下载文档原格式
248 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology●基金项目：大学生创新创业训练项目（20161236）资助。
【关键词】智能 STM32 无线充电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，在毛刷的绒毛之基于STM32单片机的智能黑板擦文/张志豪 白金超 马士腾间存有缝隙，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。
编号毕业设计（论文）题目基于单片机的环境安全检测系统的设计毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：指导教师签名：日期：日期：注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 本课题要实现的目标及研究的主要内容 (1)1.1.1 研究的目标 (1)1.1.2 研究的主要内容及简要分析 (1)2 系统总体设计 (2)2.1 系统设计原则 (2)2.2 系统总方案的选定 (2)2.2.1 主控制器方案的选型 (2)2.3 系统组成框图 (11)3 系统的工作原理 (11)3.1 传感器的基本特性 (11)3.1.1 传感器的静态特性 (12)3.2 温度传感器 (12)3.3 湿度传感器 (17)3.3.1 特点 (17)3.3.2 湿度的计算方法 (18)3.4 气体传感器MQ-2 (20)3.4.1 特点 (20)3.4.2 结构、外形 (20)3.5 气体传感器MQ-5 (21)3.6 单片机AT89S52 (23)3.7 AD转换器TLC2543 (27)4 系统的硬件设计和连接 (29)4.1 温度检测电路设计 (29)4.2 湿度检测电路设计 (30)4.3 1602液晶与单片机的连接 (30)4.4 声光报警电路设计 (31)4.5 时钟电路 (32)4.6 复位模块 (33)4.7 烟雾、可燃气体、有毒气体检测电路设计 (34)5 系统软件设计与调试 (34)5.1系统软件总体设计 (35)5.2 软件设计流程图 (35)5.3 系统硬件调试 (36)5.3.2 联机仿真调试 (37)6 总结与展望 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录1 环境安全检测系统原理总图 (42)附录2 环境安全检测系统设计源程序 (43)摘要环境安全检测系统是对环境中的温度、湿度、烟雾、可燃气体和有毒气体进行检测的装置，该系统能显示当前环境中的温度和湿度值，并当环境中的温度超过设定限值和环境中有烟雾、有毒气体或可燃气体出现时，系统将进行声光报警。
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦随着科技的不断进步，智能化设备在我们的生活中已经变得越来越常见。
而在教育领域中，智能化设备也在不断地发挥着作用，提高了教学效率和质量。
今天我们要介绍的就是基于STM32单片机的智能伺服型黑板擦，它能够帮助老师更加轻松便捷地擦拭黑板，提高课堂效率。
下面让我们来详细了解一下这款智能黑板擦的设计和功能。
一、硬件设计1. 单片机选择在本设计中，选择了STM32单片机作为控制核心。
STM32是意法半导体公司推出的32位MCU产品系列，具有高性能、低功耗和丰富的外设资源。
它采用ARM Cortex-M内核，运行速度快，具有较高的性能，能够满足黑板擦控制系统对性能的要求。
2. 伺服电机黑板擦的移动是由伺服电机来控制的，在本设计中选择了一款小巧轻便但功率较大的伺服电机。
这款伺服电机具有稳定的控制性能和精准的位置控制能力，能够满足黑板擦的移动需求。
3. 传感器为了提高智能化程度，本设计中还加入了一些传感器，如光电传感器和超声波传感器。
光电传感器用于检测黑板擦的位置，超声波传感器用于检测黑板的位置，从而实现对黑板擦位置的自动调整。
4. 无线通信模块为了方便控制和监测黑板擦，设计中还加入了无线通信模块，可以通过手机或电脑对黑板擦进行远程控制和监测。
1. 控制算法在软件设计中，需要设计出一个稳定可靠的控制算法，来实现对黑板擦的精准控制。
这个算法需要考虑到伺服电机的特性和黑板擦的移动特点，尽量减小误差，提高精度。
