多功能黑板的设计.docx

1、多功能黑板的设计摘要.随着教育事业发展，黑板对老师的危害也日益明显，我们设计的多功能黑板以简单、实用、高效为目的，解决了传统黑板在日常使用中的一些问题，通过对黑板擦进行改进，可以实现对粉尘的吸收，大大较低粉尘对老师和学生造成的危害，净化空气,有利于形成良好的教学环境。同时在原有黑板的基础上，添加了双杠和单片机，实现了快速划线、自动擦黑板的功能。经过反复测试得出的实验结果表明，该黑板工作稳定，性能可靠，功能测试效果良好。关键词：自动擦黑板除尘画线第二章系统介绍2. 1总体尺寸设计此作品的特点在于不局限于同一尺寸，稍加改进可适用于各种大小形状的黑板，为了便于制作，此次我们的样品并未采用传统黑板的尺

2、寸，而是选用了稍小一些的黑板来作为模板。1、黑板的外形尺寸为了便于电机的安放，此次选用黑板尺寸较宽；因为作为样品，所以尺寸不宜过大，另外从美观的角度进行考虑，黑板长度取90cm,结合正常的黑板长宽比例并在此基础上稍宽，因此宽度取60cm。2、板擦的外形尺寸板擦作为整个多功能黑板的核心，是各种功能实现的载体，因此内含多个重要部分。为了兼具美观与实用，板擦不宜过宽过高，长度接近于黑板的宽度。因此长取50cm,宽取8cm,高取6cm。3、丝杆的外形尺寸丝杆作为板擦的固定与传动部分，长度应与黑板长度相仿，除去联轴器的部分我们将丝杆的长度确定在70cm,具体的选材我们选用了直径16mm的丝杆，外形如图2

3、-1所示。图2-1丝杆实物图4、结构的协调尺寸为了协调各部分与开关装置更好的的组合为一个整体，组合后的整体可能还会稍作调整。2.21作的可行性分析2.2.1结构的可行性分析多功能黑板分为写字区、清洁区、动力与传动区、电路控制区。1、板擦能够很稳固的被固定在写字区上方，并且贴合紧密，由于采用了海绵，黑板与板擦的接触面存在缓冲，不会存在长时间使用后出现空隙的问题。2、动力是由步进电机提供的，传动是通过丝杆来完成的，丝杆随着电机的转动而转动，丝杆转动的同时板擦也会运动，从而起到擦除黑板的作用；通过丝杆传动还有如下优点：（1）与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3：由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多

4、滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动幺幺杠副相比驱动力矩达到1/3下，即达到运动结果所需要的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。（2）高精度的保证：滚珠丝杠副是用于日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得到以充分保证。（3）微进给可能：滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的滑行现象，能保证实现精确的微进给。（4）无侧隙、刚性高：滚珠丝杠副可以加予压，由于予压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给

5、滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可是丝母部的刚性增强）。（5）高速进给可能：滚珠丝杠由于运动效率高、发热小，所以可实现高速进给（运动）。3、电路控制区域是独立于主体来实现对黑板的控制的，由于选用丝杆进行传动，从而摆脱了电源线的束缚，美观并且实用。2.2.2性能的可行性分析图2-2丝杆传动滚动螺旋的工作原理如图2-3所示，丝杠4和螺母1的螺纹滚道间置有滚珠2,当丝杠或螺母转动时，滚珠2沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置3,如图2-3所示的反向器和挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道

6、内循环。图2-3滚珠螺旋工作原理图1、滚珠丝杆副的选用与校核计算导轨摩擦力Fu=u(mi+m2)g=6.615N(2.1)其中m.=3kg一一移动负载；=1.5kg联轴器和滑块质量；u=0.15导轨与支撑之间的摩擦系数U查下表2-1：表2-1常用材料的滑动摩擦系数摩擦副材料静摩擦系数U,动摩擦系数u无润滑有润滑无润滑有润滑钢-钢0.15o.ro.120.10.050.1钢-育铜o.ro.7(2.2)2、轴向载荷Fg”和等效轴向载荷氏的计算Fx(rax=kFx+u(凡+G)+(nii+m2)a=15.84N其中负载移动阻力系数k=1.15;Fx负载移动阻力；Fz=m2g

