新型自動吸塵黑板研制與應用

孟 威

(哈爾濱師范大學 管理學院, 黑龍江 哈爾濱 150025)

新型自動吸塵黑板研制與應用

孟 威

(哈爾濱師范大學 管理學院, 黑龍江 哈爾濱 150025)

為改善常規(guī)課堂的教學環(huán)境,研制了一種新型自動吸塵黑板。該新型黑板由板面、框架、蓄電池、集塵機構(gòu)、吸塵電機、磁吸附系統(tǒng)構(gòu)成；利用磁吸原理將黑板擦緊貼黑板擦除字跡,以吸塵電機將粉塵從集塵板通過粉塵通道收集到集塵框,并自動更換上一塊擦除干凈的黑板。應用表明,該新型黑板可以真正做到安靜、干凈吸塵,能為教師和學生提供一個健康的教學環(huán)境。

新型黑板； 磁吸附原理； 系統(tǒng)設(shè)計； 自動吸塵

自教育現(xiàn)代化以來,我國學校課堂的教學方式發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變,以多媒體為代表的現(xiàn)代教育工具極大地改善了教育工作者的教育方式、方法,不但使其從長篇的板書中脫離出來,而且提高了教學效果。但受課堂講解與論證的需求,當前在教學過程中應用黑板和粉筆授課仍是重要的教學方式之一。這就使得,教師和學生在教學過程中依然要忍受粉筆粉塵對身體健康造成的損害[1]?；诖?本研究通過研制一種新型自動吸塵黑板,力求在改進傳統(tǒng)黑板的基礎(chǔ)上,改善現(xiàn)有粉筆粉塵飛揚的教學環(huán)境,以此為教師和學生提供一個良好、健康的教學環(huán)境。

1 新型自動吸塵黑板的設(shè)計思路

新型自動吸塵黑板的設(shè)計,目的在于克服教學過程中教學人員擦拭黑板上的粉筆字而產(chǎn)生粉筆粉塵飛揚的問題。這其中,黑板擦作為產(chǎn)生粉筆粉塵的源頭就成為新型自動吸塵黑板設(shè)計的關(guān)鍵所在。因此,本研究從黑板擦的改革與創(chuàng)新入手。通過采用帶有電動驅(qū)動和吸塵功能的整體式黑板擦,解決由于擦拭黑板上的粉筆字而產(chǎn)生的粉筆粉塵飛揚問題[2]。該設(shè)計以單片機為基礎(chǔ),通過行程開關(guān)對整體式黑板擦的電動系統(tǒng)進行控制[3-5]。在擦拭粉筆字的過程中,以電機帶動黑板擦在軌道上運行、完成整個黑板的擦拭過程,同時將產(chǎn)生的粉塵利用負壓吸收到集塵裝置收集處理。這種基于單片機電動驅(qū)動技術(shù)的、自動吸塵新型環(huán)保黑板,由電機驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、吸塵系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)以及板面、板擦等機構(gòu)構(gòu)成。使用者可通過操作按鈕實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運轉(zhuǎn)[6-8],清除黑板擦在擦拭黑板過程中產(chǎn)生的粉筆粉塵。這一方面,免去了教學工作者教學中繁瑣的擦拭黑板活動,使教學過程保持較好的連續(xù)性；另一方面,降低了教師和學生與有毒物質(zhì)接觸的機會,為師生提供一個良好的教學環(huán)境，提高了學生的身心健康。

2 新型自動吸塵黑板的工作原理與技術(shù)方案

2.1 新型自動吸塵黑板的工作原理

新型自動吸塵黑板的工作原理見圖1,通過吸塵電機將整體式黑板擦擦拭黑板上的字體并及時清除在此過程產(chǎn)生的粉筆粉塵[9]。在清除的過程中,由微聲吸塵電機通過吸附作用,將粉筆粉塵吸收至集塵框內(nèi)。一方面,使黑板擦在擦拭黑板的過程中不產(chǎn)生粉筆粉塵；另一方面,將粉筆粉塵集中收集在集塵框內(nèi),防止粉塵的二次環(huán)境污染。同時,集中在一起的粉筆粉塵還便于黑板的清潔與打掃。這樣,在確保教學過程中的粉筆粉塵高效清除的同時,還師生一個干凈、整潔、明亮的教學環(huán)境。在提高教學效果的同時,科學保障師生的身心健康。