2. 界面设计为了方便用户操作和监测黑板擦，设计了一个用户友好的界面，可以在手机或电脑上实时监测黑板擦的位置和状态，并且可以通过界面来控制黑板擦的移动。
三、功能特点1. 自动擦拭智能伺服型黑板擦可以根据预设的路径和时间自动擦拭整个黑板，老师只需要简单设置一下就可以让黑板擦自己完成擦拭工作，省去了反复擦拭的麻烦。
2. 自动调整位置通过传感器检测黑板和黑板擦的位置，智能伺服型黑板擦可以自动调整擦拭路径，确保每一块区域都能被擦拭到，提高了擦拭效率。
基于单片机的智能无尘黑板擦设计摘要：传统的黑板擦很容易造成粉笔屑飞扬，对于教师以及离黑板较近的学生而言都是不健康的。
本文针对传统黑板擦的弊端设计了一款基于单片机的无尘黑板擦，基本解决了粉尘飞扬的问题，同时可以实时监测环境中粉尘的浓度并显示，保证了教师与学生的身体健康。
关键词：智能无尘黑板擦单片机PM2.51.序言随着经济技术的快速发展，虽然国内的很多学校都使用了多媒体教学，但是传统的板书仍然必不可少，而目前使用最多的还是传统黑板擦。
传统黑板擦主要有两种：一种是毛刷类黑板擦，这类黑板擦是利用人造毛与黑板的摩擦将黑板上的字迹擦除；另一种是海绵类黑板擦，这类黑板擦是将海绵放在板擦底座上，外面包裹一层吸尘较好的布料制作而成。
第一种黑板擦字迹清洁程度较好但在擦除过程中很容易造成灰尘的到处飞扬，既不卫生也不利于教师以及学生的身体健康。
第二种黑板擦虽然相对第一类黑板擦灰尘较少，但是随着外层包裹布粉尘的增多，粉尘吸附率大大降低的同时字迹清洁程度也随之降低。
针对传统黑板擦的弊端，本文设计这款基于单片机的智能无尘黑板擦可实现清洁度与无粉尘的双重优点，同时可以检测环境中粉尘指数，便于教师了解教师中的空气质量。
1.硬件设计1.1 整体框架本文设计的智能黑板擦主要包括：主控部分（单片机），粉尘收集电路，显示电路，驱动电路，电源电路以及检测电路。
框架图如图1所示。
图1 整体框架图1.2 主控部分本文采用的单片机是STM32。
STM32具有成本低廉，性能高效，裁剪性强，功耗低等优点[1]，同时该芯片还自带复位电路无需外设复位电路，减少了外电路的复杂程度。
该芯片还集成了低电压检测以及精确的RC振荡器和调压器等电路，集成度高。
工作范围也较宽泛在-40°C至+85°C或105°C之间，使用范围广。
1.3 粉尘收集电路该部分的主要装置为涡轮风机，将毛刷运动过程中产生的粉尘吸收到收集盒中。
风机设置了4档工作模式分别为：启动1档，为了减少元器件的损伤本设计采用的是软起动模式。
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.03.023基于STM32单片机智能伺服型黑板擦①张家源 王其申 常雪娇* 马惜平(北华大学电气与信息工程学院 吉林吉林 132000)摘 要：本设计基于STM32单片机，设计了自动伺服黑板擦。
系统由信息控制处理模块、驱动设计单元模块、电路电源模块、粉尘收集模块等，使擦黑板环节更高效，环境更洁净，师生更健康。
随着计算机网络科学、多媒体、人工智能等相关技术的出现与普及，为了满足广大师生对于教学设施更为符合人性化设置的高端教学需求，众多与教育相关的教学设备例如智能黑板等进而被发明和产生, 这是新技术发展的趋势及方向所致。
但是现有的高端教学设备有着成本高，智能性差的缺点，特别是还存在工程量较大的问题，难以进行普及，为此我们从体积小巧的黑板擦入手，进行改进与创新。
关键词：黑板擦 STM32单片机 伺服驱动 激光识别 粉尘收集中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)01(c)-0023-02①作者简介：张家源（2000—），男，汉族，吉林长春人，本科在读，研究方向：信息与通信工程。
王其申（2000—），男，汉族，山东潍坊人，本科在读，研究方向：信息与通信工程。
马惜平（1975—），女，汉族，吉林辽源人，硕士，讲师，研究方向：计算机网络，多媒体通信技术。
1 产品研究内容智能伺服型黑板擦主要是由驱动装置，控制装置，粉尘收集装置，激光识别控制装置四部分组成。
系统以ST M32芯片为控制核心, 采用DSM501A传感器测量PM2.5、DHT11传感器测量温湿度、伺服驱动器驱动伺服电机控制黑板擦运动，各装置模块分行其职，配合紧密，共同完成擦除工作(见图1)。