7、;G=ing;a=v/t=5mm/s'FFIS.8N;3、预设滚动丝杆基本参数螺纹公称直径一一d0=16mm；圈数X列数iXk=2.5Xl；螺杆滚道曲率一一rs=0.52Dw;转速n=V/Ph=120r/min;4、计算动载荷Ca'=khKfKtlK1Fjkn=90.95N(2.3)寿命系数Kh=(Ln/500)1/3工作寿命Lh查下表2-2：表2-2各类机械预期工作时间机械类型Lh备注普通机械500010000普通机床1000015000250(天)X16(h)X10(年)数控机床20000X0.5(开机率)=20000精密机床20000测试机械15000航空机械1000由于

8、是普通丝杆传动，选Lh=15000h；乂查表得：载荷性质无冲击平稳时一般运行有冲击和振动Kf1-1.21.2-1.51.5-2表2-3载荷系数表2-4硬度系数硬度系数大于等于585550K.<1.01.111.56表2-5精度系数精度系数1、2、34、57K,1.00.90.8由上表知:载荷系数Kf=1.2；动载荷硬度系数Kh=1.0;转速系数Kn=(33.3/n)",其中n是丝杆转速；短行程系数Kl=1.0；寿命系数K广(U/500)"。5、螺旋导程角X入二arctanPh/刀d()=arctanO.417=4.6"6、基本额定载荷校核GCa=fc(ico

9、sa)07Z2/3D/tana=368.6Nfc=K.：-K1(-KaR=19.008其中ft：与滚珠丝杆副滚道的几何形状制造精度和材料有关的系数载荷系数Kl1.2；动载荷硬度系数K=1.0;精度系数Ka=1.0;一圈螺纹滚道内的钢球数量Z=udo/Dv；钢球滚到便面在接触点处的公法线与螺纹轴线的垂直线间的夹角a=45°由上可知：G大于C：10(2.4)5)(2.6)7、基本静载荷如'计算Coa=K,Kh«F=6.6N*1.2=7.92NKi；静载荷硬度影响系数取Kh'=1.0;-载荷系数取Kf'=1.2;轴向载荷取F=6.6N;基本额定静载荷Coa

10、=focizD/sina=5261N当a=45”时,rs/Dw=0.52,诲3.7小于如,所以符合要求。8、丝杆轴向总变形量58=8f+8T+8a+8t=2.625*103mm+2.898*10fimm+5.664*10'mm+1.1*10hmm=2.686*10_3mm9、丝杆的轴向刚度KlF/6=245710、刚度条件KJ-丝杆允许轴向刚度K/J、于K«=18*10l所以符合条件11、重复定位度二土F”/K&二0.00269mm=2.69PmK6：轴向刚度R：导轨间最大静摩擦力小于=().05min=50Mm所以符合要求12、滚珠丝杆副的许用转速Dn值(1)滚珠丝

11、杆副的许用转速滚珠丝杆副的转速过高，会产生共振，影响正常运转，损坏机器。nIK1A<nc=(60aX2/2nL2)*(EIg/rA)1/2=fd2*107(r/min)a：安全系数，a=0.8E：弹性模量,E=2.07*105MPaI：丝杆剖面最小惯性矩，1=nd22/64dj螺纹底径，mm9.8N/Kg材料比重，二7.65*10卞/倾'螺纹底径面积,A=Jid22/4(mmL，)计算许用转速上用的安装距离，mm11g：r：A：L<:(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)(2.11)(2.12)(2.13)固定一固定安装方式中，&为丝杆计算长度，指F和T作用处到

12、固定轴承端的距离，Lc=30mni,安装系数如下表2-6所示表2-6安装系数表序号安装方式XfK,Kr1固定-自由1.872固定-支撑3.92715.12203固定-固定4.73021.9440(2)滚珠丝杆副的Dn值当滚珠丝杆精密等级为15级时：20710mm*r/min=l0*2071二d血心W70000mm*r/min13、传动效率：由螺旋运动变为直线运动时，(2.14)H=tanX/tan(X+p*)=0.417/0.41994=99.3%tanP'=0.0025tanX=0.417X:螺纹升角通过初步计算，我们可以确定:(1) 电动机可以带动整个运动。(

