智能化健康多功能黑板的設(shè)計(jì)研究

(合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230012)

0 引言

黑板作為教學(xué)過程中的常用工具，在教學(xué)中有著極其重要的作用。一直以來，大部分學(xué)校教師在授課時(shí)主要利用傳統(tǒng)工藝黑板進(jìn)行板書。在寫滿粉筆字后，得用黑板擦慢慢地擦干凈，效率較低，浪費(fèi)教學(xué)時(shí)間，且在板書和擦除的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵?？茖W(xué)研究顯示，在傳統(tǒng)黑板擦拭過程中造成粉塵污染，易引發(fā)慢性呼吸道疾病，無論對學(xué)生的學(xué)習(xí)效率還是身心健康都十分不利。此外，傳統(tǒng)黑板一般為平面式，它板書面積小、空間利用率低，隨著當(dāng)代倡導(dǎo)健康生活和教育改革及學(xué)校對課堂教學(xué)環(huán)境的重視，設(shè)計(jì)研究一種健康、多功能自潔黑板意義重大。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)外使用現(xiàn)狀

國內(nèi)市場目前現(xiàn)有的黑板主要有推拉式、復(fù)合電子式黑板、普通無塵白板等種類，推拉式黑板設(shè)計(jì)使用粉筆作為書寫材料，對人體健康就有一定危害，書寫后采用人工擦拭，花費(fèi)時(shí)間多，效率低，且產(chǎn)生的粉塵對教室的污染危害極大，對教學(xué)工作帶來諸多不便。

復(fù)合電子黑板是普通的多媒體電子黑板，也是許多學(xué)校常用的黑板，但投影儀的屏幕一旦放下，黑板便會(huì)被遮住，導(dǎo)致老師上課“黑板投影二選一”的局面。這局限了老師的課堂表達(dá)方式，同時(shí)，由于使用電子教學(xué)，老師上課進(jìn)度加快，也使學(xué)生們難以摘抄筆記，跟上老師的節(jié)奏。

普通無塵白板采用了白色板面，利用油性水筆書寫，避免了粉塵的危害，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于簡單，使用面積小，且沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的功能。因而沒有得到很好的推廣使用，主要用于商業(yè)產(chǎn)品，廣告的演示等。

1.2 國外使用現(xiàn)狀

在國外主要有兩種形式的黑板:影音類和交互類。借助高科技手段使傳統(tǒng)的書寫式黑板實(shí)現(xiàn)了多功能化，但因其價(jià)格昂貴而無法在國內(nèi)進(jìn)行普遍推廣。

2 健康多功能自潔黑板的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

本文中所設(shè)計(jì)的智能化健康多功能黑板，在傳統(tǒng)黑板基礎(chǔ)上，結(jié)合PLC控制技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，同時(shí)增加了擦干海綿組件、黑板擦清潔組件、升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等裝置，利用PLC控制器操控升降驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)黑板擦清潔組件上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)擦掉黑板上的粉筆字，然后操控升降驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)擦干海綿組件上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)擦干濕潤的黑板，實(shí)現(xiàn)黑板的快速清潔，操作智能化，健康環(huán)保，且效率高。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能化健康多功能黑板其結(jié)構(gòu)包括黑板本體，黑板本體前側(cè)面上設(shè)有一橫向分布的擦干海綿組件、橫向分布的黑板擦清潔組件A、用于驅(qū)動(dòng)黑板擦清潔組件及擦干海綿組件分別直線上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括固定在黑板本體前側(cè)面兩端的升降驅(qū)動(dòng)裝置B、1個(gè)PLC控制器，升降驅(qū)動(dòng)裝置包括豎向分布的絲桿8、固定連接于絲桿并用于驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、螺紋連接在絲桿上的升降臺(tái)6，升降臺(tái)上固定有一升降座7，第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接于PLC控制器；利用PLC控制器操控第一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)絲桿正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而促使升降臺(tái)6實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。黑板本體前側(cè)面兩端分別固定有一防護(hù)殼，兩端防護(hù)殼相對分布的兩側(cè)面為敞口結(jié)構(gòu)，升降驅(qū)動(dòng)裝置B置于防護(hù)殼內(nèi)，擦干海綿組件及黑板擦清潔組件均位于兩端防護(hù)殼之間。

擦干海綿組件包括第一固定板、固定在其后側(cè)面上朝向黑板本體前側(cè)面分布的擦干海綿，黑板本體前側(cè)面頂部固定有一橫向分布的頂板，第一固定板頂面磁性吸附懸掛在頂板底面上；升降座7頂面上嵌入有一連接于PLC控制器的第一電動(dòng)伸縮桿10，第一固定板底面兩端分別嵌入鋪設(shè)有與第一電動(dòng)伸縮桿的伸縮端相磁性吸附的第一磁性層的第一連接槽。兩端第一電動(dòng)伸縮桿伸縮端在第一連接槽內(nèi)的吸附固定作用力大于第一固定板與頂板之間的吸附固定作用力。

黑板擦清潔組件A包括第二固定板4、固定在第二固定板底面上的黑板擦吸水布2、橫向分布地固定在黑板本體前側(cè)面底端上的集水盒1，集水盒頂部開設(shè)有與黑板擦吸水布2相對應(yīng)的進(jìn)出口，方便黑板擦吸水布進(jìn)出集水盒；黑板擦吸水布在不使用情況下都處于集水盒內(nèi)但并不與集水盒內(nèi)的水接觸，只是吸收集水盒內(nèi)蒸發(fā)的水氣以保持濕潤狀態(tài)。升降座上固定有電連接于PLC控制器的第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上固定有一固定座11，固定座上嵌入有一電連接于PLC控制器的第二電動(dòng)伸縮桿12，第二固定板4頂面兩端分別嵌入鋪設(shè)有與第二電動(dòng)伸縮桿12的伸縮端相磁性吸附的第二磁性層的第二連接槽。