使用者只需用特定的标记笔在黑板上的擦除区域进行选择型圈图，系统通过激光识别装置在黑板上定位，会将擦除区域信息传送至信息控制处理模块进行预处理，再将处理好的信息通过主控电路传送至驱动装置模块，然后便对黑板的特定区域进行擦除，工作的同时粉尘收集装置会对杂质粉尘进行收集。
基于单片机的环保黑板设计随着人类社会的发展，环境受到了越来越多的污染和破坏。
如今，环保已经成为了全球人类所关心的重要问题。
在这个背景下，我们不仅需要大力推行环保意识，还需要将环保理念融入生活中的方方面面。
为了增强人们对环保的认识，本设计结合了单片机技术和环保理念，设计了一款基于单片机的环保黑板，旨在通过互动和实用性，向人们展示环保的重要性以及如何实践环保理念。
一、需求分析为了更好地满足用户的需求，我们对使用场景和功能需求进行了深入分析。
使用场景：1.教育机构：由于环保教育落实不到位，很多学生缺乏环保意识。
而黑板是学生们每天所接触到的教育工具之一，因此我们选择将环保理念融入黑板中，提高学生们的环保意识。
2.办公室：在企业办公室中，纸张的消耗量非常大，因此环保意识的普及和推广非常有必要。
功能需求：1.显示功能：黑板需要显示出相关的环保知识和资讯，例如相关新闻和公告等。
2.互动功能：黑板需要具有互动性，能够让用户参与到环保实践中。
3.语音播报功能：为了让人们更加方便地获取环保知识，黑板还需要具有语音播报的功能。
二、设计流程本设计的整体流程如下：1.硬件设计硬件设计关键在于选型，我们选用了STM32系列的单片机，其价格合适，功能强大，适合用于嵌入式系统的开发。
2.软件设计软件设计主要包括了环保知识库的搭建以及黑板上的展示和互动功能的实现。
我们开发了一套基于C语言的软件，实现了黑板的各项功能。
三、具体实现1.硬件实现硬件实现如下图所示：图1.硬件设计图一共采用了STM32F103RCT6序列的单片机，并配合了RTC晶体管，LCD显示屏，语音播放器，以及LDR光敏传感器等。
2.软件实现软件实现主要分为三个部分：1.显示功能实现：通过LCD显示屏，实现对环保资讯的显示功能，可以通过通过触摸屏幕进入下级菜单，进行进一步的了解。
2.互动功能实现：实现了互动功能，用户可以通过黑板上的按钮开关控制LED灯的亮灭以及语音翻译器的播放。
单片机的黑板粉尘监测清除装置设计内容在现代生活中，使用单片机的场景越来越多，尤其在工业和家电领域。
然而，单片机在使用过程中会产生粉尘，如果不及时清除，会对设备的正常运行造成影响。
因此，设计一种黑板粉尘监测清除装置就显得非常必要。
该装置的设计思路是利用单片机的感知能力和控制能力，实现对黑板粉尘的监测和清除。
首先，需要在黑板表面安装一种粉尘传感器，该传感器可以实时感知黑板粉尘的积累程度。
传感器可以选择光散射传感器，通过发射光线并测量光线的散射程度来判断黑板表面的粉尘积累情况。
传感器将采集到的数据发送给单片机，单片机根据预设的阈值来判断粉尘的积累程度是否超过了安全范围。
如果超过了阈值，单片机会自动发出指令，启动清除装置。
清除装置可以采用多种方式，如机械清扫、气流吹扫或者激光清洁。
在机械清扫方面，可以设计一个机械臂，搭载刷子或者擦拭布，定期自动清扫黑板表面的粉尘。
气流吹扫可以通过单片机控制风扇或者喷嘴，产生强大的气流，将粉尘吹离黑板表面。
激光清洁则可以利用激光束的高能量，瞬间将粉尘蒸发或者燃烧，达到清洁的效果。
除了监测和清除功能之外，该装置还可以设计一些附加功能，如定时清洁、自动调节清洁力度等。
定时清洁可以根据使用场景的不同，设定清洁的时间间隔，保
证黑板的清洁程度。
自动调节清洁力度则可以根据传感器采集到的粉尘积累情况，自动调节清洁装置的强度，以达到最佳清洁效果。
总之，单片机的黑板粉尘监测清除装置设计，可以有效解决黑板表面粉尘积累的问题，提高设备的使用寿命和工作效率。
这将为各类使用单片机的场景带来极大的便利和经济效益。
《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着科技的发展，人们的生活品质得到了极大的提高。
而为了维持室内环境的舒适和健康，人们对环境参数的实时监测也日益关注。
基于此背景，本文将重点讨论一种基于单片机的室内环境监测系统的设计方法，这种系统可以对温度、湿度、光照等参数进行实时监测与反馈，有效提升了人们的居住体验。
二、系统设计概述本系统以单片机为核心，结合传感器模块、显示模块、控制模块等部分组成。
其中，传感器模块负责实时监测室内环境的各项参数，如温度、湿度、光照等；显示模块则负责将监测到的数据以直观的方式展示给用户；控制模块则根据预设的规则对环境进行自动调节。