13、2) 丝杆的选取符合要求。(3) 传动相对稳定。第三章软、硬件设计3. 1硬件设计3.1.1系统总体控制系统主要由单片机控制系统和电机驱动系统两大部分组成。其中单片机控制系统的处理器采用ST公司的STM32F103VET632位增强型单片机，完全可以胜任本系统的计算和处理速度。由于采用步进电机，为了使电机能够稳定工作，采用3977步进电机专用芯片。运动系统主要通过单片机将输出信号给3977驱动电路，由于3977采用新型的双极性恒流斩波技术，使电机运行精度高，振动小,噪声低，运行平稳。传感器系统由红外模块等组成。各部分采用模块化设计，具有一定的扩展性，开发绷推I单易行。3. 1.2红外光电开关红

14、外光电开美是一种红外调制型无损检测光电传感器。它采用高效红外发光二极管和光敏三极管作为光电转换元件，工作方式有同轴反射式和对射式两种，使用电源有交流和直流两种。红外光电开关的检测距离为005-10m,并有灵敏度调节及动作前后延时等功能。产品具有体积小、使用简单、性能稳定、寿命长、响应速度快以及抗冲击和抗干扰能力强等特点，可广泛应用于现代轻工、机械、冶金、交通、电力、军工及矿山等领域的安全生产、自动生产控制及计算机输人接口信号。该设计将红外光电开关作为黑板榇前进和后退的开关，电路控制框图如图3-1所示：图3-1板擦工作框图3.1.3电源变换电路设计供电系统分为两部分：单片机需要+3.3V的电源，

15、而步进电机需要+12V的电压驱动。我们通过将220V交流电转换成12V直流电，再通过7805三端稳压芯片将12V转换成+5V电压，再通过AMS1117-3.3三端稳压芯片将电压由+5V降到+3.3V为单片机供电，通电电压转换原理图如下。Ti图3-2电压转换原理图1图3-3电压转换原理图2+SVI±C)OICuf图3-4电压转换原理图33.1.4A3977步进电机驱动电路图VCC5V23IS1NIS2STEFIKAGNDVCC5VTSTEP26VDDST"08VCPSTEPTTQ3B1DIRUoVBB2Re:MSIOUT1ACT"TmA3977xLP01XxASLE

16、EP0UT2BRESETSENSEIENBLESENSE：HONEVREGAGND?FD?GNDSR1628TT25jTIsVCC12VxC39470uF.16V1G4AGNDQUT1AOUT130UT2A0UT2BAGNDIPSJ?9CC5V丁14R1SO.25R7TTH)3)5D')9TOTTTTFl图3-5A3977步进电机驱动电路图0UT1A|R280UT2A0UT1B0UT2BMS2MSICN4Header43.2.1软件流程图图3-6软件流程图3. 2.2单片机最小系统电路图SN32F103YET6控制器5.M.9HUJ95.M.9HUJ9VIAUocvrACG>ir

17、c_AXPT*«CCCOUCZ»WTCC3OTUC_A2CWOSCXLWpvgour、®»5«CiOGG.OUT»«T*CQADCta_»fOATg.ShF5*C-VCV«jWT5=9M2ajCUTMM.Cx.U8Tl.TX5PQ.wwwTho.CMi，msooCKTX/Jrtl-KX，ra.CKWlTRACgavOTq.OC«5P»1JMX"«*®*aWVWffTTL<ADC1：lTlQJ>4t-pWT»«.CMTi<

18、;JT«*AXeARTn.»TM.CKi>Wt2VCnC*CAKCARTJU1T*e_CK4AXU3LWMC.O*8.4=*，JSS.VSZFTZ_OXKUXr，82JM=M«5a，-KWC_0UTiAXi5sOTFUCJC'TaiQJCCUJAffTCXPOCraCJWVtfTMlARTU*c*rLMC_wexr_n<ywMQ.cumjMn_cts«DyTW3-KV&APnjSOQJ>OflOtOSCCMTffSUiJJJCn°OOC6CJHF5MCJOCAJ«»C-JWFT.TX50IQ

19、_CJW»n_O(OCiiAfiAffX.WOQ.JVXAFnjttFXGr<TVKIO_DMJGMTV*JMiUTORVCKSVBG-S-T*肽WJTCFZCUE4VOQJ%»CA>DC1ZJNUCVOCI5”ftWOCTie3VCw»TMiriJ>TMFSWCTWl-OCNe«HCS<CJ»TWx.OCFracjDvnuLCMjNtiirwcjymr.cic*eurwc_oivtmh.cm*stoc.fcaAfen.TxiMft.crt、llQCi>OMJ&«eTVWT>XAA1WT1E

