1. 研究目的与意义
粉尘在我们的日常生活中随处可见，随时随地都有粉尘的影子，给我们的日常生活带来了非常大的不便，更有甚者会引发大型的事故。随着现代化科技的发展，人们生活水平的提高，人们对生活质量就有了更高的需求，更加注重身体的健康，也更加注重环境的保护，追求绿色发展。所以，如何利用现代化科技的方式解决粉尘问题，成为了大家共同面对的问题。
本课题主要探究的是粉尘的一个方面——黑板粉尘。在我们国家，大多数的学校采用的是黑板进行教学，即用粉笔在黑板上进行板书，但在这个过程中会产生无数的粉尘，对教师和同学们的身体健康带来了非常大的危害。虽然现在有的学校引入了白板的使用，即可以用水笔在上面进行写字，也是一定程度上解决了这个问题。但是，有能力引入白板的只是一小部分的学校，在我们国家做不到全覆盖。其次，水笔在擦拭后需要经历一段时间才可以继续在上面写字，浪费了课堂上的时间。因此，在现代化水平如此发达的当今，采取一种手段解决黑板粉尘问题是非常有必要且必须的。
文献[1]中针对检测黑板粉尘的问题，粉尘传感器采用的是光线折射原理，将经过含粉尘折射后的光线检测其变化量，利用光电转换的原理将光线量的变化转换为电压信号的变化，再经过模拟量和数字量的转换经单片机处理后显示出来。罗良奎和安立华等人[2]为改变传统黑板擦在擦除和吸尘方面的不足以及不能确定擦除位置等问题，对国外已经发明出来的智能黑板擦进行研究，改进了传统黑板擦的外形，在原有的基础上加上改进的智能化仪器，使其可以在教师书写过程中进行实时监控，判断其需要工作的具体位置，在一定程度上改善传统黑板擦存在的问题。与之相对的，王梅竹在文献[3]中没有改善传统黑板擦的外形，而是在传统黑板擦的基础上增加了由两片风扇叶组成的吸附装置，且在侧面增加开孔，提高黑板擦的吸附力，达到低碳环保的效果。范春平和涂继亮在文献[4]中则是针对黑板擦粉尘不容易收集的现状，利用51单片机设计了一款全自动的黑板擦粉尘清除装置，该装置通过产生PWM波控制直流电动机的正反转以及转速，用来控制一个直流电动机和步进电动机完成黑板擦粉尘的清除工作。李建伟，刘贾弦和张振军在文献[5]中提到了一种全新的解决黑板粉尘的问题 ,翻页环保黑板,一种新型的木质黑板,该黑板的两面均可书写，在使用中可将黑板翻转180，使其在背面完成黑板的擦拭工作，并且不影响前面书写板书。文献[6]中则是将研究的重点放在了黑板上面，采用了由书写装置、除尘装置、传动装置和支架四部分组成的柔性黑板，黑板可以在点击的带动下转动，在该过程中，除尘装置发挥作用，将粉尘吸附擦拭，避免了利用黑板擦擦拭时粉尘乱飞的现象。文献[7]中研究的是以STM32为控制核心的智能伺服型黑板擦，该系统通过激光识别出黑板上需要清理的位置，将识别到的信息预处理好之后送至驱动装置模块，随后进行清除粉尘，同时也会对杂志粉尘进行收集。仝世学等人在文献[8]中则提到从两个方面对黑板粉尘进行清除，改造了传统黑板擦的外形，使颗粒较大的粉尘可以直接掉入黑板擦内，另一些颗粒较小的则利用静电吸附原理进行除尘，优化了资源利用。
上文列举了一些针对黑板粉尘检测清除的研究，在很大程度上解决了这个问题，但在某些方面仍然存在着一些不足。比如文献[1]在用粉尘传感器监测粉尘时，利用的是粉尘对光的散射来监测粉尘的存在，但在光线不足或是光线过强的情况下，会导致粉尘对光的散射产生偏差，从而使装置在清除粉尘时达不到设定目标。文献[2]中作者把研究重心放在黑板擦上，目的是使黑板擦在擦黑板的同时就将粉尘清除掉，不让其扩散在空气中，但黑板擦的面积有限，范围有一定的限度，在擦拭的过程中如果速度过快，会导致在传感器没做出反应的时间内就离开了黑板擦控制的范围内，不能够将粉尘全部清理完毕，达不到最优效果。