三、硬件设计1. 单片机模块：作为系统的核心，单片机模块负责接收传感器数据，处理后通过显示模块展示，同时根据预设规则发出控制指令。
本系统选用性能优越、功耗低的单片机，如STM32系列。
2. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器等。
这些传感器能实时感知室内环境的各项参数，并将数据传输给单片机模块。
3. 显示模块：本系统采用液晶显示屏作为显示模块，能直观地展示温度、湿度、光照等数据。
4. 控制模块：根据单片机的指令，控制模块可以控制空调、加湿器、照明等设备的开关，以调节室内环境。
四、软件设计软件设计主要包括单片机的程序设计和传感器的数据处理。
程序设计采用C语言编写，易于理解和维护。
数据处理部分需要对传感器数据进行实时采集、处理和存储，以保证数据的准确性和可靠性。
五、系统功能1. 实时监测：系统能实时监测室内环境的温度、湿度、光照等参数。
2. 数据展示：通过液晶显示屏，用户可以直观地看到各项环境参数的数据。
3. 自动调节：根据预设的规则，系统能自动调节空调、加湿器、照明等设备，以保持室内环境的舒适和健康。
4. 报警功能：当室内环境参数超出预设范围时，系统会发出报警提示，以便用户及时采取措施。
六、系统优势1. 高精度：采用高精度的传感器，能准确监测室内环境的各项参数。
《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着人们生活品质的提高，对居住环境的舒适度、健康性和安全性提出了更高的要求。
室内环境监测系统因此应运而生，它能够实时监测室内环境的各项指标，如温度、湿度、空气质量等，为人们提供一个舒适、健康的居住环境。
本文将介绍一种基于单片机的室内环境监测系统设计，以实现对室内环境的实时监测和智能控制。
二、系统设计概述本系统以单片机为核心控制器，通过传感器模块实时采集室内环境的温度、湿度、空气质量等数据，经过单片机处理后，将数据显示在液晶显示屏上，并通过无线通信模块将数据传输至手机APP或电脑端进行远程监控。
同时，系统还可根据预设的阈值，通过控制模块对室内环境进行智能调节，如调节空调、加湿器等设备。
三、硬件设计1. 单片机模块：本系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制器，其具有高性能、低功耗、易编程等优点，能够满足系统的实时性和稳定性要求。
2. 传感器模块：传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器，用于实时采集室内环境的各项数据。
3. 液晶显示屏模块：用于显示采集到的室内环境数据，方便用户查看。
4. 无线通信模块：采用Wi-Fi或蓝牙模块，实现数据的无线传输，方便用户进行远程监控。
5. 控制模块：通过继电器或PWM控制模块，实现对空调、加湿器等设备的智能控制。
四、软件设计软件设计主要包括单片机的程序设计和手机APP或电脑端的数据处理与显示。
1. 单片机程序设计：以C语言或汇编语言编写单片机程序，实现数据的采集、处理、显示及传输等功能。
程序应具有实时性、稳定性和可扩展性。
2. 数据处理与显示：手机APP或电脑端接收到数据后，进行数据处理和显示。
可通过图表、曲线等方式直观地展示室内环境的各项数据，方便用户查看和分析。
五、系统实现1. 数据采集：传感器模块实时采集室内环境的温度、湿度、空气质量等数据。
2. 数据处理：单片机对采集到的数据进行处理，如滤波、转换等，得到准确的数据值。
××学院毕业设计（论文）题目：基于单片机的多功能环境检测系统设计作者：指导教师：专业：电气自动化时间：××学院毕业论文基于单片机的多功能环境监测系统设计——串口通信与界面设计The design of multifunction environmental monitoring based on single-chip——Serial communications and interfacedesign摘要随着工业技术的发展，环境问题已经成为全世界关注的问题。
近年来，水土流失、荒漠化、草原退化和物种减少；生态相当脆弱，自然灾害频繁；环境污染严重，直接危及社会、经济的发展。
人们已经认识到，为了保护环境，就将对环境的演化趋势、特点及存在的问题作进一步的细致的了解。
