基于辉光放电管的电子黑板的设计

赵溢洋

摘要：随着制造业水平的不断提高、软硬件技术的持续发展，教具行业也面临着产业升级的挑战。作为教学中最常用的的教具之一，传统的黑板具有很多缺点，例如反复擦写、费时费力，使用粉尘粉笔污染环境、影响师生身体健康。目前市面上各种电子黑板均有不足之处，因此本文提出了一种基于辉光放电管的新型电子黑板，具有造价成本低、使用方便等优点，可大幅提高教学效率。

关键词：辉光放电管 电子黑板 教学效率

前 言

在当今社会的教育教学工作中，所采用的黑板主要技术普遍为：用由白色沉淀物构成的粉笔在由复合材料板构成的黑板上留下痕迹，这种方式不仅需要反复擦写，浪费力气，而且长期使用会造成污染，不利于教室内的环境卫生，还会给老师及学生的身体带来伤害。随着科技的不断发展，电子黑板虽然在不断的发展，但只有少数地区实现了采用各种形式的电子黑板。目前市面上的电子黑板目前有以下几类：LED屏电子黑板，显示精度不高;液晶屏电子黑板，显示精度高，但是由于原材料价格高昂，难以实现普及;电子白板，实质上并非黑板，只是手写输入板，需要在悬挂墙体上的黑板之外加设专用设备，使用专用的书写笔书写，这种方式会随之而来如下的几个问题：

1.书写笔书写后难以擦除;

2.书写笔成本较高;

3.不用专用书写笔也可以书写，但是定位难、存在书写延迟现象;

4.电子白板系统的设计成本和制造成本偏高，造成电子白板难以普及。总体来说，目前市面上的电子黑板可能具有效果延迟、易被灰尘昆虫干扰、成本高和使用不方便等缺点。

目前有关黑板的研究，大多数都是针对黑板的结构进行改进，还是无法避免普通黑板会出现的以上问题。而电子黑板的設计，其利用的原理一般为传感或发光二极管，其中一种利用传感器的电子黑板，其主要缺陷为传感器不灵敏，无法区域性清除黑板字迹，且无法避免笔误，为教育教学工作带来不便。另一种利用电磁发光二极管作为主要显示技术，但发光二极管在不同角度光强相差很多，光强会产生分布不均的现象，会影响黑板的屏显效果。

一、电子黑板的设计

本文中的电子黑板系统采用辉光管放电技术辅之以专门设计的软件控制系统，完全可以告别传统的黑板、粉笔和黑板擦，在教学过程中可实现多媒体硬件升级和教具智能化。而且基于辉光放电管的电子黑板，操作起来和传统黑板并无差异，无论是年轻教师还是有多年经验的老教师，都可以轻松操作。本文的电子黑板系统设计、制造成本低，操作方便，适用于教室和实验室等教学平台，主要硬件包括：黑板主体、与黑板配套的写字笔、与黑板配套的黑板擦、黑板底部的清除按钮、黑板顶部的摄像头、黑板顶部的扬声器，黑板两侧的显示屏。

1.设计目的

辉光放电管组成的点阵屏是本文中电子黑板的核心部件，不仅解决了普通黑板需要反复擦写，浪费力气，长期使用会造成污染，不利于卫生与环境的问题。目前市面上的电子黑板可靠性一般，而可控双稳态是等离子体辉光放电管的一大特点，可实现放电管在亮与灭两种状态之间的可控切换。而随电子黑板搭配的书写笔和黑板刷，采用静电设计，可像传统粉笔和黑板擦一样供教师书写、擦除。与LED屏电子黑板相比，显示精度较高。相比较价格昂贵的液晶手写触屏，由于等离子体辉光放电技术主要应用的是惰性气体，价格也比较适中。由此本文提出的电子黑板显示方案，基于等离子体辉光放电技术，具有系统结构简单可靠的优点。此外，本文提出在黑板外表面涂上一层水性丙烯酸涂料，防止其上过强光线发生镜面反射，造成一定角度的学生看不见字迹的问题发生。

2.外部设计

在实际书写过程中，电子黑板的显示屏由充满惰性气体的辉光放电管组成，每个放电管连有正负两个电极。当两电极与电源正负极相连时，电极之间产生电场。当点燃电压小于电源电压时（电离电厂小于电压之间电场），惰性气体的原子被电离，大量的电子和离子充满了辉光放电管，这些电子和离子被电场加速，和辉光放电管中的中性气体碰撞，产生高频可见光或紫外线，此过程由静电书写笔来激发完成。

而当需要对黑板上的全部字体进行一次擦除时，电子黑板主体与清除按钮连接，清除按钮可使黑板中的电场低于消电场电压，可使用黑板上的字体进行全部消除。

除此之外，黑板底部的清除按钮（4）使黑板整体的电场降低到消电离电场，辉光放电终止，黑板上的全部字迹消除。黑板顶部的摄像头（5）与显示屏相连，将教室中学生的状态实时传到黑板两侧的显示屏（7）上;黑板顶部的扬声器（6）与多媒体相连，使多媒体发出的声音可以被放大传出;黑板两侧的显示屏（7）与多媒体相连，使视频播放、幻灯片播放等功能可以实现。在黑板两侧的显示屏（7）以上两个功能实现转换时，可将显示屏绕轴折叠，实现角度变换。

3.内部设计

图2为黑板的内部等离子管装置图，包括前玻璃板（8），障壁层（9），电极（10）和后玻璃管（11），辉光放电管的组合方式为平行排列模式，前玻璃板（8）和后玻璃板（11）以及之间的障壁层（9）围成若干个小气室，将稀有气体充满小气室，电源正负两极分别并联上电极和下电极，而电源电压介于辉光放电管的点燃电压和熄灭电压之间。

书写笔采用静电设计，由高压静电发生器、绝缘壳体以及开关装置（放置在笔前段）组成。当教师使用书写笔，笔尖接触黑板并按下开关、接通开关，使正高压分布在导电块上，进而点亮辉光放电管，完成在电子黑板上的书写。

黑板擦采用静电设计，当开关被按下时，导电底板产生负高压，达到熄灭辉光放电管的目的，进行擦除黑板。

二、结论

本文针对当下传统黑板操作费时费力、污染大的难题，以及电子黑板可靠性差、成本高、书写体验差等问题，提出了一种新新型的基于辉光放电管的电子黑板，辉光放电管具有可控双稳态、显示精度较高、价格适中等优势，并在黑板外表面涂上一层水性丙烯酸涂料，产生漫反射。本文提出的辉光放电管电子黑板的主要优点有：

1.应用等离子体辉光放电技术，避免了传统黑板带来的种种弊端;对黑板上的字迹进行严格把控，避免了效果延迟、清除不便等弊端;应用一键清除，在操作上更加省时省力，提高工作效率。

2.应用漫反射涂料，使教室内所有角度学生无死角看到黑板上的内容，避免由镜面反射带来的弊端。

3.使黑板实现多功能转换，既可以作为书写教学的工具，又可以在其上进行投影，显示的内容多样化;同时，黑板两侧的显示屏也可以进行辅助。

4.经济效益上，比普通电子黑板应用的液晶显示屏更加实惠，全面节省了教育教学成本，提高效率。

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