基于树莓派的白板自动清洁系统设计

姚熙腾+陈恺韬+周一睿

摘要：为提高日常教学中白板擦除的效率，让板擦自动擦过白板，作者基于树莓派设计开发了导轨滑块数控白板自动清洁系统。该系统以小型白板为实验对象，采用树莓派3代b型进行开发，通过l298n型驱动板控制直流电机，使用python进行编程，控制驱动板输入电压从而控制电机，并引入了三个按键模块，精确控制擦白板过程，使白板擦除不再费时费力，解决了白板使用过程中的痛点。

关键词：白板；自动清洁；智能控制；数字技术

中图分类号：TP334 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0139-02

白板，是我们学习生活中的常见物品，而擦白板是一件费时费力的事情。有没有可能运用技术手段，让白板上的字自动擦除？在科技老师的指导下，我们研究小组基于树莓派，设计出一种白板自动清洁系统，只要一按按钮，装置就会自动扫过白板，将上面的字擦得干干净净，从而给教学带来了便利。

1 总体方案设计

主要材料：树莓派3代b型、L298n型驱动板、GA12-N20型减速直流电机、导轨两根、滑块两只、铝板横杆一根、纳米海绵擦、杜邦线等。

制作过程：

（1）在白板的上端和下端墙壁上分别装上导轨，并保持上、下两根导轨平行；

（2）在上、下导轨上分别装上一块滑块；

（3）在上、下滑块上安装电机，同时，将齿条固定到墙上的相应位置，以便电机齿轮沿着齿条转动来驱动滑块；

（4）在上、下滑块间安装铝板横杆，横杆下放置纳米海绵擦；

（5）在白板的一侧放置开发板，驱动板和电机通过电线相连，开发板控制线和驱动板相连，开发板独立接5v电源，驱动板独立接12v电源。

2 编程及接线方法

参考L298n型驱动板和树莓派的接线方法。（图1、图2）

我们最终的接线如下：（图3）。

L298n作为双h桥芯片，可以同时控制两部直流电机或一部步进电机，只需要控制in1-4的电压，就可以控制电机是否运行。

我们将in1-4分别连接至树莓派上的gpio22，gpio23，gpio24，gpio25，通过python（2.7.9）程序进行电压控制，L298n控制板额外连接了12v电池盒。

先用简单的程序进行测试。测试程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

BTN1=32

BTN2=36

BTN3=38

GPIO.setup（BTN1，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN2，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN3，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

while True：

if （GPIO.input（BTN1）==0）：

print （"xiangzuo"）

if （GPIO.input（BTN2）==0）：

print（"ting"）

if （GPIO.input（BTN3）==0）：

print （"xiangyou"）

GPIO.cleanup（）

程序測试正常，进入下一阶段。我们先测试了三个按键，按钮一端接地，即板上的gnd，按钮在按下时会接通地线，我们定义按键输出线数据为btn1，btn2，btn3，分别接在开发板上gpio26，gpio27，gpio28，利用print语句测试按键反应，程序如下：

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

INT1=31

INT2=33

INT3=35

INT4=37

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

GPIO.cleanup

GPIO.output（INT1，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT4，GPIO.LOW）

time.sleep（5）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT4，GPIO.LOW）

GPIO.cleanup

在程序测试之后，我们引入了三个按钮，在电机程序中添加了相关控制补丁，修改后的程序为：（#后为注释）

import RPi.GPIO as GPIO

import time

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

INT1=31

INT2=33

INT3=35

INT4=37

BTN1=32

BTN2=36

BTN2=38

GPIO.setup（BTN1，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN2，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（BTN3，GPIO.IN，pull_up_down=GPIO.PUD_UP）

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

while True：

if （GPIO.input（BTN1）==0）：

#电机正转

print （"xiangzuo"）

GPIO.output（INT1，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

GPIO.setup（INT1，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT2，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT3，GPIO.OUT）

GPIO.setup（INT4，GPIO.OUT）

if （GPIO.input（BTN2）==0）：

#電机反转

print（"ting"）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

if （GPIO.input（BTN3）==0）：

#电机反转

print （"xiangyou"）

GPIO.output（INT1，GPIO.LOW）

GPIO.output（INT2，GPIO.HIGH）

GPIO.output（INT3，False）

GPIO.output（INT4，False）

time.sleep（2）

GPIO.cleanup（）

3 使用操作方法

（1）将开发板通过usb micro（普通安卓充电口）接口通电。

（2）待开机完成后点开（屏幕为触摸屏）桌面motor（1）（1）（1）.py，在最上面的工具栏找到run选项，选择run module。

（3）按接线板上三个按钮中间的一个，并将板下端电池盒上的on off开关开至on。

（4）按上下两个按键启动电机向左或右运行，从而擦去字迹。按中间的按键停止电机运动。