多功能环境监测是利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据。
本课题从国内外环境监测系统的研究现状出发，结合实际情况设计一个基于单片机的多功能环境监测系统。
本文主要负责串口通信及界面软件的设计。
其中，上位机软件主要以Windows XP为操作平台，采用Delphi7．0编写。
Delphi是一种可视化的、快速的应用程序，具有面向对象编程，支持团队开发，提供工程管理，对数据库的良好支持等特性，是一个集数据通信、存储、查询、处理于一体的综合性软件。
本设计能够实现以下功能：PC机通过串行口与下位机通信，将下位机采集到的温、湿度及光线数据在PC机上实时显示；对历史数据进行查询、分析、统计，并能将相应的结果打印出来。
关键词：温湿度；光线状况；上位机；串口通信AbstractWith the development of industrial technology, environmental issues have become the world's concern. In recent years, soil erosion, desertification, grassland degradation and loss of biodiversity; ecology very fragile and frequent natural disasters; environmental pollution, directly threatening the social and economic development. Environmental monitoring is the use of multi-function measurement and analysis technology system at all levels of life to natural or man-made role of response or feedback effects of the comprehensive characterization to determine and evaluate the impact of interference on the environment, endanger their trends, the environmental quality assessment, control and provide the scientific basis for environmental management.This topic embarks from the domestic and foreign environmental monitoring system's research present situation, the union actual situation designs one based on monolithic integrated circuit's multi-purpose environmental monitoring system. This article primary cognizance serial port correspondence and contact surface software's design. And, the superior machine software mainly take Windows XP as the service platform, uses the Delphi7.0 compilation. Delphi is one kind of visualization, the fast application procedure, has the object-oriented programming, supports the team to develop, provides the project management, to database characteristics and so on good support, is a collection data communication, the memory, the inquiry, processing in a body's comprehensive software.This