文设计的智能黑板擦主要包括：主控部分（单片机），粉尘收集电路，显示电路，驱动电路，电源电路以及检测电路。
框架图如图1所示。
图1 整体框架图1.2 主控部分本文采用的单片机是STM32。
STM32具有成本低廉，性能高效，裁剪性强，功耗低等优点[1]，同时该芯片还自带复位电路无需外设复位电路，减少了外电路的复杂程度。
该芯片还集成了低电压检测以及精确的RC振荡器和调压器等电路，集成度高。
工作范围也较宽泛在-40°C至+85°C或105°C之间，使用范围广。
1.3 粉尘收集电路该部分的主要装置为涡轮风机，将毛刷运动过程中产生的粉尘吸收到收集盒中。
风机设置了4档工作模式分别为：启动1档，为了减少元器件的损伤本设计采用的是软起动模式。
无尘自动黑板擦设计
图 圆 压紧装置
态时袁排水管直立悬挂于水箱挂钩上袁当需要排出废水时袁依
靠自然压力排出袁如图 源 所示遥
猿援 缘 擦带的选择 擦带选择的是那种横竖相垂直的大条纹相间棉或者胶棉
组成的纤维材质袁对此特进行了市场的相关调查袁综合了解测 试之后袁这样的选择会对擦除效果产生更为明显的效果咱源暂 遥
功率吸尘器吸附粉尘袁依旧没有解决粉尘飞扬的问题袁没有达到预期的效果袁而且这类黑板擦价格方面也
比较昂贵袁结构复杂笨重咱员鄄圆暂 遥 本文设计的这款无尘自动黑板擦是一种黑板自动清洁器袁结构简单合理袁
擦拭黑板干净袁操作方便袁减少粉笔灰的飘落袁无需用手直接接触粉笔灰袁实现无尘擦除袁在极大程度上减
少了对人身体的伤害遥 这款无尘自动黑板擦造价低袁安装方便袁无需对地面打孔袁还可对其进行移动搬运
装置四部分组成遥 电动机为整个擦拭系统的运行提供动力曰压紧装置使擦带和黑板间的接触更加紧密曰清洁装
置实现无尘擦除曰挤水装置使吸附在擦带上的多余水分排尽遥 做到了以机械电气化来代替人力擦除袁轻松擦除
黑板上的粉笔字迹袁擦除效果更加显著袁并且在使用过程中极大程度的减少了粉笔灰的产生袁使擦除过程更加
野 绿色环保冶 袁能够为师生营造一个干净舒适的课堂环境遥
置遥 考虑到夹紧装置施加给擦带的正压力不宜过大渊 正压力过大袁会使擦带被卡住袁无法转动袁因而不能
擦除黑板上的字迹冤 袁同时也不能过小渊 正压力过小袁会使擦带与黑板间接触不良袁无法达到预期的擦除效 果冤 袁因此袁设计了野滚筒滚动式冶 压紧装置袁即在靠近水箱顶端位置固定两组四个滚动滚筒袁由于滚筒本身
具有一定的尺寸袁因此当装置工作时袁绕在滚筒上的擦带能够和黑板更紧密的接触袁从而提高擦除效率遥 如图 圆 所示遥
电动黑板擦课程设计
电动黑板擦课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电动黑板擦的基本工作原理，掌握其电路组成和功能。
2. 学生能描述电动黑板擦在使用过程中所涉及的物理概念，如电路、电流、电压等。
3. 学生了解电动黑板擦的发明背景及其在现实生活中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学的知识，分析并简单设计一个电动黑板擦的电路图。
2. 学生能通过小组合作，完成电动黑板擦的组装和调试，提高动手实践能力。
3. 学生能运用科学探究方法，对电动黑板擦的使用效果进行评价和改进。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学技术的兴趣和求知欲，激发创新意识。
2. 学生在学习过程中，树立环保意识，认识到电动黑板擦在减少粉笔灰尘、保护师生健康方面的重要性。
3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神，提高沟通与交流能力。
本课程针对五年级学生设计，结合学生的认知特点，注重理论知识与实践操作的相结合。
课程旨在培养学生动手动脑的能力，提高科学素养，激发创新思维，同时培养学生的环保意识和团队协作精神。
