基于STM32单片机的智能黑板擦

文/张志豪　白金超　马士腾

随着多媒体技术的发展，课堂教学不再依赖黑板，但板书直观、简洁的特点依然不变。目前，我国各类学校的课堂教学主要以粉笔板书为主，利用多媒体教学只在高校内盛行，大多数学校使用的仍是传统的黑板擦。当教师用黑板擦黑板时，只有少量灰尘粘在手上，而超过95%的灰尘颗粒漂浮在空气中，并且在擦除后，黑板的表面经常会留下不易清洁的粉笔灰，造成环境的二次污染。

1　硬件设计

智能黑板擦的硬件部分系统结构如图1所示，主要包括STM32单片机、无线充电模块、电机驱动模块、粉尘传感器模块、粉尘收集模块。

1.1　STM32单片机

STM32微控制器是一款集成电路芯片，包括一系列结合高性能，实时功能，数字信号处理，低功耗和低电压操作的32位产品，同时保持高集成度和易于开发的特性。STM32具有集成嵌入式闪存和SRAM存储器的ARM Cortex-M3内核，可与所有ARM工具和软件兼容。

1.2　粉尘收集模块

本装置采用静电除尘，在毛刷的绒毛之间存有缝隙，粉尘颗粒通过缝隙进入内部空间，此处采用易于拆卸安装的储放装置，当储放粉笔灰的装置盛满粉笔灰时，感应系统会提醒工作人员及时清理掉黑板擦内存储的粉尘。其理想模型如图2所示。

1.3　粉尘传感器模块

图1：系统结构图

图2：粉尘收集模型图

在多种粉笔字迹位置检测的方法中，使用光学方法具有灵敏度高、瞬态响应快、能耗小等特点。本次设计利用红外传感器测量黑板上位置，传感器测量精度高，同时具有温度补偿功能，从而获取准的粉尘位置。

1.4　无线充电模块

根据电磁感应原理，并利用相交流感应技术，收发端用适当的线圈发送和接收感应交流信号可以在短距离内进行无线充电。本装置采用的就是无线充电，省去了人工充电的麻烦，省时省力。

图3：工作流程图

2　系统的软件方案

当按下黑板擦上的启动按钮后，黑板擦依靠履带驱动方式按照规划路径以较快的速度在黑板上运动，粉尘传感器发出红外光，对粉笔灰字迹进行扫描，通过反射作用，返回黑板擦上的接收器，单片机对信号进行分析处理，确定黑板擦经过的路线上是否有粉笔灰；若监测到粉笔灰，黑板擦将以较慢的速度移动，并启动擦除装置开始擦拭黑板上的字迹，经擦除后的粉尘在静电场或压差的作用下，进入到板擦的收集装置中，当工作完成后，黑板擦借助姿态监测和边沿碰撞检测返回启动区域；黑板擦回到启动区域后，若电量不足，则配合预设的无线充电装置的线圈进行无线充电。其工作流程图如图3所示。

3　结语

黑板擦自动化程度高，操作简便，且擦除过程中无需人为干预，无需对现有黑板进行改造，黑板擦可自行吸附在磁性黑板上工作，适应性强，而且对于粉尘边擦边收集，大大减少粉尘污染，有利于师生身心健康，适用于广大院校；智能黑板擦工作完成后借助边沿碰撞检测和姿态监测，自行回到启动区域，无需人为挪动，若电量不足，能够在返回启动区域后启动无线充电。