design can realize the following function: PC machine through serial port and lower position machine correspondence, lower position machine gathering warm, humidity and optical fiber data on the PC machine real time display; Carries on the inquiry, the analysis, the statistics to the historical data, and can print the corresponding result.Key words：mperature and humidity；Lighting conditions；PC；Serial Communication目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2国内外环境监测现状及发展趋势 (2)1.2.1发展现状 (2)1.2.2发展趋势 (3)1.3本课题主要工作 (4)第二章系统设计总体方案 (5)2.1监测系统结构框图 (5)2.2监测终端的设计 (5)2.3通信方式的选择 (6)第三章上位机开发环境与主要技术 (8)3.1 上位机开发平台 (8)3.2 数据库方案的实现 (8)3.3 串口通信的实现方法 (9)3.3.1概述 (9)3.3.2串口通信API函数的实现原理 (11)3.3.2串口类的开发 (13)第四章使用SPComm控件实现串口通信 (14)4.1安装SPComm控件 (14)4.2 SPComm的主要属性,方法和事件 (14)4.2.1 属性 (14)4.2.2 方法 (15)4.2.3 事件 (15)4.3 SPComm的使用 (16)第五章上位机软件设计方案 (19)5.1系统设计概述 (19)5.2数据库平台的选择 (19)5.3串口通信在本系统中的实现 (20)5.3.1通信协议的设计 (20)5.3.2通信程序的开发 (24)5.4上位机程序的开发设计 (24)5.4.1系统登录模块 (25)5.4.2系统主界面模块 (26)5.4.3用户设置模块 (27)5.4.4历史数据查询模块 (28)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)第一章绪论1.1 课题背景随着人们对环境问题及其规律认识的不断深化，环境问题不再局限于排放污染物引起的健康问题，而且包括自然环境的保护、生态平衡和可持续发展的资源问题。
1前言1.1研究现状传统的黑板大多数属于人工作业，产生的粉尘极多，不但污染环境而且影响师生身体健康。
目前国内已有不少企业正在从事绿色环保黑板的研制和开发，并有一些初步的产品出现。
这些产品在自动清洗方面有许多的创新，基本的实现了自动化。
但是这些产品还是存在许多不足之处需要改进，譬如，这些产品在清洗黑板的时候大多都是一次性清洗干净，不能进行局部的清洗；操作系统过于简单，不能充分发挥出理想的效果；其次，对于粉尘的处理方面也不尽如人意，一直影响着师生的身体健康。
基于单片机的环保黑板设计的课题是一个较为崭新的课题，相关的研究不是很多。
因此设计一种能够实现自动擦除以及回收粉尘，成本也不是很高的环保黑板刻不容缓。
1.2预期效果基本实现自动吸尘擦字，擦字的效果显著，吸尘的功能强大。
机械部分中：传动系统结构简单，使用齿轮齿条传动，轨道部分通过硬塑料的滚轮滚动实现，运动平稳，定位准确；控制系统：控制电路简单，操作容易，易于实现。
原材料容易得到，制作工艺简单，性价比高，安装方便[2]。
通过对原有黑板进行简易改造，即可安装本设计的绿色环保黑板，普及率较高，可以在各学校中使用。
而且，价格低廉，便于接受。
1.3 创新之处自动吸尘擦字，擦字效果显著；擦字环境是封闭的，吸尘功能强大，粉尘很难进入大气污染环境，影响师生健康；传动系统结构简单，运动平稳；控制电路简单易懂，便于实现。
1.4推广应用价值制造成本较低。
材料极易得到，可以直接由市场购买，降低了生产成本；制作工艺简单，性价比较高，容易在中小学校和会议室等场合普及使用；不但安装方便，而且操作简单，师生可以很容易的实现操作；装置的维护和保养易实现。
配件容易得到，更换较简单方便。
