基于STM32單片機(jī)的智能黑板擦

文/張志豪　白金超　馬士騰

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，課堂教學(xué)不再依賴黑板，但板書直觀、簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)依然不變。目前，我國(guó)各類學(xué)校的課堂教學(xué)主要以粉筆板書為主，利用多媒體教學(xué)只在高校內(nèi)盛行，大多數(shù)學(xué)校使用的仍是傳統(tǒng)的黑板擦。當(dāng)教師用黑板擦黑板時(shí)，只有少量灰塵粘在手上，而超過95%的灰塵顆粒漂浮在空氣中，并且在擦除后，黑板的表面經(jīng)常會(huì)留下不易清潔的粉筆灰，造成環(huán)境的二次污染。

1　硬件設(shè)計(jì)

智能黑板擦的硬件部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括STM32單片機(jī)、無線充電模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、粉塵傳感器模塊、粉塵收集模塊。

1.1　STM32單片機(jī)

STM32微控制器是一款集成電路芯片，包括一系列結(jié)合高性能，實(shí)時(shí)功能，數(shù)字信號(hào)處理，低功耗和低電壓操作的32位產(chǎn)品，同時(shí)保持高集成度和易于開發(fā)的特性。STM32具有集成嵌入式閃存和SRAM存儲(chǔ)器的ARM Cortex-M3內(nèi)核，可與所有ARM工具和軟件兼容。

1.2　粉塵收集模塊

本裝置采用靜電除塵，在毛刷的絨毛之間存有縫隙，粉塵顆粒通過縫隙進(jìn)入內(nèi)部空間，此處采用易于拆卸安裝的儲(chǔ)放裝置，當(dāng)儲(chǔ)放粉筆灰的裝置盛滿粉筆灰時(shí)，感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)提醒工作人員及時(shí)清理掉黑板擦內(nèi)存儲(chǔ)的粉塵。其理想模型如圖2所示。

1.3　粉塵傳感器模塊

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：粉塵收集模型圖

在多種粉筆字跡位置檢測(cè)的方法中，使用光學(xué)方法具有靈敏度高、瞬態(tài)響應(yīng)快、能耗小等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)利用紅外傳感器測(cè)量黑板上位置，傳感器測(cè)量精度高，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償功能，從而獲取準(zhǔn)的粉塵位置。

1.4　無線充電模塊

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，并利用相交流感應(yīng)技術(shù)，收發(fā)端用適當(dāng)?shù)木€圈發(fā)送和接收感應(yīng)交流信號(hào)可以在短距離內(nèi)進(jìn)行無線充電。本裝置采用的就是無線充電，省去了人工充電的麻煩，省時(shí)省力。

圖3：工作流程圖

2　系統(tǒng)的軟件方案

當(dāng)按下黑板擦上的啟動(dòng)按鈕后，黑板擦依靠履帶驅(qū)動(dòng)方式按照規(guī)劃路徑以較快的速度在黑板上運(yùn)動(dòng)，粉塵傳感器發(fā)出紅外光，對(duì)粉筆灰字跡進(jìn)行掃描，通過反射作用，返回黑板擦上的接收器，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，確定黑板擦經(jīng)過的路線上是否有粉筆灰；若監(jiān)測(cè)到粉筆灰，黑板擦將以較慢的速度移動(dòng)，并啟動(dòng)擦除裝置開始擦拭黑板上的字跡，經(jīng)擦除后的粉塵在靜電場(chǎng)或壓差的作用下，進(jìn)入到板擦的收集裝置中，當(dāng)工作完成后，黑板擦借助姿態(tài)監(jiān)測(cè)和邊沿碰撞檢測(cè)返回啟動(dòng)區(qū)域；黑板擦回到啟動(dòng)區(qū)域后，若電量不足，則配合預(yù)設(shè)的無線充電裝置的線圈進(jìn)行無線充電。其工作流程圖如圖3所示。

3　結(jié)語

黑板擦自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，且擦除過程中無需人為干預(yù)，無需對(duì)現(xiàn)有黑板進(jìn)行改造，黑板擦可自行吸附在磁性黑板上工作，適應(yīng)性強(qiáng)，而且對(duì)于粉塵邊擦邊收集，大大減少粉塵污染，有利于師生身心健康，適用于廣大院校；智能黑板擦工作完成后借助邊沿碰撞檢測(cè)和姿態(tài)監(jiān)測(cè)，自行回到啟動(dòng)區(qū)域，無需人為挪動(dòng)，若電量不足，能夠在返回啟動(dòng)區(qū)域后啟動(dòng)無線充電。