基于輝光放電管的電子黑板的設(shè)計(jì)

趙溢洋

摘要：隨著制造業(yè)水平的不斷提高、軟硬件技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，教具行業(yè)也面臨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)的挑戰(zhàn)。作為教學(xué)中最常用的的教具之一，傳統(tǒng)的黑板具有很多缺點(diǎn)，例如反復(fù)擦寫(xiě)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使用粉塵粉筆污染環(huán)境、影響師生身體健康。目前市面上各種電子黑板均有不足之處，因此本文提出了一種基于輝光放電管的新型電子黑板，具有造價(jià)成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可大幅提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：輝光放電管 電子黑板 教學(xué)效率

前?言

在當(dāng)今社會(huì)的教育教學(xué)工作中，所采用的黑板主要技術(shù)普遍為：用由白色沉淀物構(gòu)成的粉筆在由復(fù)合材料板構(gòu)成的黑板上留下痕跡，這種方式不僅需要反復(fù)擦寫(xiě)，浪費(fèi)力氣，而且長(zhǎng)期使用會(huì)造成污染，不利于教室內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，還會(huì)給老師及學(xué)生的身體帶來(lái)傷害。隨著科技的不斷發(fā)展，電子黑板雖然在不斷的發(fā)展，但只有少數(shù)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了采用各種形式的電子黑板。目前市面上的電子黑板目前有以下幾類：LED屏電子黑板，顯示精度不高;液晶屏電子黑板，顯示精度高，但是由于原材料價(jià)格高昂，難以實(shí)現(xiàn)普及;電子白板，實(shí)質(zhì)上并非黑板，只是手寫(xiě)輸入板，需要在懸掛墻體上的黑板之外加設(shè)專用設(shè)備，使用專用的書(shū)寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)，這種方式會(huì)隨之而來(lái)如下的幾個(gè)問(wèn)題：

1.書(shū)寫(xiě)筆書(shū)寫(xiě)后難以擦除;

2.書(shū)寫(xiě)筆成本較高;

3.不用專用書(shū)寫(xiě)筆也可以書(shū)寫(xiě)，但是定位難、存在書(shū)寫(xiě)延遲現(xiàn)象;

4.電子白板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本和制造成本偏高，造成電子白板難以普及?？傮w來(lái)說(shuō)，目前市面上的電子黑板可能具有效果延遲、易被灰塵昆蟲(chóng)干擾、成本高和使用不方便等缺點(diǎn)。

目前有關(guān)黑板的研究，大多數(shù)都是針對(duì)黑板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，還是無(wú)法避免普通黑板會(huì)出現(xiàn)的以上問(wèn)題。而電子黑板的設(shè)計(jì)，其利用的原理一般為傳感或發(fā)光二極管，其中一種利用傳感器的電子黑板，其主要缺陷為傳感器不靈敏，無(wú)法區(qū)域性清除黑板字跡，且無(wú)法避免筆誤，為教育教學(xué)工作帶來(lái)不便。另一種利用電磁發(fā)光二極管作為主要顯示技術(shù)，但發(fā)光二極管在不同角度光強(qiáng)相差很多，光強(qiáng)會(huì)產(chǎn)生分布不均的現(xiàn)象，會(huì)影響黑板的屏顯效果。

一、電子黑板的設(shè)計(jì)

本文中的電子黑板系統(tǒng)采用輝光管放電技術(shù)輔之以專門(mén)設(shè)計(jì)的軟件控制系統(tǒng)，完全可以告別傳統(tǒng)的黑板、粉筆和黑板擦，在教學(xué)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)多媒體硬件升級(jí)和教具智能化。而且基于輝光放電管的電子黑板，操作起來(lái)和傳統(tǒng)黑板并無(wú)差異，無(wú)論是年輕教師還是有多年經(jīng)驗(yàn)的老教師，都可以輕松操作。本文的電子黑板系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造成本低，操作方便，適用于教室和實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)平臺(tái)，主要硬件包括：黑板主體、與黑板配套的寫(xiě)字筆、與黑板配套的黑板擦、黑板底部的清除按鈕、黑板頂部的攝像頭、黑板頂部的揚(yáng)聲器，黑板兩側(cè)的顯示屏。

1.設(shè)計(jì)目的

輝光放電管組成的點(diǎn)陣屏是本文中電子黑板的核心部件，不僅解決了普通黑板需要反復(fù)擦寫(xiě)，浪費(fèi)力氣，長(zhǎng)期使用會(huì)造成污染，不利于衛(wèi)生與環(huán)境的問(wèn)題。目前市面上的電子黑板可靠性一般，而可控雙穩(wěn)態(tài)是等離子體輝光放電管的一大特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)放電管在亮與滅兩種狀態(tài)之間的可控切換。而隨電子黑板搭配的書(shū)寫(xiě)筆和黑板刷，采用靜電設(shè)計(jì)，可像傳統(tǒng)粉筆和黑板擦一樣供教師書(shū)寫(xiě)、擦除。與LED屏電子黑板相比，顯示精度較高。相比較價(jià)格昂貴的液晶手寫(xiě)觸屏，由于等離子體輝光放電技術(shù)主要應(yīng)用的是惰性氣體，價(jià)格也比較適中。由此本文提出的電子黑板顯示方案，基于等離子體輝光放電技術(shù)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)點(diǎn)。此外，本文提出在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，防止其上過(guò)強(qiáng)光線發(fā)生鏡面反射，造成一定角度的學(xué)生看不見(jiàn)字跡的問(wèn)題發(fā)生。