20、VCK>©AUWMJWnJJIfiiOPCATX.rwiTPPA*、wrurrvj5KMCAK_Rxrwi4PAWXAffH-RXR皿PAMJ&M»Tl.TXrBMJ>C*JBMT1.CWT1*1.&«WOOPTMB-&WMK>Ot?TMA-C*Uwm<cKi5aQj»tML>eWe2S3.WX*TM.C>CWjr*Tie.CK2Aacu.wxCH-wjTM.CMi5«WCJM.XPOUnMCJ»M4.C-<5eiF»C_A”-M_C«CPOisra

21、jMTrM-CHtAFnjrpi<aziCAXAim_cT?FDUn>*ptUJBARn_OtWU*3l4WTJ_n>.*wsvc_&iwan.nPBtSVQ>C6*e2SSaT»fl.CHM0Bw5Rots<ynvi.CM3v«fiARn糜冷jsRZjov工(xun.CT&mM_cM*=«1»PQjttMKiJVMX2_»eMJ6n_OVT»r><TN图3-7STM32单片机控制电路原理图3.3工作原理下面对多功能的工作原理进行说明：1、擦黑板的过程通过开关来进行控制，通过电

22、路的设计，可以随意控制启动与暂停。电路部分通过对STM32单片机进行编程来实现对电路的智能控制，驱动步进电机以及控制板擦的运行；另外也可以通过串口通信原理可实现对黑板的无线控制，通过遥控器来控制板擦的运行也。2、步进电机在获得不同信号时会进行不同的运动，如表3-1所示表3-1步进电机运动情况上电机状态下电机状态黑板擦运动情况正转正转直线前进反转反转直线后退3、丝杆的一端与电机相连接，另一端与连轴器相连接，然后板擦通过螺母再连接上另一根丝杆，电机通过正反向的运动从而带动齿轮正反向的运动，因为丝杆处于固定的状态，当电机转动时，会带动板也跟着运动。4、板擦在运动的过程中，与黑板表面接触的部分将起到对

23、黑板的擦除功能，板擦中间的海绵会起到一定的吸尘作用，另外两端的胶皮也会防止粉尘溢到外面；当我们如果实现了对板擦的内部结构的改造时，板擦在运动时，板擦内部的扇叶也会启动，形成对粉尘的吸力，然后通过粉尘袋实现对粉尘的回收，这样可根本性的解决粉尘的问题。5、板擦两端均安放有粉笔的卡槽，用以实现辅助快速画线功能，将粉笔固定在板擦的一侧时，板擦在朝另一侧运动时即可实现画线功能，而且不论多长都能确保笔直,并且画线的过程和擦黑板的过程可以同时进行；用大板擦榇黑板的过程还可确保黑板擦完后整个板面保持一致性，不会像手工擦完后出现很多模糊区域的情况。3.4机械结构设计原理图如图所示:1图3-8黑板完整装配图图3-

24、10连轴器三维图,图3-11连轴器三视图图3-12步进电机三维图图3-13步进电机三视图图3-14滚珠螺母三维图图3-15滚珠螺母三视图第四章创新点及应用4. 1创新点1. 快速擦黑板，通过电机运转来实现自动榇黑板，速度快，省时省力，既避免了浪费讲课时间，也给了用心板书的老师休息的时间。2. 无线控制功能，通过串口通信，在有线控制的基础上，实现了无线控制，更实用，更具人性化。3. 吸收掉落粉尘，粉尘对人体的体表还有呼吸道都有很坏的影响，长时间接触粉尘更是如此，我们通过简单的构造却实现了大大降低粉尘的目的，净化了教室环境，满足了绿色环保的要求。4. 快速划线，可以实现常用的画线功能，并且使用板擦

25、和画线板时互不影响，允许使用者根据不同的需求自定义构图，这一切都简单可实现。4.2应用社会的持续进步，以及科技的不断发展让我们身边的事物在不断的更新，例如教学黑板，现在市面上有水泥黑板，毛玻璃黑板，水彩黑板，木质黑板，铁质黑板等等各种各样的黑板，每一种都有自己的特点，但是多功能黑板能够真正拥有绿色，健康,便捷三大特点。多功能黑板在功能上的创新将会在未来的教学、工作交流中得到很好的运用。在家庭教育、大型会议室以及教室都可以得到很好的推广运用。R前对于家庭及幼儿园幼儿教育，传统黑板粉笔所带来的粉尘严重影响幼儿身体甚至整个家庭生活环境也会变得很差，这些都使得许多传统粉笔黑板已经不能应用于此种教学，所

