超声测距喷漆装置

湖南省醴陵市实验小学 何安澜

一、课题的确定与意义

随着社会的发展以及生活水平的提高，人们对室内墙壁、家居家具以及汽车等表面的油漆质量提出更高的要求。但由于工作人员的工作技能欠缺，掌握不好喷漆枪和被喷漆物体表面的距离，导致喷射的油漆出现流挂或不均匀的现象。

我家附近有一个油漆店铺，做完作业后，我就跑到那里去看。由于该店老板人脉广、人又比较随和，师傅的技艺精湛，所以生意特别好。师傅忙不过来时，则由学徒给家具喷射油漆，结果喷涂不均匀，引起比较严重的流挂现象。我仔细观察并对比了一下师傅与学徒的操作，发现学徒操作喷枪时忽远忽近。我爸爸开车不小心造成剐蹭后，他涂抹车表面油漆时也会出现凹凸不平；用那种喷嘴喷漆时，由于掌握不好喷嘴与被喷漆物体表面的距离也导致出现很严重的流挂现象。我上网查阅了许多有关资料，并调查走访了远近闻名的油漆师傅，了解到喷漆流挂、不均匀的主要原因是没有掌握好喷漆要领。喷漆不是一下完成的，喷漆时喷枪间隔物体表面最合适的距离是150 毫米～200 毫米。那么，如何掌控好间距，使学徒或一般人也能轻而易举地喷出美观、均匀而不流挂的油漆呢？

通过市场走访与调查发现，目前市场上还没有类似产品或装置。综合以上情况，我决定以“超声测距喷漆（涂料）装置”为题进行研究与设计。

二、基本思路

本项目的主要目的是创新设计一种超声测距喷漆（涂料）装置。本装置的基本设计思路（如图1 所示）是采用市面上常见的喷漆枪、继电器模块、US-025 超声波测距传感器模块、预警模块、单片机控制模块等利用组合发明法进行创新设计。即在普通喷漆枪喷嘴的前端安装一个距离自动感应控制器，利用超声波模块自动感应测距。当喷枪与被喷漆（涂料）物体表面间距不合适时，绿灯闪烁发出报警提示。

三、项目设计

1.超声波测距传感器模块：采用苏州顺憬志联的高性能、低成本超声波测距芯片CS100；US-025 超声波测距模块可实现2厘米～6 米的非接触测距功能，工作电压为3 V～5.5 V，工作电流为5.3 mA，支持GPIO通信模式，测距精度高，工作稳定可靠。

2.继电器模块：打开电源后，继电器为断开状态，红灯、绿灯都亮。当超声波检测到30 厘米之内有被喷漆物体时，就会启动继电器，绿灯灭。

3.控制模块：利用单片机控制超声波的发射。超声波发射器向某一方向发射超声波，在开始发射时同时计时。超声波在空气中传播，途中碰到被喷漆物体就立刻返回来，超声波接收器收到反射波立刻控制继电器，使用人员可以根据实际情况利用继电器驱动其他负载。同时绿灯亮发出预警信号。

4.预警模块：当喷漆枪与被喷物体的间距小于或大于设定的合适距离值时，绿色指示灯会闪烁报警。

5.超声测距喷漆装置：接收由自动感应控制模块发出的指令，即可开启或闭合喷漆装置。

四、装置制作与试验

1.我在老师的指导与帮助下，首先组装US-025 超声波测距传感器模块、继电器模块、预警模块、单片机控制模块等，制作成一个自动感应控制器，并整合在一个小型长方体盒子中（如图2 所示）。

2.从网上购物平台购置一个喷漆枪（如图3 所示）。将这个自动感应控制器安装在喷漆枪前端靠近喷嘴处的左边。

3.装置结构（如图4 所示）：由涂料壶、喷幅调节、雾化喷嘴、超声测距装置、挂钩、喷幅调节阀、流量调节阀、扳机开关、人体学手柄、进气口、气压调节阀等组成。

4.本装置经过多次反复试验，达到了预期目的和预设效果，得到了专业人士和专家的好评。

五、创新点

1.该制作提出了一种超声测距喷漆并能发出警示的方法。

2.利用单片机控制超声波的技术，可以降低和避免喷漆时出现流挂不均匀而造成整体效果不好、不美观，又浪费油漆（涂料）的风险，从而提高了居民的生活品质。

3.进一步完善的设想。将自动感应控制系统安装在喷漆枪的电路中，可以自动感应最佳喷漆距离和自动控制喷漆量，方便普通人（指没有喷漆技艺的人）使用。

六、体会

通过这次科技创新与制作活动，我深深体会到：创造发明一件优秀的作品并不是一件简单、容易的事情。生活中处处是发明，但必须留心观察周边的事物，并且善于发现问题，敢于大胆质疑，积极主动探索，勤于动手实践，勇于突破条条框框的束缚，才能有所创新，有所发明。创新无止境，没有最好，只有更好！

七、致谢

感谢各位指导老师的精心辅导，父母的鼓励与支持；感谢各大报刊、杂志的编辑以及读者给予我的思考与智慧；感谢为本项目的制作与指导付出辛勤劳动的工人师傅。谢谢大家！