本课题拟以单片机为核心处理器，开发一个黑板粉尘监测清除系统。利用相关传感器来感应黑板附近空气中粉尘的浓度或积累量，设置阈值报警提醒等功能，同时开发相应的吸尘系统。具体的内容则包括：系统的特定场景需求分析、方案设计与对比优化、硬件电路设计与优化和软件编程与调试。本课题在开发黑板粉尘监测系统时，将会吸取上述论文中存在的不足，加以改进。比如在选用传感器时，将会选择在黑板底部加上压力传感器，使其能够及时清除落在下面的粉尘。
2. 研究内容和预期目标
本课题拟以单片机为核心处理器，借助人机交互和控制核心，开发一个黑板粉尘监测清除系统。
（1）利用相关传感器来感应黑板附近空气中粉尘的浓度或积累量，设置阈值报警提醒等功能；
（2） 开发相应的吸尘系统。
3. 研究的方法与步骤
本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下几个部分：系统的特定场景需求分析、方案设计与对比优化、硬件电路设计与优化和软件编程与调试。
其设计的主要步骤：
(1) 先查阅文献了解如今黑板粉尘清除系统的发展，整理出自己论文所需要的文献，分析他们的特点
4. 参考文献
[1] 赵晓梅. 基于单片机的黑板粉尘监测清除装置设计. 中国矿业大学,2021.
[2] 罗良奎,安立华,谭智,等. 具有自动识别功能的黑板擦. 黑龙江科技信息,2015(15):143-145.
[3]王梅竹. 一种黑板粉尘收集系统:2013-08-14.
[4]范春平,涂继亮. 基于51单片机的全自动黑板檫粉尘清除装置设计与实现. 科技广场,2016(7):170-172.
[5]李建伟,刘贾铉,张振军. 关于对解决黑板擦拭麻烦及粉尘处理的研究. 山东工业技术,2016(3):189.
[6] 王鑫,仪登利,王小宁,等. 新型自动无尘黑板的设计. 黑龙江科学,2015(4):59-59,61.
[7]张家源,王其申,常雪娇,等. 基于STM32单片机智能伺服型黑板擦. 科技创新导报,2020,17(3):23,25.
[8] 仝世学,褚庆忠,李全通,等. 基于静电吸附原理的光能无尘黑板擦的研究. 科学技术创新,2018(7):194-195.
[9] 汪世文,李天,李蒙,等. 半自动粉尘感应黑板清洗仪. 福建电脑,2021,37(1):91-92.
[10] 王兴璐. 一种黑板粉尘净化装置.2019-11-19.
[11]崔岩松. 电路设计、仿真与PCB设计:从模拟电路、数字电路、射频电路、控制电路到信号完整性分析. 北京: 清华大学出版社, 2019.09.
[12]王博. 单片机接口扩展设计与Proteus仿真:深入理解51单片机项目开发. 北京: 清华大学出版社, 2022.
[13]刘刚. 单片机原理与应用:基于Keil与Proteus. 北京: 电子工业出版社, 2022.07.
[14]郭岩宝. 单片机原理及应用实验仿真案例教程. 北京: 中国石化出版社, 2022.
[15]王欣欣, 王丽君. 单片机与PLC智能家居控制系统设计案例. 北京: 中国水利水电出版社, 2021.
[16]阮友德. PLC、变频器、触摸屏综合应用实训(第2版). 北京: 中国电力出版社, 2021.
[17]冯成龙. 传感器与检测电路设计项目化教程. 北京: 机械工业出版社, 2017.12.
[18]王文成, 管丰年, 程志强. 传感器原理与工程应用. 北京: 机械工业出版社, 2021.
5. 计划与进度安排
(1)2024-2-20～2024-3-03（2周） 查阅和总结相关背景及技术资料，进一步细化研究计划，初步提出设计方案，撰写开题报告。
（2）2024-3-06～2024-3-17（2周） 完善和优化设计方案，熟悉控制器硬件资源及编程技巧，完成器件选型。
（3）2024-3-20～2024-4-07（3周） 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序。
