CN207037400U - 一种智慧黑板的控制电路 - Google Patents

Abstract

本专利申请为一种智慧黑板的控制电路，利用STM32主控板控制课堂多媒体教学设备的信号源和音量，无线路由器通过ZigBee物联网模块和WiFi扩展模块连接无线外设，钢化玻璃黑板吸附在液晶单元和型材框架上，从而将传统的黑板书写和多媒体教学设备，计算机辅助教学设备，物联网技术进行深度结合，一体化设计，实现真正意义的互动性，网络化教学，并智能化管理各种教学设备，提高教学质量和效率。

Description

一种智慧黑板的控制电路

技术领域

本专利申请涉及教学黑板，具体涉及的是一种支持有尘无尘粉笔书写的多功能智慧黑板的控制电路。

背景技术

现代教学传统黑板只能粉笔书写，其不能同时使用水笔书写，又不能在黑板上播放视频，浏览网页，无法将教学内容推送到云端，同时又不能像液晶白板一样支持触摸互动。同样，在办公室使用的白板，也只能使用水笔书写。随着计算机广泛普及，电化教学也成了教学的一个趋势，例如投影机加电子白板等。

目前一体化黑板开始进入了学校教室，对这方面的研究也有一些，例如申请号为201520227055.6的中国专利：一种既可以粉笔书写，又可以采用白板水笔书写，还可以进行触摸互动的一种新型智能黑板，只是将液晶显示、纳米触控、计算机和黑板集成在一起，没有将传统黑板和多媒体互动显示，计算机辅助教学系统、互联网技术、物联网技术进行深度结合，没有实现真正意义的互动性、网络化教学和智能化管理各种教学设备。

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于物联网技术的智慧黑板，将多媒体互动显示，计算机辅助教学系统、互联网技术、物联网技术和传统黑板进行深度结合，实现真正意义的互动性、网络化教学和智能化管理各种教学设备，提高教学效率和质量。

发明内容

本技术方案是是一种支持有尘无尘粉笔书写、白板水笔书写、触摸互动、直播接入、校园广播接入、环境检测、智能家居设备的管理控制和无线覆盖的多功能新型智慧黑板。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网技术的智慧黑板，所述智慧黑板的控制电路由主控板、OPS电脑主板、音频放大电路板、视频切换电路板、网络通信电路板、USB扩展及转UART电路板、麦克风接收电路板、RTC电路板、物联网模组、底部接口板、按键板和电源模组组成：

所述主控板与所述OPS电脑主板、音频放大电路板、视频切换电路板、网络通信电路板、USB扩展及转UART电路板、麦克风接收电路板、RTC电路板、物联网模组、底部接口板或者按键板分别连接，协同控制各电路模块的正常工作；

所述智慧黑板还包括电源模组，所述电源模组，用于给所述智慧黑板中的各电路模块提供工作电压。

OPS(微型)电脑是一款开方式可插拔电脑模块，其实也是一款微型电脑，只是可以进行插拔，使整体布局美观。OPS全称为：Open Pluggable Specification，开放式可插拔规范。是Intel与NEC,Micsoft共同制定的标准化数字标牌接口规范。尺寸为180mm x 119mm x30mm。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述主控板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，第一个所述输入端与矩阵按键相连，第二个所述输入端与所述麦克风接收电路板相连，第三个所述输入端与空气污染度传感器相连，第一个所述输出端和音频视频切换开关相连，第二个所述输出端通过音量调节器与音响相连，第三个所述输出端通过所述底部接口板与背光亮度调节开关和红外发射单元相连，控制课堂多媒体教学设备集中控制。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述OPS电脑主板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，第一个所述输入端与摄像头或者高拍仪相连，第二个所述输入端与触摸控制板相连，第一个所述输出端与所述主控板相连，进行USB扩展和多媒体输出。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述网络通信电路板包括无线路由器核心板、交换机板，

所述无线路由器核心板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，一个所述输出端与交换机板相连，所述交换机板与校园网络相连；一个所述输出端通过所述USB扩展及转UART电路，再与所述物联网模组连接。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述物联网模组为红外线、蓝牙或者ZigBee物联网控制模组，所述红外线、蓝牙或者ZigBee物联网控制模组与物联网控制器和/或物联网传感器无线连接。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述物联网控制器包括线路型开关控制器、窗帘马达控制器、空调控制器、投影机控制器或者空调控制器；其中，线路型开关控制器可以控制教室内的照明灯打开或者关闭。

物联网传感器包括光亮度传感器、温度传感器或者湿度传感器。

进一步，所述的基于物联网的智慧黑板的控制电路，所述无线路由器具有高密度无线覆盖技术，支持一对多互动教学。比如教师实时出题，学生们实时进行答题。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述主控板、网络通信电路板、OPS电脑主板和物联网模组都在一个标准接插卡盒(抽屉)里，所述OPS电脑主板通过第一个JAE接口与所述主控板对接插，所述标准接插卡盒(抽屉)与外部(标准接插卡槽)转接板通过第二个JAE接口对接插。模块化、抽拉式设计，便于升级维护