2总体方案设计2.1机械结构设计2.1.1支架设计由基本的金属材料焊接得到，材料可以在市场上直接购买，降低了生产成本。
金属支架主要起到一个支撑的作用。
2.1.2擦字系统设计使用类似凸轮的机构，实现擦字系统与黑板板面的贴合和分离：当需要擦字时,擦字系统与板壁贴合，实现擦字操作;当不需要擦字时，擦字系统将与板壁分离。
因此保证了基于单片机的环保黑板能够实现有针对性的工作，保证了擦字系统对局部的清理。
2.1.3粉尘吸收系统设计粉尘吸收系统与擦字系统是协调进行工作的，在擦字的过程中实现了粉尘的吸收。
初步设想的粉尘吸收系统采用吸尘器的基本原理实现粉尘回收。
可以使用的方式有机械清洗和清洁液清洗方式。
机械力清洗原理，包括三个阶段：1介质施布，2污物解离和分散，3（包含污物的）介质分离回收。
清洗液循环系统可以由净水箱、污水箱、负压发生器、过滤器和循环水泵等组成采用清洗液循环装置，克服了传统的无回收式清洗方式水资源浪费，存在环境污染的缺陷。
因此，节水环保是基于单片机的环保黑板的特点之一。
2.1.4 传动系统设计初步设想传动系统使用涡轮蜗杆或类似与工作台传动的丝杠传动，导轨固定。
设计的基本要求为运动平稳，定位准确，能够实现基本的操作要求。
2.2 电器控制设计整个电器控制的设计应该力求能够实现基于单片机的环保黑板的自动化操作，而且考虑到漏电等安全问题，选择低压工作环境较好，其次，所选电机的噪音不宜过大，以免影响师生的身体健康，最后电机的体积亦不能过大。
基于以上因素的考虑，此设计选择低压直流电机并且采用8051单片机控制永磁式换向器电机的正反转控制以及各个电机的启停控制。
3 机械结构的设计3.1固定连接部分的设计3.1.1支架部分的设计支架不仅要承受起整个黑板的重量，而且起到了固定导轨的作用，因此必须要有足够的强度。
设计过程中，考虑到上下两组支架受力方式不同，即上支架主要是用来固定导轨，承受Z方向上的力，而下支架主要是承受大部分的重量，受Y方向上的力，决定对上下支架采用不同的设计方法。
上下两组支架都是通过埋在墙体内的螺栓使用螺母固定的。
上支架使用的是如图3.1所示的结构：支架的上下分别开有直径为16mm的光孔，使螺栓可以穿过。
支架的中心开有四个对称的盲孔，这四个盲孔的直径为8mm。
四个盲孔的用处是利用螺钉将上导轨固定到支架上。
下支架的机构如图3.2所示。
为了保证下支架有足够强度承受黑板的绝大多数重量，把下支架设计为三角形的结构，并用肋板保证强度。
在肋板的左右两侧分别开有四个光孔，下支架同样使用通过埋在墙体内的螺栓固定。
在下支架的上水平面上开有四个直径为10mm的光孔，用来固定下轨道。
轨道和支架的连接使用螺栓连接在一起。
图3.1上支架图3.2下支架3.1.2轨道部分的设计基于单片机的环保黑板的轨道部分使用的是铝合金材料。
如图3.3。
这种材料比较容易得到，而且价格便宜，有效的降低了环保黑板的成本。
在轨道的左右两端分别开有四个直径为8mm的光孔，提供螺栓穿过光孔分别固定到上下两组支架上,而轨道右侧的开口部分可以穿过滚轮的轴。
图3.3 轨道3.1.3 滚动件及其固定装置在完成了轨道设计的基础上，进行滚动组件的设计。
对于滚动组件的设计要求是设计的机构力求能够保证运动的平稳性，尽量减小摩擦，避免X和Y方向的窜动，在擦黑板的运动中保证Z方向上不会因为受力而产生较大的位移。
图3.4 滚动轮组件如图3.4是设计的滚动轮组件，其中滚动轮采用的是硬塑料的轮子，大轮一个，小轮两组，其中大轮的直径为60mm，小轮的直径为22mm。
大轮通过螺母固定到轴的一端，小轮通过开口销安装到与轴连接的两个小滚轮轴上。
滚动轮组件与轨道的配合是根据滚动轮组件与轨道的不同的受力方式决定的。
其中上滚动轮组件与上轨道的配合方式如图3.5。
左侧的小轮承受的是在擦黑板的过程中受到的沿黑板面指向外的Z向的力，因此它们为承重轮，大轮的作用是保障滚动轮组件沿Y方向的运动较平稳，显然它为导向轮，右侧的两个小轮的作用是防止滚动轮组件在Z方向的窜动。
同理下滚动轮组件与下轨道的配合方式与上滚动轮组件与上轨道的配合方式相似，只是方向变为竖直的方向，其中大轮为导向轮，上边的两个小轮为承重轮，下面的两个小轮是为了防止Y方向的窜动而设置的。
图3.5滚动轮组件与轨道的配合上下两组滚动轮的组件中，每一组都有两个滚动轮的组件通过固定板连接在一起，滚动轮组件的轴穿过固定版的孔，用螺母固定。
其中上方的固定板竖直放置，下方的固定板水平放置。
