王启明 张文凯 安昶帆 邢杰 高宏伟

摘 要：针对粉笔灰对师生身体健康存在较大隐患的问题，借助soildworks软件、可编程逻辑控制器等设计了一款人工智能黑板擦拭仪。该产品实现了黑板自动擦拭与智能控制功能，可满足分块黑板的需要。

关键词：可编程逻辑控制器;soildworks软件

1 作品简介

板书带来的“粉笔综合症”已成为广大师生的头号健康隐患。一名学生从小学到读完大学至少需要16年时间，这正是青少年生长发育的黄金时期，却要不断受到粉笔尘灰的危害;一名教师从站到讲台到退休大约工作40年，而他们生命的大半时间却都在“吃粉笔灰”。

随着技术的更新换代，黑板的样式也呈现出了多种形态，现阶段已有的擦拭产品已无法满足黑板更新的要求，于是人工智能黑板擦应运而生。本作品将实现黑板自动擦拭和智能控制功能，与现有产品的不同之处在于，该项目将着重解决分块黑板（可滑动式黑板）的擦拭问题。soildworks软件绘制原理图如图1所示。与一般作品不同，本文将着重解决三维控制的问题，以适应分块黑板的需要。

由于系统为机械控制，因此首选可编程逻辑控制器（PLC）。PLC对机械控制的功能较强，完全符合系统要求。实物接线完成后的PLC接线图如图2所示。

由于条件限制，使用LED灯代替电机。比如，电机的正转与反转用两个LED表示。打印的模拟图纸文件如图3所示。

值得强调的是，将遥控控制升级为语音控制，使系统更加智能，而这也是产品智能化不可忽略的一部分。

2 工作原理

系统包含上下兩主轨道，可供电机车滑行。上下两电机车将与一竖直轨道相连，竖直轨道上有可在此轨道上滑动的毛刷，两横一竖的三轨道实现了二维平面全覆盖，且毛刷可伸缩，解决分块黑板不同距离差的问题。soildworks演示图如图4所示。

使用LED灯表示电机的运行状态，对项目可行性进行仿真。实物仿真如图5所示。

系统选用西门子S7-200控制器，STEP7软件程序图如图6所示（由于版面有限，只截取两个功能的部分程序图）。

3 创新点

系统的主要创新点在于实现了三维控制，高部分实现难度较大，但也是实现擦拭多功能黑板的必经之路。经过仿真，证明了系统完全可行，同时将遥控器控制转化为语音控制，实现了黑板擦拭的智能化。

4 市场前景

高中阶段教育（包括普通高中、成人高中、中等职业学校）共有学校31 255所，全国共有普通高等学校和成人高等学校2 321所。其中，普通高等学校1 908所，成人高等学校413所。普通高校中本科院校740所，高职（专科）院校1 168所。全国共有培养研究生单位795个，其中高等学校479个，科研机构316个。由以上数据可知，产品受益者众多，市场应用前景广阔。