进一步，所述的基于物联网的智慧黑板的控制电路，所述麦克风接收电路板(麦克风无线音频接收模块)接收的声音信号，先采样到所述主控板，经过数字移频算法，再还原输出到音频放大，经DSP音频处理芯片混音输出，能有效抑制麦克风啸叫声。

进一步，所述的基于物联网的智慧黑板的控制电路，所述电源模组至少包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块为开关电源，输入110V～220VAC，输出为24VDC或者12VDC或者5VDC；所述第二电源模块输入110V～220VAC，输出12VDC，12VDC输出端通过TPS54328电源芯片输出5V和3.3V，所述第一电源模块和第二电源模块给所述智慧黑板中的各电路板或者模组提供工作电压。

进一步，所述的基于物联网技术的智慧黑板的控制电路，丰富的接口资源，支持两路HDMI信号输入，1路VGA信号输入，7路USB输入，4路网口，1路校园广播输入，1路外置音响输出，2路RS232输出。各种音频视频信号输入后，经过HDMI切换芯片，结合按键选择任一路信号输出。

驱动板：一个输入端与STM32主控板相连，接收显示信号，一个输出端与液晶显示模组相连；

进一步，物联网技术的智慧黑板的控制电路，所述STM32主控板采用STM32ARM处理器，所述无线路由器采用QCA9558芯片方案，所述OPS电脑主板主芯片采用intel i5，所述ZigBee物联网控制模组采用CC2530芯片，所述音频放大单元采用PT2830芯片。

本发明至少具有以下有益效果之一：

1.本实用新型克服了原先的智慧黑板，只能进行单一的画面展示和板书书写。

2.本实用新型赋予了智能互动多媒体教学展示板系统，能进行远程可视化交流，可以进行远程教学。

3.本实用新型赋予了智能互动多媒体教学展示板系统，能够对展示板所在的教室的门、窗、电灯、空调、电扇等进行远程操控。

4本实用新型赋予了智能互动多媒体教学展示板系统，具有环境感知能力，能够感知展示板所在的教室的空气污染度、温度、湿度、光亮度等，智能化地自动进行干预，开关电灯、电扇、空调、空气净化器等。

5.本实用新型赋予了智能互动多媒体教学展示板系统，既能够与校园网进行远程互动，也能与教室无线局域网中的学生智能教学终端进行互动，实现多空间下的同步交流，比如教师适时出题，学生实时答题等。

6.本实用新型公开的智能互动多媒体教学展示板系统，智能化程度强、可靠性高、应用范围广，能够在教室中起到重要的教学、交流、管理、网络直播、教学影像记录等多种功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型基于物联网技术的智慧黑板电路结构框示意图；

图2为本实用新型整体主视图；

图3为本实用新型整体俯视图；

图4为本实用新型整体左视图；

图5为本实用新型电平兼容电路示意图。

附图标记说明

1 STM32主控板 2 无线路由器核心板 3 交换机板板

4 ZigBee物联网模组 5 HUB转UART 6 OPS电脑

7 电源模组 8 音频放大 9 音频视频切换

10 音响 11 传感器(CO2/PM2.5) 12 无线麦克风接收

13 底部接口板 14 继电器板 15 按键板

16 触控板 17 高拍仪 18 HDMI输入

19 背光开关 20 红外接收头 21 转接板

22 驱动板 23 液晶显示 24 校园局域网

25 直播录播 26 LED显示屏 27 各种ZigBee控制器

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。

在本申请一个典型的计算硬件配置中，客户端/终端、网络设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括处理器，含单核处理器或多核处理器。处理器也可称为一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)等等。更具体地，处理器可为复杂的指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器，或实现指令集组合的处理器。处理器还可为一个或多个专用处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、图形处理器、网络处理器、通信处理器、密码处理器、协处理器、嵌入式处理器、或能够处理指令的任何其他类型的逻辑部件。处理器用于执行本发明所讨论的操作和步骤的指令。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备包括存储器，用于存储大数据，可包括一个或多个易失性存储设备，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)或其他类型的存储设备。存储器可存储包括由处理器或任何其他设备执行的指令序列的信息。例如，多种操作系统、设备驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或BIOS)和/或应用程序的可执行代码和/或数据可被加载在存储器中并且由处理器执行。

本发明中的客户端、移动终端或网络设备的操作系统可为任何类型的操作系统，例如微软公司的Windows、Windows Phone，苹果公司IOS，谷歌公司的Android，以及Linux、Unix操作系统或其他实时或嵌入式操作系统诸如VxWorks等。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本发明是示例性的，并且不应被理解为限制本发明。以下说明描述了众多具体细节以方便对本发明理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本发明的设备/系统及方法参见下述实施例：