通过本课程的学习，学生能更好地理解电动黑板擦的相关知识，为今后的学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 电动黑板擦的基本原理- 电路组成与功能- 物理概念：电流、电压、电阻2. 电动黑板擦的设计与制作- 电路图设计- 组装与调试方法3. 电动黑板擦的应用与评价- 发明背景与现实应用- 使用效果评价与改进4. 科学探究方法- 提出问题、假设与设计实验- 实施实验、数据收集与分析- 得出结论、表达与交流教学内容安排与进度：第一课时：电动黑板擦的基本原理- 引导学生了解电动黑板擦的电路组成与功能- 解释电流、电压、电阻等物理概念第二课时：电动黑板擦的设计与制作- 指导学生设计电路图- 组织学生进行组装与调试第三课时：电动黑板擦的应用与评价- 介绍电动黑板擦的发明背景与现实应用- 指导学生进行使用效果评价与改进第四课时：科学探究方法- 培养学生运用科学探究方法进行实验- 组织学生进行实验数据分析，得出结论教学内容与课本关联性：本章节内容与课本中“简单电路”章节相关，通过电动黑板擦的实际操作，让学生巩固电路知识，提高实践能力。
毕业答辩-自动擦黑板机设计
不足之处：安装比较麻烦，一次工作流程需要对整个黑板全部
进行擦拭。
三、结构设计
❖ 黑板的左边安装一根光杠，光杠上下用滑动 轴承座来固定在在墙上，右边用一根普通丝 杠，丝杠两端用滚动轴承座来固定在墙上， 丝杠的上端用大齿轮来带动，电动机来驱 动小齿轮，在由大齿轮来驱动丝杠旋转。黑 板擦由电动机带动，它有一个主动轮和五个 大动轮、轴、还有轴承组成，黑板擦的内部 结构分为两部分，上面的一排三个轴，下面 的两个轴，他们上下左右就从事形成黑板擦 整个。黑板擦内每根轴的端部都连接有一个 毛毡，通过毛毡的旋转来擦拭黑板。
二、方案论证：
1、电动黑板擦
它的结构是由两个清洁器组成的。其中一个黑板清洁器带有磁铁的吸附作用，黑 板擦在来回滑动时，使得正面的黑板擦粘布随着在附近滑动，以达到彻底清洁的 目的。另一个是自动清扫的作用，在老师讲课的过程中，根据需要进行控制。
2、吸尘黑板擦
它采用的是一种真空吸尘器式的设计。在黑板擦的结构中，在顶部设计了一个除 尘口，在擦黑板的时候能够将粉笔的粉尘吸进黑板擦，从而避免了粉尘所产生的 问题。
三、结构设计
❖ 控制系统设计：
整个黑板擦的电控部分只有一个 电机动力。在运动方面有黑板擦整 体的上下运动和黑板擦的旋转运动。
在控制方面主要有电源模块、控 制模块、驱动装置和无线遥控四大 部分，是为了满足教学活动中的不 同工作需求。
在核心控制方面，采用了单片机 的控制方式，能够提高运动控制精 度和准确性。
电源采用AC220供给电机和DC24 供给控制系统。
优缺点
1、结构简单
整体构造都比较简洁、原理清晰，没有过多的高深的原理以及配件 等。
2、制造成本低
全自动无尘黑板擦的设计
目录一、明确设计任务................................ - 2 -二、确定系统的总功能............................ - 4 -三、总功能分解.................................. - 5 -四、设计方案.................................... - 6 -五、方案评价................................... - 10 -六、最终方案................................... - 12 -七、功能的优化及改进方向 ....................... - 13 -八、结束语 .................................... - 14 -全自动无尘黑板擦的设计一、明确设计任务1、社会需求“一根粉笔，三尺讲台”，这是对教师的由衷赞美。
殊不知，赞美背后，隐忧多多。
常用的黑板擦就有很多不足：（1）需要人工擦拭，在课程进度比较紧张的时候老师往往没有很多的时间来擦拭黑板；（2）普通黑板擦不仅效率低下，而且往往不能很好的把黑板擦干净；（3）而且普通黑板擦的使用往往会造成大量的粉尘，对老师、前排同学的健康造成不良影响。
教师常年使用粉笔，不自主地“吸”入大量粉尘，容易患上呼吸系统疾病。
而学生与粉笔尘接触时间长，易受教室二次扬尘的危害，他们受到的危害甚至比教师更为严重。
一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔尘灰的危害；一名教师从站到讲台上到退休大多在40年左右，生命的大半时间都要“吃粉笔灰”。
2、市场调查分析（1）市场描述众所周知，黑板是我们日常学习中必不可少的一样教具，无论是从小学还是到大学，都会使用到黑板，而一般我们平时使用的人工黑板擦不但费时、费力，无法将黑板擦拭干净，不能清除死角，还粉尘污染空气的缺点。
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便携式电动无尘黑板擦的设计