圖1 新型自動吸塵黑板工作原理

2.2 新型自動吸塵黑板的技術(shù)方案

該款新型自動吸塵黑板由兩塊黑板組成,箱內(nèi)一塊,箱外一塊。當其中一塊黑板寫滿字跡需要擦除時,教師可以通過觸動按鈕完成更換。箱內(nèi)的黑板粉筆字跡的擦拭,是利用彈簧機構(gòu)將黑板擦壓在黑板框內(nèi),用電源通過傳動機構(gòu)帶動黑板擦在既定軌道上勻速擦除黑板字跡,粉塵通過重力作用落至集塵框上端傾斜安裝的集塵板上,通過吸塵電機將集塵板上的粉塵吸收至集塵柜內(nèi),最后做集中處理。整個操作過程是在一個密閉的箱體內(nèi)完成,不會帶來粉塵飛舞狀況,整個黑板的擦洗過程都在密閉的箱體中進行,所有粉塵集中在箱體中,最終都會落在底部,因此只要在底部放入收集盒,定時取出傾倒就可以。同時，裝置運轉(zhuǎn)時不會分散學生注意力。階梯型箱體置于地面,一塊黑板在箱體中進行自動擦洗時,另一塊黑板在箱體上面進行書寫。當書寫完畢需要擦洗時,教師將黑板拉下去,進入箱體中,與此同時已擦洗干凈的黑板自動升起。按下箱體上方的按鈕,內(nèi)部裝置開始自動擦洗。箱體內(nèi)部由若干塊傳統(tǒng)黑板擦組合而成的大黑板擦固定于滑塊上在導軌上左右移動。電機帶動鏈輪轉(zhuǎn)動,鏈條上固定有 1 根長銷,長銷插入滑塊上的槽里,在槽里作上下往復直線運動,同時隨鏈條單方向運動,其合成運動體現(xiàn)在滑塊上便是黑板擦的左右往復運動。因此電機無需頻繁轉(zhuǎn)向。自動吸塵新型黑板以220 V 交流電源為基礎(chǔ)[10],為電機提供驅(qū)動力。黑板擦在彈簧的作用下緊貼黑板表面,使得有足夠的摩擦力擦除字跡。

3 新型自動吸塵黑板的研制

3.1 整體結(jié)構(gòu)

圖1為新型自動吸塵黑板設(shè)計結(jié)構(gòu)。黑板板面的外部安裝有框架,框架的底部兩側(cè)均安裝有支撐柱,支撐柱的下端安裝在底座上,底座的中部安裝有蓄電池,底座的四角處均旋接有螺桿,螺桿的下端焊接有滾輪,螺桿的上端焊接有旋轉(zhuǎn)手柄,框架的側(cè)面安裝有黑板擦放置框,黑板擦放置框的內(nèi)部設(shè)置有吸鐵石,框架的下端安裝有集塵框,集塵框的上端傾斜安裝有集塵板,集塵框的側(cè)面安裝有吸塵電機,吸塵電機通過導線與蓄電池連接。

圖2 新型自動吸塵黑板設(shè)計結(jié)構(gòu)

當黑板需要移動時,通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄將滾輪轉(zhuǎn)出,通過滾輪來實現(xiàn)移動,當移動到指定點時將滾輪轉(zhuǎn)到底座內(nèi),通過底座來支撐,集塵板能將黑板上的灰塵擋住,防止灰塵掉落在地面上,且通過吸塵電機將灰塵集中起來,便于清理,操作簡單,將黑板擦放在黑板擦框內(nèi),便于尋找,且通過吸鐵石來吸住黑板擦,防止掉落。

3.2 電源電路

自動吸塵黑板系統(tǒng)由單片機、水平導軌和垂直導軌、黑板擦、行程開關(guān)、直流電機、步進電機和控制電機正反轉(zhuǎn)的H橋等組成。黑板擦由直流電機拖動在水平方向上作往復運動,根據(jù)行程開關(guān)信號由單片機控制改變其運動方向[11]；水平導軌由步進電機拖動,當黑板擦運動到邊觸動行程開關(guān)時,步進電機由單片機給出控制信號,步進一步,黑板擦再作平動,單片機同時計數(shù)步進電機的步進次數(shù)[12]。共步進6步,黑板擦到底,完成整個黑板的清潔工作,整個系統(tǒng)在單片機的控制下復位,等待新的任務(wù)。單片機最小系統(tǒng)電路見圖3,行程開關(guān)分別接入P3B2和P3B3,電機控制信號由P1B1輸出、步進電機控制信號由P1B2輸出、吸塵器控制信號由P1B3輸出。

