基于單片機(jī)的水袋式無塵黑板擦

鄧智鴻+王志坤+陳德謙

摘 要 近年來，黑板擦領(lǐng)域一直在發(fā)展新型無塵黑板擦，大多數(shù)采用干燥擦拭或用風(fēng)力吸塵的方法，效果不理想。在擦拭黑板時(shí)，仍然有較多粉筆灰在空氣中飄揚(yáng)，被老師和學(xué)生吸入鼻腔。據(jù)勞動(dòng)衛(wèi)生有關(guān)資料，空氣中的粉塵微粒經(jīng)鼻孔吸進(jìn)時(shí)，多數(shù)被鼻毛、鼻、咽、喉部阻擋，部分進(jìn)入氣管，附著在粘膜小氣道及肺，對(duì)人體造成危害。為了克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚(yáng)問題，本新型水袋式無塵黑板擦添加了小型水袋，實(shí)現(xiàn)無粉塵清潔。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)黑板擦 粉塵 水袋式 舵機(jī)

1 設(shè)計(jì)目的

為了克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚(yáng)問題，保護(hù)廣大師生的身體健康，實(shí)現(xiàn)無塵清潔黑板。我們深入調(diào)研了國(guó)內(nèi)新型黑板擦得現(xiàn)狀，現(xiàn)有黑板擦采用干燥擦拭或用風(fēng)力吸塵的方法，效果不理想，在擦拭黑板時(shí)，仍然有較多粉筆灰在空氣中飄揚(yáng)。針對(duì)這個(gè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)“新型水袋式無塵黑板擦”。該設(shè)備能在減少勞動(dòng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)完全無粉塵清，使廣大師生避免遭受粉塵的危害。另外，通過調(diào)查，目前市場(chǎng)中雖已有自動(dòng)黑板擦，但大多數(shù)都是針對(duì)一塊黑板，而且使用起來不方便，沒有真正達(dá)到自動(dòng)和無塵的目的，因此我們?cè)O(shè)計(jì)巧妙的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)上述功能。

2 工作原理

本方案采用電動(dòng)機(jī)做主動(dòng)件，利用其正反轉(zhuǎn)原理和行程開關(guān)來控制黑板擦的上下運(yùn)動(dòng)和停止。制面板安裝四個(gè)按鍵，控制著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制擦除時(shí)和不擦除時(shí)黑板的上下移動(dòng)。擦除模塊利用舵機(jī)來控制擦除裝置與黑板的接觸和分離；引水模塊利用導(dǎo)管將水袋中的水浸入到毛氈，利用濕毛氈吸附原理來收集粉塵，實(shí)現(xiàn)黑板擦上下移動(dòng)時(shí)，無粉塵清除黑板上字跡的功能。首先將裝置固定在黑板邊緣上，其長(zhǎng)與黑板相當(dāng)，高約五厘米，寬約十厘米。在該裝置內(nèi)部置有兩個(gè)寬約四厘米，長(zhǎng)與黑板一樣長(zhǎng)的板槽，用于安裝擦拭黑板的毛氈。將擦布安裝于兩板槽之上，其中上側(cè)擦布為濕擦，下側(cè)為干擦。利用舵機(jī)控制兩板槽轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)干布擦拭與濕布擦拭之間的轉(zhuǎn)換。另外將小型可封閉集水器安裝在外殼上方，利用細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)管將水流引入板槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)小水流滴水功能。待側(cè)上部板擦被潤(rùn)濕之后，啟動(dòng)電源，舵機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將上側(cè)板槽下壓，令上板擦與黑板接觸較為緊密。之后按鍵啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)板擦移動(dòng)擦拭黑板。待濕擦一遍后，該設(shè)備回到初始位置，舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，干布下調(diào)于黑板較緊密接觸，然后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，按照原軌跡擦拭，實(shí)現(xiàn)擦干黑板的功能。

3 設(shè)計(jì)方案

該新型水袋式無塵黑板擦由外殼、擦除裝置、移動(dòng)裝置、可拆卸的刷毛（可更換）、滑動(dòng)槽、過濾袋、小水袋、引流導(dǎo)管、電源開關(guān)組成。