第一实施例

下面结合附图和实施例对本发明创作作进一步的描述：

图2为本实用新型整体主视图所示，中间部分为智慧黑板的主体，两侧为普通钢化玻璃表面的黑板。

请参见图2，本实施例提供的基于物联网技术的智慧黑板的主体中的控制电路部分如图1为本实用新型基于物联网技术的智慧黑板电路结构框示意图所示，包括如下：

STM32主控板1：一个输入端与矩阵按键相连，一个输入端与无线麦克风接收模块12相连，一个输入端与空气污染度传感器11相连，一个输出端和音频视频切换开关9相连，一个输出端通过音量调节器8和音响10相连，一个输出端与背光亮度调节开关19相连，一个输出端与红外发射单元20相连，主控板1作为控制课堂多媒体教学设备集中控制；

OPS电脑主板6：一个输入端与高拍仪17相连，另一个输入端与触摸控制板16相连，一个输出端与STM32主控板1相连，进行USB扩展和多媒体输出；

无线路由器核心板2：一个输出端与交换机板3相连，交换机板3与校园网络24相连；另一个输出端通过HUB转UART-5，再通过ZigBee物联网模组4和各种ZigBee控制器27无线连接；

驱动板22：一个输入端与STM32主控板1相连，接收显示信号，一个输出端与液晶显示模组23相连；

所述STM32主控板1、无线路由器2、交换机板3、OPS电脑(主板)6和ZigBee物联网模组4都在一个抽屉里，OPS电脑6通过JAE接口与STM32主控板1对插，抽屉与外部转接板也是通过JAE对插；

本实施例提供的基于物联网技术的智慧黑板，利用STM32主控板1控制多媒体教学设备，无线路由器2通过usb hub转uart，与ZigBee物联网模组4，STM32，STM8协处理器,及外部RS232接口相连。

具有优点如下：

1.集书写黑板，教学电脑，多媒体交互和ZigBee无线设备控制于一体；电脑内置智慧课堂互动软件和白板软件系统；

2.实现ZigBee,WiFi等多种网络覆盖，支持传感器接入，通过传感器获取环境信息，通过LED显示板26显示；

3.支持校园广播接入，直播接入；

4.支持液晶屏背光控制与调节。

下面详细介绍本实施例的基于物联网技术的智慧黑板各主要模块的连接使用：

1)主控板1

包括STM32ARM系统、音频放大电路、视频切换电路、交换机板电路、USB扩展及转UART电路、麦克风接收电路、RTC电路组成。音频放大电路采用PT2830功放芯片，多路音频混频输入，STM32根据按键音频加减，通过I2C接口，调节音量大小，没有声音输入时，自动静噪处理。视频切换电路采用PI3HDX414芯片，支持4路HDMI输入；麦克风接收电路，接收到音频信号先到STM32芯片，经过移频处理，再输出到功放单元。USB扩展采用GL850，路由器1个USB口扩展出4路，USB转UART采用CP2104，一路UART接到ZigBee，1路接到STM32，1路接到STM8，1路接到RS232接口，控制外部LED屏。STM8作为协处理器，控制部分芯片rst，控制STM32boot，便于STM32远程升级。

2)按键板15

包括矩阵键盘、LED指示灯(zigbee/wifi)。按键用于控制电脑开关机，音量加减，视频切换及其他场景。

3)底部接口板13

包括HDMI输入，VGA输入，音频输入，红外接收，红外发射。HDMI输入,VGA输入直接到液晶驱动板，红外接收方便外部遥控器控制，红外发射方便按键控制驱动板信号源和音量。

4)继电器板14

通过stm32io口控制继电器的开合，来控制对外220AC供电通断。在io和继电器之间加了PS2501光耦隔离，并且加了电源隔离模块B1212XT，能有效抑制外部故障导致内部板卡损坏。且在220V供电侧，加了保险丝和压敏电阻保护。

5)ZigBee物联网模组4

此为ZigBee组网的协调器，采用CC2530芯片和RFX2401功率放大芯片，供电采用3.3V。ZigBee模块与灯开关控制器、窗帘马达控制器、投影仪控制器、空调控制器和温湿度，光照传感器组网通信。

6)无线路由器2

选用QCA9558+QCA9880方案，主频700M。3*3MIMO，2.4G通讯速率最高450Mbps，5.8G通讯速率最高1.3Gbps。usb口和reset口通过排线连接到STM32主控板。

7)电源模块(组)7

采用两个开关电源，麦格米特M128L和明玮电源。M128L输入110V～220VAC，输出24VDC，12VDC，5VDC，给驱动板、背光恒流板供电，明玮电源输入110V～220VAC，输出12VDC，12VDC输出端通过两路TPS54328电源芯片分别输出5V和3.3V，给其他板卡供电。