提出了一套由电源管理芯片、电机驱动器和单片机等一系列元器件组成的便携式无尘黑板擦的设计方案。
锂电池供电技术为装置的续航能力提供保障，模块化设计思路降低了装置的后期维护难度。
实验结果表明依据该方案设计的装置有效的解决了扬尘问题，且具有小型化、便携式等特点。
标签：无尘黑板擦；锂电池供电技术；便携式
1引言
无尘黑板擦相比普通黑板擦具有擦拭扬尘少的特点，能有效保护师生健康，从而很受教师和学生欢迎，大有取代传统黑板擦的趋势，具有广泛的推广前景。
近几年来，大量研究者们发明了多种无尘黑板擦，各有优势，但是避免不了的几乎都有很多缺点，最明显的例如：体积较大、仅限一块黑板、电网供电、成本高等。
空气负压原理是个很好的除尘理论，但是利用好该原理却是设计中的难点，为了达到更好的除尘效果，大多会用到高转速大容量的电机，这样导致驱动电路庞大复杂，而且设计的除尘装置体积必然较大。
要想基于该原理设计一款无尘黑板擦，并且解决体积、可移动性等多种因素与除尘效果之间的矛盾，必须认真思考重新设计整体电路。
基于上述问题，本文提出一种采用L9110S马达驱动器驱动空心杯航模直流电机产生空气负压，利用单片机控制技术、锂电池充放电技术、合理的模具设计等方法设计无尘黑板擦的方案。
最后进行了实物测试，得出有效性结论。
2系统设计方案
本系统采用STC15W408AS单片机作为主控芯片，外围电路主要由电机驱动电路、控制电路、电量检测及显示电路、电源管理电路、报警电路组成。
系统结构框图如图1所示。
3电路设计及流程控制
3.1电机驱动电路设计
整个系统中，电机的选用很重要，决定了黑板擦的吸尘效果和电路的主要功率。
空心杯直流电机就可以达到这样的效果。
其采用的是无铁芯转子，由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了极大改善。
主要特性有：功耗低、重量轻、转速高、受控性能好。
要想实现直流电机的正反转，需要搭建一个H桥驱动电路，但受限于本系统PCB板的面积，选择集成芯片驱动是一个很好的方案，电路图如图2所示。
小容量空心杯直流电机的工作电流一般较小，本系统中电机所需最大电流小于
2A，综合考虑选择L9110S作为此系统直流电机的驱动芯片，此芯片价格便宜、驱动电路简单、内阻低、损耗小、可靠性高，由于采用了双电机设计，所以需要两片L9110S。
3.2系统电源设计
电机的启、停会产生大的电压、电流尖峰，而可能导致主控芯片工作不稳定，出现对电机控制无效的现象。
为了解决这一问题，本系统的功率电源与控制电路电源分别设计，并且两部分电路的参考点需要单点连接。
考虑到本系统使用电池供电且需要小型化设计，为了最大限度地提高系统的续航能力和尽量减小PCB 板的面积，功率电路电源和控制电路电源均采用开关电源控制芯片来完成相应的调压任务。
考虑到成本和实现充电功能方案的简洁性，本系统利用TP4056锂电池线性充电管理芯片设计了如图3所示的充电电路。
本系统设计的充电电流为1A，充电状态可根据L8的颜色变化来判断。
装置外侧预留的是micro USB的充电接口，增强了装置的兼容性。
3.3流程控制
主要流程為电量检测与模式选择的综合判断。
如果电量低于临界值，则系统忽略模式选择，并报警。
如果电量在正常范围内，则系统进入相应的工作模式。
如此设计控制流程不仅直观展现了剩余的电量，最主要的是能及时提醒用户充电，避免了电池过放损坏，提高了系统的使用寿命。
流程图如图4所示。
图4系统工作流程图
4装置结构设计
装置的结构设计采用模块化设计的思想，包括壳体、固定杆、毛刷、滤网、电机、扇叶、集灰装置、集成控制器和控制开关；壳体呈框架结构，在壳体表面设有两个对称的通孔；固定杆连接在通孔内；毛刷套接在壳体的外表面；电机固定在固定杆远离毛刷的一面；扇叶连接在电机的输出端；集灰装置设有两个，其分别位于壳体两侧；集成控制器位于壳体内，其分别连接着电机、集灰装置和控制开关；控制开关位于壳体侧表面。
装置的俯视图和侧视图如图5，图6所示。
5结语
本文研究了无尘黑板擦性能的优化问题，提出了一种小型化的可充电式无尘黑板擦设计方案。
经实际测试，基于该方案设计的无尘黑板擦具有体积小、可移动性强、操作简单、除尘效率高、续航时间长等优点，具有较高的应用价值。
参考文献
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