趙溢洋

摘要：隨著制造業(yè)水平的不斷提高、軟硬件技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，教具行業(yè)也面臨著產(chǎn)業(yè)升級的挑戰(zhàn)。作為教學(xué)中最常用的的教具之一，傳統(tǒng)的黑板具有很多缺點，例如反復(fù)擦寫、費時費力，使用粉塵粉筆污染環(huán)境、影響師生身體健康。目前市面上各種電子黑板均有不足之處，因此本文提出了一種基于輝光放電管的新型電子黑板，具有造價成本低、使用方便等優(yōu)點，可大幅提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：輝光放電管 電子黑板 教學(xué)效率

前?言

在當(dāng)今社會的教育教學(xué)工作中，所采用的黑板主要技術(shù)普遍為：用由白色沉淀物構(gòu)成的粉筆在由復(fù)合材料板構(gòu)成的黑板上留下痕跡，這種方式不僅需要反復(fù)擦寫，浪費力氣，而且長期使用會造成污染，不利于教室內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，還會給老師及學(xué)生的身體帶來傷害。隨著科技的不斷發(fā)展，電子黑板雖然在不斷的發(fā)展，但只有少數(shù)地區(qū)實現(xiàn)了采用各種形式的電子黑板。目前市面上的電子黑板目前有以下幾類：LED屏電子黑板，顯示精度不高;液晶屏電子黑板，顯示精度高，但是由于原材料價格高昂，難以實現(xiàn)普及;電子白板，實質(zhì)上并非黑板，只是手寫輸入板，需要在懸掛墻體上的黑板之外加設(shè)專用設(shè)備，使用專用的書寫筆書寫，這種方式會隨之而來如下的幾個問題：

1.書寫筆書寫后難以擦除;

2.書寫筆成本較高;

3.不用專用書寫筆也可以書寫，但是定位難、存在書寫延遲現(xiàn)象;

4.電子白板系統(tǒng)的設(shè)計成本和制造成本偏高，造成電子白板難以普及?？傮w來說，目前市面上的電子黑板可能具有效果延遲、易被灰塵昆蟲干擾、成本高和使用不方便等缺點。

目前有關(guān)黑板的研究，大多數(shù)都是針對黑板的結(jié)構(gòu)進行改進，還是無法避免普通黑板會出現(xiàn)的以上問題。而電子黑板的設(shè)計，其利用的原理一般為傳感或發(fā)光二極管，其中一種利用傳感器的電子黑板，其主要缺陷為傳感器不靈敏，無法區(qū)域性清除黑板字跡，且無法避免筆誤，為教育教學(xué)工作帶來不便。另一種利用電磁發(fā)光二極管作為主要顯示技術(shù)，但發(fā)光二極管在不同角度光強相差很多，光強會產(chǎn)生分布不均的現(xiàn)象，會影響黑板的屏顯效果。

一、電子黑板的設(shè)計

本文中的電子黑板系統(tǒng)采用輝光管放電技術(shù)輔之以專門設(shè)計的軟件控制系統(tǒng)，完全可以告別傳統(tǒng)的黑板、粉筆和黑板擦，在教學(xué)過程中可實現(xiàn)多媒體硬件升級和教具智能化。而且基于輝光放電管的電子黑板，操作起來和傳統(tǒng)黑板并無差異，無論是年輕教師還是有多年經(jīng)驗的老教師，都可以輕松操作。本文的電子黑板系統(tǒng)設(shè)計、制造成本低，操作方便，適用于教室和實驗室等教學(xué)平臺，主要硬件包括：黑板主體、與黑板配套的寫字筆、與黑板配套的黑板擦、黑板底部的清除按鈕、黑板頂部的攝像頭、黑板頂部的揚聲器，黑板兩側(cè)的顯示屏。

1.設(shè)計目的

輝光放電管組成的點陣屏是本文中電子黑板的核心部件，不僅解決了普通黑板需要反復(fù)擦寫，浪費力氣，長期使用會造成污染，不利于衛(wèi)生與環(huán)境的問題。目前市面上的電子黑板可靠性一般，而可控雙穩(wěn)態(tài)是等離子體輝光放電管的一大特點，可實現(xiàn)放電管在亮與滅兩種狀態(tài)之間的可控切換。而隨電子黑板搭配的書寫筆和黑板刷，采用靜電設(shè)計，可像傳統(tǒng)粉筆和黑板擦一樣供教師書寫、擦除。與LED屏電子黑板相比，顯示精度較高。相比較價格昂貴的液晶手寫觸屏，由于等離子體輝光放電技術(shù)主要應(yīng)用的是惰性氣體，價格也比較適中。由此本文提出的電子黑板顯示方案，基于等離子體輝光放電技術(shù)，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠的優(yōu)點。此外，本文提出在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，防止其上過強光線發(fā)生鏡面反射，造成一定角度的學(xué)生看不見字跡的問題發(fā)生。