1.集水盒，2.黑板擦吸水布，3.第二連接槽，4.第二固定板，5.第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)，6.升降臺(tái)，7.升降座，8.絲桿，10.第一電動(dòng)伸縮桿，11.固定座，12.第二電動(dòng)伸縮桿，A.黑板擦清潔組件，B.升降驅(qū)動(dòng)裝置

圖1黑板擦清潔組件及升降驅(qū)動(dòng)裝置示意圖

2.3 具體實(shí)施方式

當(dāng)需要擦黑板時(shí)，利用PLC控制器操控升降驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)固定座接觸至第二固定板頂面，操控第二電動(dòng)伸縮桿的伸縮端伸長并吸附固定在第二連接槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)固定座與第二固定板的連接，進(jìn)而可以通過升降驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)黑板擦清潔組件上移，將黑板擦吸水布從集水盒內(nèi)取出，并操控第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)促使第二固定板旋轉(zhuǎn)，使?jié)駶櫟暮诎宀廖嫁D(zhuǎn)至接觸黑板本體前側(cè)面狀態(tài)，然后升降臺(tái)上升驅(qū)使黑板擦清潔組件上移，利用黑板擦吸水布擦掉黑板本體上的粉筆字。

當(dāng)?shù)诙潭ò暹\(yùn)動(dòng)至黑板頂端后，PLC控制器操控第一電動(dòng)伸縮桿的伸縮端伸長并吸附固定在擦干海綿組件第一固定板的第一連接槽內(nèi)，然后升降驅(qū)動(dòng)裝置的升降臺(tái)開始下移，第一固定板克服與頂板的吸附作用也隨之下移，進(jìn)而可以利用擦干海綿將濕潤的黑板本體前側(cè)面擦干。

當(dāng)黑板擦清潔組件在升降驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下返回至集水盒上方后，第二旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)固定座旋轉(zhuǎn)進(jìn)而第二固定板旋轉(zhuǎn)使黑板擦吸水布位于第二固定板下方對應(yīng)集水盒進(jìn)出口上方的位置，然后升降驅(qū)動(dòng)裝置的升降臺(tái)繼續(xù)下移，以使黑板擦吸水布置于集水盒內(nèi)、第二固定板置于集水盒上且固定座抵壓住第二固定板，通過PLC控制器促使第二電動(dòng)伸縮桿伸縮端收縮，即可解除固定座與第二固定板之間的固定關(guān)系，然后升降驅(qū)動(dòng)裝置的升降臺(tái)開始上移帶動(dòng)擦干海綿上移，再一次擦干黑板。

當(dāng)?shù)谝还潭ò咫S升降臺(tái)升至黑板頂部時(shí)，第一固定板吸附懸掛在頂板底面上且升降座抵壓住第一固定板，PLC控制器操控第一電動(dòng)伸縮桿的伸縮端收縮，解除與第一固定板的第一連接槽的吸附連接關(guān)系；然后升降臺(tái)下移復(fù)位等待下一次清潔黑板工作，如此便完成一個(gè)完整的黑板清潔工作。整個(gè)過程通過PLC控制器寫入程序?qū)崿F(xiàn)智能化操作，使用方便，效率高，清潔效果好。

當(dāng)單個(gè)的黑板本體書寫面積不夠用時(shí)，可以根據(jù)需要將輔助黑板體利用其滑動(dòng)性能拉出；將輔助黑板體拉出后，其與黑板本體是處于平行狀態(tài)的，為了配合教學(xué)需要，也可以利用輔助黑板體與上下2個(gè)旋轉(zhuǎn)連接柱的旋轉(zhuǎn)連接關(guān)系而實(shí)現(xiàn)將輔助黑板體以一定的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)動(dòng)連接在上下兩導(dǎo)向板之間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與黑板本體之間的不同夾角配合，適用性強(qiáng)，操縱靈活。

同時(shí)，其黑板本體及輔助黑板體前側(cè)面上分別按照矩形陣列的方式均勻分布有若干個(gè)定位點(diǎn)。利用這些定位點(diǎn)，十分方便繪制坐標(biāo)、圖形或者充當(dāng)參照點(diǎn)等，功能多樣。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

1)健康、環(huán)保。整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)無塵化，保證上課環(huán)境的舒適健康，避免粉塵對老師和學(xué)生帶來的危害。

2)智能、自動(dòng)化程度高，操作便捷、高效?？蓪?shí)現(xiàn)書寫區(qū)域的全自動(dòng)擦拭，為課堂教學(xué)或培訓(xùn)節(jié)約寶貴的時(shí)間。

3)簡潔，美觀，占用空間小。當(dāng)單個(gè)的黑板本體書寫面積不夠用時(shí)，可以根據(jù)需要將置于黑板本體后側(cè)的輔助黑板體從兩側(cè)拉出，根據(jù)書寫需要可隨時(shí)便捷的擴(kuò)大書寫面積。

4)多功能，利用定位點(diǎn)，方便書寫者繪制坐標(biāo)、圖形或者充當(dāng)參照點(diǎn)等，功能多樣。