第二实施例

对于智能黑板在于各种现有技术的累加，是通过主控板实现的，这样在进行通信的过程中的兼容性问题。

对应的板卡兼容解决方案：如图5为本实用新型电平兼容电路示意图所示：有的板卡之间，电平信号不一致，通过电平转化电路，实现电平兼容。如下，红外接收头HS0038有两种信号源，STM32输出信号是3.3V，红外接收头HS0038输入信号是5V，STM32IO信号经过TTL转换成5V，再叠加，输出给电视板卡红外控制输入端。

第三实施例

对于数据信息在传输过程中，存在丢包，错误等问题。

对应的通信丢包解决方案：1、配置信道前，进行信道侦测，选择干扰小的信道；2、建立信号重发机制，1次丢包后，伪随机数延迟后，再重发，避免同频碰撞。

第四实施例

对于手写时存在的辨识错误问题。

对应的手写辨识错误解决方案：1、调整钢化玻璃到液晶面板间距，控制在4mm；2、触控板接大地，保证基准电压稳定

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的基于物联网的智慧黑板，通过STM32主控板控制课堂多媒体教学设备，通过无线路由器实现高密度WiFi覆盖，通过ZigBee物联网模组进行环境检测和外部设备控制，通过OPS电脑主板和液晶显示实现多媒体教学互动，通过纳米触控和钢化玻璃黑板，实现触控板书和粉笔板书，从而将传统黑板和多媒体互动显示，计算机辅助教学系统、互联网技术、物联网技术进行深度结合，高度集成，实现真正意义的互动性、网络化教学和智能化管理各种教学设备，提高教学效率和质量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述控制电路由主控板、OPS电脑主板、音频放大电路板、视频切换电路板、网络通信电路板、USB扩展及转UART电路板、麦克风接收电路板、物联网模组、底部接口板、按键板和电源模组组成：

所述主控板与所述OPS电脑主板、音频放大电路板、视频切换电路板、网络通信电路板、USB扩展及转UART电路板、麦克风接收电路板、物联网模组、底部接口板或者按键板分别连接，协同控制各电路板模块的正常工作；

所述电源模组，用于给所述智慧黑板中的各电路板模块提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述主控板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，第一个所述输入端与矩阵按键相连，第二个所述输入端与所述麦克风接收电路板相连，第三个所述输入端与空气污染度传感器相连，第一个所述输出端和音频视频切换开关相连，第二个所述输出端通过音量调节器与音响相连，第三个所述输出端通过所述底部接口板与背光亮度调节开关和红外发射单元相连。

3.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述OPS电脑主板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，第一个所述输入端与高拍仪相连，第二个所述输入端与触摸控制板相连，第一个所述输出端与所述主控板相连，进行USB扩展和多媒体输出。

4.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述网络通信电路板包括无线路由器核心板和交换机板，

所述无线路由器核心板设有至少一个输入端和至少一个输出端，其中，一个所述输出端与交换机板相连；

所述交换机板与校园网络相连；一个所述输出端通过所述USB扩展及转UART电路，再与所述物联网模组连接。

5.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述物联网模组为红外线、蓝牙或者ZigBee物联网控制模组，所述红外线、蓝牙或者ZigBee物联网控制模组与物联网控制器和/或物联网传感器无线连接。

6.根据权利要求5所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述物联网控制器包括线路型开关控制器、窗帘马达控制器、空调控制器、投影机控制器或者空调控制器；

物联网传感器包括光亮度传感器、温度传感器或者湿度传感器。

7.根据权利要求1至5中任一所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述主控板、网络通信电路板、OPS电脑主板和物联网模组都在一个标准接插卡盒里，所述OPS电脑主板通过第一个JAE接口与所述主控板对接插，所述标准接插卡盒与标准接插卡槽中的转接板通过第二个JAE接口对接插。

8.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述麦克风接收电路板接收的声音信号，先采样到所述主控板，进行处理后再还原输出到音频放大，经DSP音频处理芯片混音输出。

9.根据权利要求1所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述电源模组至少包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块为开关电源，输入110V～220VAC，输出为24VDC或者12VDC或者5VDC；所述第二电源模块输入110V～220VAC，输出12VDC，12VDC输出端通过TPS54328电源芯片输出5V和3.3V，所述第一电源模块和第二电源模块给所述智慧黑板中的各电路板或者模组提供工作电压。

10.根据权利要求1至6或者8至9中任一所述的智慧黑板的控制电路，其特征在于，所述智慧黑板设有多种输入或者输出接口，包括至少一个HDMI接口、至少一个VGA接口、至少一个USB接口、至少一个网口接口、至少一个校园广播接口、至少一个外置音响接口、至少一个RS232接口。