圖3 單片機最小系統(tǒng)電路

4 新型自動吸塵黑板的應用

新型自動吸塵黑板經(jīng)過反復研制和測試,目前已經(jīng)獲得成功。為檢驗新型黑板的實用性,該產(chǎn)品于2014年10月安放于哈爾濱師范大學常規(guī)教室,進行為期2個月的應用驗證。其測試過程為:各學科教師在教學過程中正常書寫板書,當涉及到擦拭黑板的粉筆字時,教師只要按動開關(guān),備用黑板就可在20 s內(nèi)完成自動轉(zhuǎn)換。在黑板轉(zhuǎn)換完成后,教師可正常在新黑板上書寫板書進行教學；轉(zhuǎn)入框架中的黑板則由整體式黑板擦清除粉筆字跡,清除過程一般為30 s。在轉(zhuǎn)換黑板和清除粉筆字跡、吸附粉筆粉塵這一過程中,電機聲音低于50分貝,不影響教師的正常教學。而粉筆粉塵清除的效果和黑板擦拭的潔凈度,都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)黑板擦。因此,得到了師生的一致認可。這表明,該新型自動吸塵黑板的設(shè)計是合理的、產(chǎn)品的研發(fā)是成功的。其主要的優(yōu)勢在于:

(1) 實現(xiàn)黑板粉塵自動收集功能。通過簡單的手觸開關(guān)的閉合,交流電機運轉(zhuǎn),以及一系列傳動裝置帶動粉塵收集,實現(xiàn)無塵清理功能。

(2) 徹底解決粉塵飛揚的問題。現(xiàn)階段國內(nèi)外對黑板或者無塵黑板擦的研究仍然存在無法徹底解決粉塵飛揚的問題。該方案希望通過使用更強的吸塵功能的黑板或者在密閉的空間內(nèi)進行擦洗而徹底解決這個問題。

(3) 造型美觀,結(jié)構(gòu)盡可能簡單,最大程度控制成本。采用價廉、輕便的材料制作,減少冗余的設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,穩(wěn)定性強,在使用過程中不容易出現(xiàn)問題,且易于維護。

(4) 符合人機工程學,在不改變?nèi)藗兪褂脗鹘y(tǒng)黑板的習慣上實現(xiàn)上述目標。此設(shè)計的自動粉塵收集黑板與當前學校里普遍使用的黑板使用方式相差不大,操作簡單,使用安全。

5 結(jié)束語

該新型自動吸塵黑板的研制與應用,解決了課堂教學過程粉筆粉塵飛揚的問題,有效地改善了課堂的教學環(huán)境,保障了師生的身心健康。目前經(jīng)國家知識產(chǎn)權(quán)局審批,該設(shè)備已經(jīng)獲得國家專利(專利號:201420174657.5)[13]。該新型黑板具有清除粉筆粉塵效率高、顯示字跡清晰、操作簡單、堅固耐用的特點。不僅適用于大、中、小學校的課堂教學,同時也適用于其他類型的教育機構(gòu)的教育培訓。此外,與一些新型的無塵黑板相比。該新型自動吸塵黑板還具有價格低廉、安全性高、便于移動、支撐穩(wěn)定的優(yōu)勢。因此,具有推廣的價值與意義，有廣泛的市場前景。

References)

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Development and application of a new automatic dust absorption blackboard

Meng Wei

(School of Management, Harbin normal university, Harbin 150025, China)

In order to improve the conventional classroom teaching environment, this paper develops a new type of automatic dust absorption blackboard.The novel blackboard consists of the board,frame,battery,dust collecting mechanism,a suction motor,magnetic adsorption system structure; R & D design by utilizing the magnetic attraction principle will be close to the blackboard eraser to erase writing, the suction motor will dust from the dust collecting plate through the dust collecting channel to dust collecting box,and the automatic replacement of a block can erase the blackboard clean.Its application shows that,the novel blackboard can really make a quiet,clean dust, and can provide a healthy teaching and learning environment for teachers and students.

new blackboard; magnetic adsorption principle; system design; automatic cleaner

2015- 03- 19

黑龍江省自然科學基金項目(C201436)

孟威(1978—)，女，黑龍江哈爾濱，碩士，講師，主要研究方向：思想政治教育.

E-mail：mengwei3355@163.com

G484

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1002-4956(2015)7- 0104- 03