26、以我们这种新型多功能黑板将对此种情况产生革命性变化，这种黑板将以全新的理念使得幼儿教育更加健康，绿色，环保，便捷。在价格方面，多功能黑板初步估计与传统黑板差价在量产后会很小，与现阶段仍保持高价的电子白板相比，是可以被接受的。结论我们的多功能黑板与现今的黑板相比最大的进步就是具有自动擦除和吸尘功能，解放双手的同时也很好的解决了粉尘的飞扬，其原理类似于吸尘器，黑板的的下方装风扇式粉尘吸收器，它能在电动机的高速驱动下，产生极大的转速，从而产生极强的压力和吸力，将叶轮中的空气高速排出，同时使吸尘部分内空气不断地补充进风机。这样内部会产生顺势真空，与外界就形成较高的压差。粉笔末随空气被吸入吸尘部分,并经

27、过漏器过漏，将粉笔灰尘收集于尘袋内，供循环利用。其实，黑板的下方边框就相当于安置了一个巨大的吸尘器，通过黑板间的微小空隙吸收黑板上的粉尘，擦除字体痕迹，避免了传统手擦黑板引起的粉尘飞舞的现象，老师可-以不再被粉笔灰呛住，前排学生也不会在上过课后一头白末。我们的多功能黑板就是在黑板看不见的地方安置各种元件，并设有电源及电路，旁边有个按钮能够控制吸尘黑板，在适当时候清除字迹，吸收粉尘。辅助画图的加入让板擦的部分也得到了充分利用，在不增加结构的同时实现了更多的用途，最重要的是辅助画图工具既实用又好用，很好的节约了课上画图的时间，也让图形更加标准化。当然，黑板不可能无限制地吸收粉尘，还需要尘筒的配合。

28、尘袋设置在讲台旁边，便于进行清理，收集满的时候可以进行回收利用。这样既可以解决粉尘污染的问题，还可以回收到造粉笔厂再利用，节约材料，绿色环保。参考文献1 刘宝廷等编著.步进电动机及其驱动控制系统M.哈尔滨工业大学出版社.1997.10:54-60.2 康华光.电子技术基础.模拟部分M.北京高等教育出版社.1999.6：120.3 张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社.2001.7:119-125.4 梅晓榕.自动控制元件及线国.哈尔滨工业大学出版社.1993.5:70-75.5 任致程.实用电动机控制电路350例国.北京：人民邮电出版社.2002.132.6 李全利.单片机原理及接口技

29、术M.高等教育出版社.2004.6:66-78.7 阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统M.北京：机械工业出版，2009.2:30-36.8 王兆安,黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社.2000.3:65-70.9 华成英.模拟电子技术基本教程.国北京：清华大学出版社.2005.4:70-79.10 CharlesPoynton.ATechnicaltoIntroductiontoDigitalVideo,JohnWiley&Sons.M1996.200.11 LewinEdwards.EmbeddedSyetemDesignonashoestring:Achiev

30、ingHighPerformancewithaLimitedBudget,jNewns,2003.165.12 Mt.Prospect.MCS51FamilyofMicrocontrollersArchitecturalOverview.MSeptember1993220(5)360-380.图附录T多功能黑板的实物图软件程序：#include，stm32f10x.hvoidRCC_Configuration(void);ABSTRACTWiththedevelopmentofeducationandtheharmoftheblackboardtheteacherisbecomingmorea

31、ndmoreobvious,wcdesignthemultifunctionalblackboardinasimple,practicalandefficientforthepurposetosolvethetraditionalblackboardindailyuseinsomeoftheproblems,throughwhichistheimprovementoftheblackboarderasercanbeachievedonthedustabsorption,greatlyreducethehazardscausedbythedustofteachersandstudents,pur

32、ifytheairandisconducivetotheformationofgoodteachingenvironment.Alsointheoriginalblackboardbased,addtheparallelbarsandMCU,realizethefunctionoffastscribing,automaticallyerasetheblackboard.Theexperimentalresultsoftherepeatedtestsshowthattheequipmentisstable,reliableandeffective.Keywords:Automaticcleani

