超聲測距噴漆裝置

湖南省醴陵市實(shí)驗(yàn)小學(xué) 何安瀾

一、課題的確定與意義

隨著社會(huì)的發(fā)展以及生活水平的提高，人們對室內(nèi)墻壁、家居家具以及汽車等表面的油漆質(zhì)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(dǎo)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(gè)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(shí)，則由學(xué)徒給家具噴射油漆，結(jié)果噴涂不均勻，引起比較嚴(yán)重的流掛現(xiàn)象。我仔細(xì)觀察并對比了一下師傅與學(xué)徒的操作，發(fā)現(xiàn)學(xué)徒操作噴槍時(shí)忽遠(yuǎn)忽近。我爸爸開車不小心造成剮蹭后，他涂抹車表面油漆時(shí)也會(huì)出現(xiàn)凹凸不平；用那種噴嘴噴漆時(shí)，由于掌握不好噴嘴與被噴漆物體表面的距離也導(dǎo)致出現(xiàn)很嚴(yán)重的流掛現(xiàn)象。我上網(wǎng)查閱了許多有關(guān)資料，并調(diào)查走訪了遠(yuǎn)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(lǐng)。噴漆不是一下完成的，噴漆時(shí)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(xué)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(diào)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(jìn)行研究與設(shè)計(jì)。

二、基本思路

本項(xiàng)目的主要目的是創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種超聲測距噴漆（涂料）裝置。本裝置的基本設(shè)計(jì)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(yù)警模塊、單片機(jī)控制模塊等利用組合發(fā)明法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。即在普通噴漆槍噴嘴的前端安裝一個(gè)距離自動(dòng)感應(yīng)控制器，利用超聲波模塊自動(dòng)感應(yīng)測距。當(dāng)噴槍與被噴漆（涂料）物體表面間距不合適時(shí)，綠燈閃爍發(fā)出報(bào)警提示。

三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

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(shí)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(dāng)超聲波檢測到30 厘米之內(nèi)有被噴漆物體時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)繼電器，綠燈滅。

3.控制模塊：利用單片機(jī)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(shí)同時(shí)計(jì)時(shí)。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(shí)際情況利用繼電器驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載。同時(shí)綠燈亮發(fā)出預(yù)警信號。

4.預(yù)警模塊：當(dāng)噴漆槍與被噴物體的間距小于或大于設(shè)定的合適距離值時(shí)，綠色指示燈會(huì)閃爍報(bào)警。

5.超聲測距噴漆裝置：接收由自動(dòng)感應(yīng)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(yàn)

1.我在老師的指導(dǎo)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(yù)警模塊、單片機(jī)控制模塊等，制作成一個(gè)自動(dòng)感應(yīng)控制器，并整合在一個(gè)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(gè)噴漆槍（如圖3 所示）。將這個(gè)自動(dòng)感應(yīng)控制器安裝在噴漆槍前端靠近噴嘴處的左邊。

3.裝置結(jié)構(gòu)（如圖4 所示）：由涂料壺、噴幅調(diào)節(jié)、霧化噴嘴、超聲測距裝置、掛鉤、噴幅調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥、扳機(jī)開關(guān)、人體學(xué)手柄、進(jìn)氣口、氣壓調(diào)節(jié)閥等組成。

4.本裝置經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期目的和預(yù)設(shè)效果，得到了專業(yè)人士和專家的好評。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

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(jī)控制超聲波的技術(shù)，可以降低和避免噴漆時(shí)出現(xiàn)流掛不均勻而造成整體效果不好、不美觀，又浪費(fèi)油漆（涂料）的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了居民的生活品質(zhì)。

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

六、體會(huì)

通過這次科技創(chuàng)新與制作活動(dòng)，我深深體會(huì)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(zhì)疑，積極主動(dòng)探索，勤于動(dòng)手實(shí)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(dǎo)老師的精心輔導(dǎo)，父母的鼓勵(lì)與支持；感謝各大報(bào)刊、雜志的編輯以及讀者給予我的思考與智慧；感謝為本項(xiàng)目的制作與指導(dǎo)付出辛勤勞動(dòng)的工人師傅。謝謝大家！