2.外部設(shè)計(jì)

在實(shí)際書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，電子黑板的顯示屏由充滿惰性氣體的輝光放電管組成，每個(gè)放電管連有正負(fù)兩個(gè)電極。當(dāng)兩電極與電源正負(fù)極相連時(shí)，電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。當(dāng)點(diǎn)燃電壓小于電源電壓時(shí)（電離電廠小于電壓之間電場(chǎng)），惰性氣體的原子被電離，大量的電子和離子充滿了輝光放電管，這些電子和離子被電場(chǎng)加速，和輝光放電管中的中性氣體碰撞，產(chǎn)生高頻可見(jiàn)光或紫外線，此過(guò)程由靜電書(shū)寫(xiě)筆來(lái)激發(fā)完成。

而當(dāng)需要對(duì)黑板上的全部字體進(jìn)行一次擦除時(shí)，電子黑板主體與清除按鈕連接，清除按鈕可使黑板中的電場(chǎng)低于消電場(chǎng)電壓，可使用黑板上的字體進(jìn)行全部消除。

除此之外，黑板底部的清除按鈕（4）使黑板整體的電場(chǎng)降低到消電離電場(chǎng)，輝光放電終止，黑板上的全部字跡消除。黑板頂部的攝像頭（5）與顯示屏相連，將教室中學(xué)生的狀態(tài)實(shí)時(shí)傳到黑板兩側(cè)的顯示屏（7）上;黑板頂部的揚(yáng)聲器（6）與多媒體相連，使多媒體發(fā)出的聲音可以被放大傳出;黑板兩側(cè)的顯示屏（7）與多媒體相連，使視頻播放、幻燈片播放等功能可以實(shí)現(xiàn)。在黑板兩側(cè)的顯示屏（7）以上兩個(gè)功能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)，可將顯示屏繞軸折疊，實(shí)現(xiàn)角度變換。

3.內(nèi)部設(shè)計(jì)

圖2為黑板的內(nèi)部等離子管裝置圖，包括前玻璃板（8），障壁層（9），電極（10）和后玻璃管（11），輝光放電管的組合方式為平行排列模式，前玻璃板（8）和后玻璃板（11）以及之間的障壁層（9）圍成若干個(gè)小氣室，將稀有氣體充滿小氣室，電源正負(fù)兩極分別并聯(lián)上電極和下電極，而電源電壓介于輝光放電管的點(diǎn)燃電壓和熄滅電壓之間。

書(shū)寫(xiě)筆采用靜電設(shè)計(jì)，由高壓靜電發(fā)生器、絕緣殼體以及開(kāi)關(guān)裝置（放置在筆前段）組成。當(dāng)教師使用書(shū)寫(xiě)筆，筆尖接觸黑板并按下開(kāi)關(guān)、接通開(kāi)關(guān)，使正高壓分布在導(dǎo)電塊上，進(jìn)而點(diǎn)亮輝光放電管，完成在電子黑板上的書(shū)寫(xiě)。

黑板擦采用靜電設(shè)計(jì)，當(dāng)開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，導(dǎo)電底板產(chǎn)生負(fù)高壓，達(dá)到熄滅輝光放電管的目的，進(jìn)行擦除黑板。

二、結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)下傳統(tǒng)黑板操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、污染大的難題，以及電子黑板可靠性差、成本高、書(shū)寫(xiě)體驗(yàn)差等問(wèn)題，提出了一種新新型的基于輝光放電管的電子黑板，輝光放電管具有可控雙穩(wěn)態(tài)、顯示精度較高、價(jià)格適中等優(yōu)勢(shì)，并在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，產(chǎn)生漫反射。本文提出的輝光放電管電子黑板的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1.應(yīng)用等離子體輝光放電技術(shù)，避免了傳統(tǒng)黑板帶來(lái)的種種弊端;對(duì)黑板上的字跡進(jìn)行嚴(yán)格把控，避免了效果延遲、清除不便等弊端;應(yīng)用一鍵清除，在操作上更加省時(shí)省力，提高工作效率。

2.應(yīng)用漫反射涂料，使教室內(nèi)所有角度學(xué)生無(wú)死角看到黑板上的內(nèi)容，避免由鏡面反射帶來(lái)的弊端。

3.使黑板實(shí)現(xiàn)多功能轉(zhuǎn)換，既可以作為書(shū)寫(xiě)教學(xué)的工具，又可以在其上進(jìn)行投影，顯示的內(nèi)容多樣化;同時(shí)，黑板兩側(cè)的顯示屏也可以進(jìn)行輔助。

4.經(jīng)濟(jì)效益上，比普通電子黑板應(yīng)用的液晶顯示屏更加實(shí)惠，全面節(jié)省了教育教學(xué)成本，提高效率。

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