33、ngblackboardRemovedustDrawalinevoidDelay(_10uint32_tnCount);voidGPIOConfig(void);voidneixian(void);/*J*J*J*p*J*1*J*1*J*p*J*J*p*J*1*1*1*pGPIO初始化CC5Cxjcc*cccc|cC5C5Cx|cCxCxjc?|c»ccc|c|cx|ccccc*c*|cc*CxCjc5Cc*cvoidGPIOConfig(void)voidGPIOConfig(void)/GPIO配置GPIO_InitTypeDefGP10_lnitStructure;RCCAPB

34、2PeriphClockCmd(RCCAPB2PeriphGPTOA|RCCAPB2PeriphGPTOB|RCCAPB2Periph_AFI0,ENABLE);GPIOInitStructure.GPIOPin=GPI0_Pin_01GPI0_Pin_l|GPI0_Pin_21GPI0_Pin_3;选中PAO为推挽输出GPIO_InitStructure.GP10_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;/推挽输出GPIOInitStructure.GPIOSpeed=GPIOSpeed50MHz;GPIOInit(GPTOA,&GPIOInitStructure):GPIOIn

35、itStructure.GPIOPin=GPI0_Pin_01GPIO_Pin_l|GPI0_Pin_21GPI0_Pin_3;/选中PAO为推挽输出GP10_InitStructure.GP10_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;/推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPI0_Speed_50MHz;GPIOInit(GPIOB,&GPIOInitStructure);GPIO_InitStructure.GPIOJfode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;浮空输入GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStr

36、ucture);/把4,5,6,7,8,9,10配置成浮空输入/X*、1、£、1，、1，、1，、1、1，、1，、1，主函数viz*1*1*Zz*X*1*1*1*X*%1*£*X*xlz*1xl*/z*X«X*%lz1*£*X*xi*1*1*Z*X*T»，、，.、匕、*»*Y*，.、*T*，.、V*,*Y*Y*，,、*,*Y*，.、，.、*Y*，,、，*Y*，.、4、*Y*，、4、*Y*，、，.、*Y*T*，广，、*T*T*，,、*,*Y*，,、，L*T*f*，7*匕、*Y*，.、，、*,*，.、intmain()a=GPIO_Read

37、InputDataBit(GPIOA,GP10_Pin_4);/读取PA4的值左1b=GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPI0_Pin_6);/读取PA6的值右1GPTOConfig();GPIOResetBits(GPIOA,GPI0_Pin_2);/PA2=0右转方向GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);/PA3=1左转方向while(l)!«J、,、1，、1，、1，、1，、X*、1，、,、【,L*f>、,、1，、I、1，«A*,、«A«、,、1，«>«、】、,、1，*1

38、*!*r*T*r*jc|c|ccj|c?|c|c|cc?|cjjcjc5gCj|c?|c|cjc?|cjcjcjcjcjcjcjjcjc?|cJc|cc?cjcc|cj|c?|c|c|cc?|cjcjcjcj|c|cjcjc|c|c|cjcj|c?c|cjc?|c?|c|c|c?cjcjc5gCj|c/GPIO_Config();GPTOResetBits(GPTOA,GPTOPin2);/PA2二0右转方向GPIO_SctBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);/PA3=1左转方向while(l)if(a1)/右转动GP10_ResetBits(GPI0A,GPIO_Pin_0GPI0

39、_Pin_2);/PAO=0Delay(0xl4ff);GPTOSetBits(GPTOA,GPTOPin0|GPIOPin3);/PA0=1Delay(0xl4ff);Delay(0xl4ff);/400hz右转GPIO_ResetBits(GPIOA,GPI0_Pin_0|GPI0_Pin_2);/PAO=0Delay(Oxldff);GPIOSetBits(GPIOA,GPIOPinO|GPIOPin3);/PAO=1Delay(Oxldff);Delay(Oxldff);/400hz右转if(b=O)/左转动GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pi

40、n_2);/PAO=0Delay(0xl4ff);GPTOSetBits(GPTOA,GPTOPin1|GPTOPin3);/PAO=1Delay(0xl4ff);Delay(0xl4ff);/4OOhz左转GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_2);/PAO=0Delay(Oxldff);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_3);/PAO=1Delay(Oxldff);Delay(Oxldff);/4OOhz左转jjcW：jjlx|c5|C*|*名称：voidRCC_Configuration(void)功