2.外部設(shè)計

在實際書寫過程中，電子黑板的顯示屏由充滿惰性氣體的輝光放電管組成，每個放電管連有正負兩個電極。當(dāng)兩電極與電源正負極相連時，電極之間產(chǎn)生電場。當(dāng)點燃電壓小于電源電壓時（電離電廠小于電壓之間電場），惰性氣體的原子被電離，大量的電子和離子充滿了輝光放電管，這些電子和離子被電場加速，和輝光放電管中的中性氣體碰撞，產(chǎn)生高頻可見光或紫外線，此過程由靜電書寫筆來激發(fā)完成。

而當(dāng)需要對黑板上的全部字體進行一次擦除時，電子黑板主體與清除按鈕連接，清除按鈕可使黑板中的電場低于消電場電壓，可使用黑板上的字體進行全部消除。

除此之外，黑板底部的清除按鈕（4）使黑板整體的電場降低到消電離電場，輝光放電終止，黑板上的全部字跡消除。黑板頂部的攝像頭（5）與顯示屏相連，將教室中學(xué)生的狀態(tài)實時傳到黑板兩側(cè)的顯示屏（7）上;黑板頂部的揚聲器（6）與多媒體相連，使多媒體發(fā)出的聲音可以被放大傳出;黑板兩側(cè)的顯示屏（7）與多媒體相連，使視頻播放、幻燈片播放等功能可以實現(xiàn)。在黑板兩側(cè)的顯示屏（7）以上兩個功能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時，可將顯示屏繞軸折疊，實現(xiàn)角度變換。

3.內(nèi)部設(shè)計

圖2為黑板的內(nèi)部等離子管裝置圖，包括前玻璃板（8），障壁層（9），電極（10）和后玻璃管（11），輝光放電管的組合方式為平行排列模式，前玻璃板（8）和后玻璃板（11）以及之間的障壁層（9）圍成若干個小氣室，將稀有氣體充滿小氣室，電源正負兩極分別并聯(lián)上電極和下電極，而電源電壓介于輝光放電管的點燃電壓和熄滅電壓之間。

書寫筆采用靜電設(shè)計，由高壓靜電發(fā)生器、絕緣殼體以及開關(guān)裝置（放置在筆前段）組成。當(dāng)教師使用書寫筆，筆尖接觸黑板并按下開關(guān)、接通開關(guān)，使正高壓分布在導(dǎo)電塊上，進而點亮輝光放電管，完成在電子黑板上的書寫。

黑板擦采用靜電設(shè)計，當(dāng)開關(guān)被按下時，導(dǎo)電底板產(chǎn)生負高壓，達到熄滅輝光放電管的目的，進行擦除黑板。

二、結(jié)論

本文針對當(dāng)下傳統(tǒng)黑板操作費時費力、污染大的難題，以及電子黑板可靠性差、成本高、書寫體驗差等問題，提出了一種新新型的基于輝光放電管的電子黑板，輝光放電管具有可控雙穩(wěn)態(tài)、顯示精度較高、價格適中等優(yōu)勢，并在黑板外表面涂上一層水性丙烯酸涂料，產(chǎn)生漫反射。本文提出的輝光放電管電子黑板的主要優(yōu)點有：

1.應(yīng)用等離子體輝光放電技術(shù)，避免了傳統(tǒng)黑板帶來的種種弊端;對黑板上的字跡進行嚴格把控，避免了效果延遲、清除不便等弊端;應(yīng)用一鍵清除，在操作上更加省時省力，提高工作效率。

2.應(yīng)用漫反射涂料，使教室內(nèi)所有角度學(xué)生無死角看到黑板上的內(nèi)容，避免由鏡面反射帶來的弊端。

3.使黑板實現(xiàn)多功能轉(zhuǎn)換，既可以作為書寫教學(xué)的工具，又可以在其上進行投影，顯示的內(nèi)容多樣化;同時，黑板兩側(cè)的顯示屏也可以進行輔助。

4.經(jīng)濟效益上，比普通電子黑板應(yīng)用的液晶顯示屏更加實惠，全面節(jié)省了教育教學(xué)成本，提高效率。

[參考文獻]

[1]王柏生，劉立，邱敏，張文昕.紅外定位LED電子黑板設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2016（13）：154-155.

[2]王澤元.基于ARM的電子黑板設(shè)計[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2014，30（12）：83-85.

[3]張智海.新型電子黑板系統(tǒng)的開發(fā)[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，9（03）：36-38.

[4]劉孟龍，吳伶錫.以輝光放電管為像素的電子黑板研究與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（03）：168-170.

[5]劉培培.電子黑板及其應(yīng)用[J].物理通報，2010（04）：66-68.

[6]梁子豪.一種基于觸控技術(shù)的新型電子黑板設(shè)計[J].發(fā)明與創(chuàng)新（中學(xué)生），2014（02）：22-23.

[7]陳章其 ，倪秀峰.冷陰極輝光放電管著火電壓穩(wěn)定性問題[J].電子器件，1988（04）：51-56.

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