图3.6固定板3.1.4Y方向支架设计Y方向上的支架是用来连接上下两个滑轮组件，并且安装擦字机构用的，在擦字的过程中，擦字机构所受到的力通过支架最终会传到上下支架上。
在支架的下方和上方各开有直径为18mm的孔1和孔6，通过滚动轮组件的轴的螺纹连接到上下两个固定板上。
支架的中央部分开有直径12mm的孔3和孔5，用来连接擦字机构与Y方向支架贴合分离机构中的弹簧挡杆。
在以3和4为中心的圆上另开有8个直径为8mm 的圆，是用来连接贴合分离机构的外套筒。
图3.7 Y方向的支架3.2擦子系统的设计擦字系统是基于单片机的环保黑板设计中最为重要的一部分，它是集擦字和粉尘吸收为一体的综合性装置，它的存在最终体现了基于单片机的环保黑板的应用价值。
因此在擦字机构的设计过程中首先要考虑的就是改善擦字机构，提高其擦字的效率，力争达到最佳的设计目的。
3.2.1 擦字盒结构的设计擦字盒是用来与黑板面接触，参与清理黑板工作的部分。
因此在设计的过程中要实现以下几点的要求：1.保证结构合理，在擦字过程中必须有足够的力将粉笔字残留物擦除干净；2.设计的机构必须避免粉尘飞出进入空气中，因此最好能够设计为一个封闭的环境。
3力求将整个板面都能清理干净，不留下死角；鉴于以上的几点要求，在设计过程中，为了能够提供一个良好的密封工作环境，在擦字盒的四个边上固定安装橡胶密封条。
当擦字盒与黑版面接触的时候，橡胶密封条处于压紧的状态，实现密封的目的，从而能够防止粉笔屑泄露出来。
设计黑板刷的构造时，要考虑的因素比较多，既能把黑板擦的干净，又能保证其行程能够达到黑板的上下两端。
设计中，对黑板刷的选择有两种，一种是条形的，令一种是圆形的，其中圆形的设计，不能对黑板的边缘死角进行清除，而且在工作行程完成后会留下一系列的不规则的残留痕迹，效果不是相当理想，所以最终放弃了这个思路，选择了如图3-8所示的条形刷，此种结构的黑板刷的主运动方式为如图3.8所示的往复运动，并伴随Y方向支架沿着轨道在X方向上移动。
在条形刷的上方有四个连接柱，其上有V型孔，这四个连接柱能够插入与连杆连接的连接块内，并使用紧固螺钉固定到连接块上，四个紧固螺钉可以手工操作拧紧、卸下，使得条形刷的更换和清洗来得非常方便。
图3.8条形刷条形刷固定与图3.9所示的连接块后，将连接块固定到滑动杆上：将滑动杆穿过连接块的右侧的光孔内，再使用开槽锥端紧定螺钉紧定。
为了保证其稳定性，连接块在每一根滑动杆上都设有四个。
图3.9连接块将带有条形刷的连接块固定到滑动杆上后，需要设计一种支撑结构来安置这一套装置，这种支撑必须能够保证滑动杆在其内自由的滑动。
其结构如图3.10 固定滑动单元所示。
图中3所示的2为聚四氟乙烯材料的中空的圆柱形滑块。
滑动杆穿过2上的孔1，在孔内实现往复运动，3为光孔，利用螺栓将固定滑动单元连接到擦字盒的箱体上。
图3.10 固定滑动单元滑动杆固定以后，要完成将电机的旋转运动转换为滑动杆带动条形刷作往复运动，这就需要一种特殊的传动件。
结合缝纫机的设计，将圆周运动转变为直线往复运动的机构，设计如图3.11所示的装置，这种结构的下方使用螺栓将滑动杆固定住，上方为T型槽，与电机相连的轴上有磙子在T型槽内滚动，以便完成往复运动。
图3.11 滑动杆传动件3.2.2吸尘设备的设计擦字机构设计完成后，以上的设计过程已经基本能够实现粉笔痕迹擦干净的目的，但是，对于擦字过程中产生的粉笔屑的处理将会是一个新的问题，在擦字机构内的粉笔屑是处于一种无规律的运动当中，需要依靠重力和风扇运转产生的吸力将其回收，而完成这个工作的就是吸尘盒。
图3.12 吸尘装置如图3.12所示为吸尘盒装置，其中的1为塑料支座，从擦字机构的侧面插入固定住。
其上端面做成斜坡状，有利于粉尘进入。
2和8为吸尘风扇。
3为擦字机构的外壁。
4为集尘盒。
5和6为密度不同的过滤网，其中6的密度较5的要大，它们都是可以更换的，7为通气孔。
另外在集尘盒的内壁上还有交叉的两个塑料片，呈倒立的喇叭状，上大下小，这样的结构能够保证粉尘易进难出，防止因为风扇产生的风力产生环形气流将进入集尘盒的粉笔屑重新吹回擦字机构内，难以完全回收。
其中使用的风扇为24V的直流风扇。
3.3擦字机构与Y方向支架连接及分离贴合机构的设计由擦字盒和吸尘装置组成的擦字机构是作为一个单独的单元来工作的，即在不进行擦字的常态下，擦字机构是与黑板面分开的，当进行擦字的时候，才会利用控制系统，通过电机带动凸轮将擦字机构压向板面，如此设计，可以避免电机在启动的一瞬间由于阻力作用而无法启动。