41、能：系统时钟配置为72MHZ入口参数:出口参数:说明:调用方法:*l*T*.*，,、*.*T*T*.*，,、*T*，T、*7'，.、,、*T*,、*.*.*T*T*，,、，,、*T*T*,、，,、*.*T*，,、，,、*T*T*T*T*，,、*T*T*.*，,、,'、*T*7*,*,、*T*T*.、*.*T*T*,、*T*T*T*T*，,、*.*T*T*,*，,、*T*T*T*T*，,、voidRCC_Configuration(void)Systcmlnit();/xXxxl*si*sfxxl*xl*si*vl*vizvj*kIz«Xxxl*xi*2xxl*

42、1;Az*£xxX#si*«Azvl*viz%£x1*vi*xiz«/x«XxV&*«Xxxl*vl*lxs£z«£z*£»vl*«£z，*、，、4、*1*，、，L弓、，上、，卜'L七、4、*4*，L%、，卜'卜弓、，、，、7*匚、4、，.、，卜4、*T*，卜*»x，'、*，,、4、K、，、气、七、4、，*、，.、匚、，,、'4、*，卜4、*?*，.、，,、七、，'、4、名称:名称:voidDelay(10u

43、int32_tnCount)功能:功能:延时函数入口参数:出口参数:说明:调用方法:«j、1，*1*1*1、,、1，、X*、1，.«A«、1，、1，wxr*T*r*voidDelay(_10uint32_tnCount)for(;nCount!=0;nCount一一)；绪论1第一章设计方案31.1总体设计构想31.2板擦框架方案比较31.3动力及传动结构方案比较41.4吸尘结构方案比较41.5丝杆的设计方案的比较5第二章系统介绍61总体尺寸设计62.2工作的可行性分析72.1结构的可行性分析72. 2.2性能的可行性分析8第三章软、硬件设计131硬件设计132.

44、1.1系统总体控制131.2红外光电开关133.1.3电源变换电路设计133.1.4A3977步进电机驱动电路图153.2软件部分163.2.1软件流程图163.2.2单片机最小系统电路图173.3工作原理173.4机械结构设计原理图18第四章创新点及应用221创新点223. 2应用22结论23参考文献24致谢24附录25绪论重庆日报报道，粉笔烟尘这东西让老师吃够了苦头，纷纷中了慢性咽喉炎的招。杭州市一家小学的校医对记者说，他们学校除了新来的年轻教师外，其他教师绝大部分都患有咽喉炎。虽然无尘粉笔的粉尘要少一些，减少了教师患咽喉炎的几率，但长期以往地接触仍使得教师咽喉炎的发病率比其他行业高得多。

45、除了咽喉，声带也是老师“容易受伤”的部位之一。常见的声带结节是由于声带长期连续使用，或发音方式不正确，造成左、右声带不当的撞击，增生结节。表现为喉咙痛、说话声音沙哑。当我们看到此报道时，真替老师们担心，特别对于初高中的老师，他们的板书量非常的大，每节课都要擦好些次黑板，擦黑板的时候能吸收更多的粉尘，加重了老师对粉尘的吸收，基于以上，我们的多功能黑板的自动擦出和吸尘的功能，能够保护环境，使老师远离粉尘，摆脱粉尘的威胁，减少教师职业病的发病率，保护老师的健康。在现实的工作生活中，黑板作为我们经常接触并且使用的一种教学工具被广泛大规模的使用，尤其在学校或者教育培训机构里面作为不可或缺的一部分己长期存

46、在并且以后也将继续会被长期使用下去。作为基础的教学工具，我们都很熟悉黑板自身所具有的优缺点，譬如最常见的位置一般比较固定，可移动性不好，所以经常会发生黑板上方很难擦到并且擦不干净的情况，这个问题在中小学表现的更是尤为明显；并且长此以来伴随着粉笔的使用，粉尘是黑板抹不去的一块伤痕，每当擦黑板的时候就会有大量的粉尘弥漫到空气中，对老师还有前排同学会造成很大的影响，不单单会让人感觉到苦恼，长此以往对人们的健康也会造成较严重的危害。目前，我国大多数地方处于“传统黑板+粉笔灰”时代，其缺陷如下：1、对老师来说（1）传统黑板存在着板书不便（老师须弯腰踮足）、难擦拭的缺点，一天至少写十几块黑板，多数得老师自