3.1 黑板擦上下移動(dòng)設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)機(jī)與鏈輪利用減速器連接，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)控制黑板擦移動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)黑板擦向上移動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)黑板擦向下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)?？刂泼姘迳嫌兴膫€(gè)按鈕，當(dāng)按 “上升”按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)黑板擦向上移動(dòng)，；當(dāng)按 “下降”按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)黑板擦向下移動(dòng)。另外兩個(gè)按鍵是在空載狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)黑板擦得移動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.2 擦除裝置設(shè)計(jì)方案

該擦除裝置內(nèi)部置有兩個(gè)寬約四厘米，長(zhǎng)與黑板一樣長(zhǎng)的板槽，用于安裝擦拭黑板的毛氈。將小型可封閉集水器安裝在外殼上方，利用細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)管將水流引入板槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)將毛氈潤(rùn)濕的功能。兩板槽之間的轉(zhuǎn)換是通過舵機(jī)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，利用一V形支架將兩板槽與舵機(jī)相連。當(dāng)舵機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將上側(cè)板槽下壓，令上板擦與黑板接觸較為緊密；舵機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，干布下調(diào)于黑板較緊密接觸?？刂苾砂宀壅{(diào)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)干布擦拭與濕布擦拭之間的轉(zhuǎn)換。

3.3 水袋裝置設(shè)計(jì)方案

該小型水袋裝置為本設(shè)計(jì)區(qū)別于其他設(shè)計(jì)最重要的一點(diǎn)。該小型可封閉集水器安裝在外殼上方，在水袋下部引出一根導(dǎo)管，將該導(dǎo)管打孔，打孔段引入上側(cè)板槽內(nèi)與毛氈接觸。水流利用自重流下，經(jīng)導(dǎo)管緩緩滲透到毛氈上，實(shí)現(xiàn)毛氈潤(rùn)濕。當(dāng)擦拭黑板時(shí)，為防止水流累積在板槽內(nèi)，我們?cè)诎宀巯虏块_出引流槽，將污水引流在下部污水收集袋中，實(shí)現(xiàn)潔凈清理的過程。利用水袋裝置完全可以實(shí)現(xiàn)無粉塵清潔黑板，避免了粉塵亂飛，影響空氣質(zhì)量，保護(hù)廣大師生的身體健康。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

4.1 功能創(chuàng)新

新型水袋式無塵黑板擦實(shí)現(xiàn)了黑板擦的自動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)、擦除裝置的自動(dòng)接觸和分離與無粉塵的清潔等功能。

4.2 模塊化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上功能的分解和組合，將自動(dòng)無塵黑板擦按模塊分別設(shè)計(jì)，最后按功能需要組合而成。

4.3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

運(yùn)用生活中的水清潔功能，將水袋裝置應(yīng)用清潔黑板之上，完全實(shí)現(xiàn)了無粉塵清潔黑板的目的。

5 總結(jié)

經(jīng)過深入調(diào)查，市場(chǎng)中的新型黑板擦已出現(xiàn)很多，但這些產(chǎn)品中絕大多數(shù)并沒有完全實(shí)現(xiàn) “無塵清潔”的功能，甚至有些產(chǎn)品反而使操作更復(fù)雜，針對(duì)這些問題，我們所設(shè)計(jì)的裝置完全克服擦拭黑板帶來的不便及粉筆灰的飄揚(yáng)問題，保護(hù)廣大師生的身體健康，實(shí)現(xiàn)無塵清潔黑板。真正做到了操作簡(jiǎn)便、安全，而且整套裝置是根據(jù)現(xiàn)已有的黑板設(shè)計(jì)的，在原有黑板上只需經(jīng)過簡(jiǎn)單安裝，即可使用。方便了教學(xué)，保護(hù)了師生的健康。

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作者簡(jiǎn)介

鄧智鴻，男，現(xiàn)為德州市德城區(qū)德州學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)榭萍紕?chuàng)新工作。

作者單位

德州學(xué)院 山東省德州市 253023endprint