超聲測距噴漆裝置

湖南省醴陵市實驗小學 何安瀾

一、課題的確定與意義

隨著社會的發(fā)展以及生活水平的提高，人們對室內墻壁、家居家具以及汽車等表面的油漆質量提出更高的要求。但由于工作人員的工作技能欠缺，掌握不好噴漆槍和被噴漆物體表面的距離，導致噴射的油漆出現(xiàn)流掛或不均勻的現(xiàn)象。

我家附近有一個油漆店鋪，做完作業(yè)后，我就跑到那里去看。由于該店老板人脈廣、人又比較隨和，師傅的技藝精湛，所以生意特別好。師傅忙不過來時，則由學徒給家具噴射油漆，結果噴涂不均勻，引起比較嚴重的流掛現(xiàn)象。我仔細觀察并對比了一下師傅與學徒的操作，發(fā)現(xiàn)學徒操作噴槍時忽遠忽近。我爸爸開車不小心造成剮蹭后，他涂抹車表面油漆時也會出現(xiàn)凹凸不平；用那種噴嘴噴漆時，由于掌握不好噴嘴與被噴漆物體表面的距離也導致出現(xiàn)很嚴重的流掛現(xiàn)象。我上網(wǎng)查閱了許多有關資料，并調查走訪了遠近聞名的油漆師傅，了解到噴漆流掛、不均勻的主要原因是沒有掌握好噴漆要領。噴漆不是一下完成的，噴漆時噴槍間隔物體表面最合適的距離是150 毫米～200 毫米。那么，如何掌控好間距，使學徒或一般人也能輕而易舉地噴出美觀、均勻而不流掛的油漆呢？

通過市場走訪與調查發(fā)現(xiàn)，目前市場上還沒有類似產(chǎn)品或裝置。綜合以上情況，我決定以“超聲測距噴漆（涂料）裝置”為題進行研究與設計。

二、基本思路

本項目的主要目的是創(chuàng)新設計一種超聲測距噴漆（涂料）裝置。本裝置的基本設計思路（如圖1 所示）是采用市面上常見的噴漆槍、繼電器模塊、US-025 超聲波測距傳感器模塊、預警模塊、單片機控制模塊等利用組合發(fā)明法進行創(chuàng)新設計。即在普通噴漆槍噴嘴的前端安裝一個距離自動感應控制器，利用超聲波模塊自動感應測距。當噴槍與被噴漆（涂料）物體表面間距不合適時，綠燈閃爍發(fā)出報警提示。

三、項目設計

1.超聲波測距傳感器模塊：采用蘇州順憬志聯(lián)的高性能、低成本超聲波測距芯片CS100；US-025 超聲波測距模塊可實現(xiàn)2厘米～6 米的非接觸測距功能，工作電壓為3 V～5.5 V，工作電流為5.3 mA，支持GPIO通信模式，測距精度高，工作穩(wěn)定可靠。

2.繼電器模塊：打開電源后，繼電器為斷開狀態(tài)，紅燈、綠燈都亮。當超聲波檢測到30 厘米之內有被噴漆物體時，就會啟動繼電器，綠燈滅。

3.控制模塊：利用單片機控制超聲波的發(fā)射。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在開始發(fā)射時同時計時。超聲波在空氣中傳播，途中碰到被噴漆物體就立刻返回來，超聲波接收器收到反射波立刻控制繼電器，使用人員可以根據(jù)實際情況利用繼電器驅動其他負載。同時綠燈亮發(fā)出預警信號。

4.預警模塊：當噴漆槍與被噴物體的間距小于或大于設定的合適距離值時，綠色指示燈會閃爍報警。

5.超聲測距噴漆裝置：接收由自動感應控制模塊發(fā)出的指令，即可開啟或閉合噴漆裝置。

四、裝置制作與試驗

1.我在老師的指導與幫助下，首先組裝US-025 超聲波測距傳感器模塊、繼電器模塊、預警模塊、單片機控制模塊等，制作成一個自動感應控制器，并整合在一個小型長方體盒子中（如圖2 所示）。

2.從網(wǎng)上購物平臺購置一個噴漆槍（如圖3 所示）。將這個自動感應控制器安裝在噴漆槍前端靠近噴嘴處的左邊。

3.裝置結構（如圖4 所示）：由涂料壺、噴幅調節(jié)、霧化噴嘴、超聲測距裝置、掛鉤、噴幅調節(jié)閥、流量調節(jié)閥、扳機開關、人體學手柄、進氣口、氣壓調節(jié)閥等組成。

4.本裝置經(jīng)過多次反復試驗，達到了預期目的和預設效果，得到了專業(yè)人士和專家的好評。

五、創(chuàng)新點

1.該制作提出了一種超聲測距噴漆并能發(fā)出警示的方法。

2.利用單片機控制超聲波的技術，可以降低和避免噴漆時出現(xiàn)流掛不均勻而造成整體效果不好、不美觀，又浪費油漆（涂料）的風險，從而提高了居民的生活品質。

3.進一步完善的設想。將自動感應控制系統(tǒng)安裝在噴漆槍的電路中，可以自動感應最佳噴漆距離和自動控制噴漆量，方便普通人（指沒有噴漆技藝的人）使用。

六、體會

通過這次科技創(chuàng)新與制作活動，我深深體會到：創(chuàng)造發(fā)明一件優(yōu)秀的作品并不是一件簡單、容易的事情。生活中處處是發(fā)明，但必須留心觀察周邊的事物，并且善于發(fā)現(xiàn)問題，敢于大膽質疑，積極主動探索，勤于動手實踐，勇于突破條條框框的束縛，才能有所創(chuàng)新，有所發(fā)明。創(chuàng)新無止境，沒有最好，只有更好！

七、致謝

感謝各位指導老師的精心輔導，父母的鼓勵與支持；感謝各大報刊、雜志的編輯以及讀者給予我的思考與智慧；感謝為本項目的制作與指導付出辛勤勞動的工人師傅。謝謝大家！