47、己擦，因此十分累。（2）漫天飞舞的粉笔灰使老师容易患上咽喉炎、颈椎病等职业病。2、对学生来说（1）黑板始终放在最前面，对前排同学视力不好，后排同学看不见。（2）人体吸入大量的粉尘，在口腔、呼吸道、肺部沉积，容易造成慢性疾病的频发。严重影响生长期的学生身体健康。因此我们必须着手去解决这些对人本身有害的东西，于是我们为其加入了以下创新：1、自动擦黑板，通过电机运转带动板擦的运动来实现自动模黑板，速度快省时省力，既避免了浪费讲课时间，也给了用心板书的老师休息的时间。2、吸收掉落粉尘，粉尘对人体的体表还有呼吸道都有很坏的影响，长时间接触粉尘更是如此，我们通过简单的构造却实现了大大降低粉尘的目的，净化了

48、教室环境，满足了绿色环保的要求。3、快速划线，可以实现常用的画线功能，并且使用板擦和画线板时互不影响，允许使用者根据不同的需求自定义构图，这一切都简单可实现。一直以来，教育问题都是备受关注，学生的未来即是社会的未来。教学条件不仅关系到学生的学习环境的好坏，影响到学子们接受科学知识的心态，还会对老师和学生的身体健康造成影响。因此，我们要对学校里的环境进行改善，保证学生在接受教育的同时尽可能拥有良好的体魄。现在我们仅从上课时的环境问题进行分析，从而发现各个方面的漏洞，从小细节关心学生的发展和教育的形式。虽然就近来看，多功能黑板的造价要远高于现在我们所使用的普通黑板，但是就长远来看，资源的回收利用可

49、以减少造价，同时有利于环保，更重要的是，多功能黑板大大提高了教育的效率。第一章设计方案1.1总体设计构想为了实现自动擦黑板与快速画线的功能，我们需要为黑板加上一个能够主动运行的板擦装置，为了尽量美观并且易打理，所以采用模块化的结构会更好，板擦和黑板通过卡扣的方式连接在一起，易于安装和拆卸；在板擦能够主动运行的要求下，需要为其安装动力装置以及传动模块。为了让擦黑板的时候尽可能少的有粉尘溢出，可以在板擦的选材以及内外部构造上进行创新，从多方面去解决粉尘的问题，这样将大大有助于改善教室的环境。该多功能黑板与现今的黑板相比最大的进步就是具有自动擦除、吸尘和快速画线的功能，解放双手的同时也很好的解决了粉

50、尘飞扬的问题，根据吸尘器的工作原理，在黑板的的下方加装风扇式粉尘吸收器，在电动机的高速转动的时候，能够产生极强的压力和吸力，将板擦中的空气高速排出，同时使空气不断地从吸尘部分补充进风机。这样内部，会产生顺势真空，与外界就形成较高的压差。粉笔末随空气被吸入吸尘部分，并经过漏器过漏，将粉笔灰尘收集于尘袋内，供循环利用。我们采用STM32F103VET6增强型32位单片机来进行控制，这款MCU稳定性比较好，能够适用于长时间工作；动力的提供上我们选用2个42步进电机42BYGH47-401A,这种电机扭矩大，能够带动丝杠运动，步进电机驱动我们采用3977步进电机专用驱动电路。我们的丝杆通过弹性螺纹联轴

51、器与电机相连接。辅助画图的加入让板擦的部分也得到了充分利用，在不增加结构的同时实现了更多的用途，最重要的是辅助画图工具既实用又好用，很好的节约了课上画图的时间，也让图形更加标准化。当然，黑板擦在吸收粉尘的同时，还需要尘筒的配合。尘袋设置在讲台旁边，便于进行清理，收集满的时候可以进行回收利用。这样既可以解决粉尘污染的问题，还可以回收到造粉笔厂再利用，节约材料，绿色环保。1.2板擦框架方案比较为了尽可能小的影响黑板的正常使用，板擦不宜过大。并旦板擦和黑板面必须要贴合紧密以确保擦除的整个过程都能擦干净，因此板擦和黑板的连接方式很重要，既要确保紧密而且要保持稳定不会出现部分地方过于紧密或松弛，影响其运行或者擦不干净。板擦需要实现快速绘线的功能，因此该模块需要平行于黑板的边框。由此产生了以下两种方案：方案一：板擦平行于黑板上下边框，将黑板擦通过卡扣的方法固定在左右两端铺设好的轨道上。此结构由于轨道长度较短，所以擦