高效自动清除黑板擦粉尘的装置

设计背景

在本项目研究前，设计者针对上海部分学校使用传统黑板和粉笔的情况与使用新型电子白板的状况做了一个调研，结果显示：现在上海绝大多数学校配置传统黑板与新型白板比大致为90：10，老师上课时更习惯使用粉笔在传统黑板上板书。

在传统黑板上进行板书，黑板擦上会粘上不少粉笔尘灰，如果不进行清除，再次擦黑板会在黑板上留下白茫茫的痕迹，影响板书效果。而仅仅靠敲打除尘效果不理想，还会影响周围环境空气质量。

设计原理

（1）采用吸尘器的工作原理：在除尘盒里装一个小型的直流吸尘器，用吸尘的方法达到对黑板擦清洁的目的。

（2）采用振动筛的工作原理：在除尘盒里用一个小电机带动一个小曲轴，靠曲轴的运动来带动一个筛子做往复的振动从而达到除粉笔尘灰的目的。

（3）采用“滚刷”清除粉尘的工作原理：在除尘盒里用电动机通过齿轮齿条使旋转的滚刷做往复运动来达到除尘目的。

为了更有效、更简便地除去黑板擦上的残余粉尘，设计者研制了第三代滚刷式高效自动清除黑板擦粉尘的装置。

在除尘盒里采用了自动控制系统（Arduino Nano开发板）、减速电机和可充电锂电池。由电动机通过齿轮齿条使滚刷作上下运动，其运动轨迹覆盖了整个黑板擦，同时滚刷又在不停地旋转，因此滚刷就能在黑板擦上作往复的除尘运动，滚刷除尘比起振动除尘更快捷，更彻底。

工作原理

（1）滚刷的自转：由电池供电给毛刷转动减速电机，由联轴器连接毛刷，并且为了使毛刷转动更流畅且摩擦阻力小，在毛刷两旁装上轴承。

（2）滚刷的上下移动：由滚刷的自转体系連接于毛刷上下移动减速电机，由电机带动齿轮在齿轮齿条上进行上下移动。为了使移动更流畅和平稳，还采用了直线导轨。

（3）黑板擦上下边界的探测：在毛刷板后面装上上下两块磁铁，当上磁铁碰到位于黑板擦上缘的干簧管时，适当的磁场将会使两片干簧片接触，从而接通电路，并且发送信号于Arduino Nano板；位于下缘的干簧管也是如此。

（4）元器件控制系统：Arduino Nano板连接干簧管和L9110电机驱动桥。当干簧管检测到滚刷要转向时，就将数据传给Arduino Nano板，再由ArduinoNano板里所撰写的程序，输出“转向”的指令到L9110电机驱动H桥，再由L9110电机驱动桥把指令发送给电机，从而完成滚刷转向。

实用价值

老师或值日生擦完黑板后，只要将有粉笔灰尘的黑板擦垂直插入此装置，电源即自动启动，黑板擦上的粉尘就会由滚刷清除，进入底层收集盒；同时滚刷又在不停地旋转，能在黑板擦上作往复的除尘运动；密闭的除尘装置，不会有尘灰泄漏出来，既方便又环保，黑板擦除尘率可达90%以上。

责编/高茜