源起和體會(huì)

智能飲水機(jī)的誕生，源于一個(gè)關(guān)于安全和科技的夢(mèng)想。在我還小的時(shí)候，對(duì)家里的飲水機(jī)能出水就倍感好奇，沒事的時(shí)候就把飲水機(jī)開關(guān)打開，看著水流出來覺得很有趣，通常每次開的都是出常溫水的按鈕，突然有一天，由于好奇我打開了飲水機(jī)的熱水開關(guān)，開水對(duì)手臂造成了燙傷，從此留下了一個(gè)淺淺的印記。至此，我們開始意識(shí)到傳統(tǒng)的飲水機(jī)存在著諸多安全隱患問題。為了提供更加便捷安全的飲水體驗(yàn)，我們想研制一款具備人臉識(shí)別功能的飲水機(jī)。通過人臉識(shí)別，能夠?yàn)橛脩籼峁┒ㄖ苹娘嬎O(shè)置，如水溫、水量等，同時(shí)還可以記錄用戶的飲水?dāng)?shù)據(jù)，從而保證每天的飲水量。

設(shè)計(jì)方案

1.總體框架

我們的總體設(shè)計(jì)思路是：用家里可回收的硬紙殼，搭建一個(gè)類似的飲水機(jī)機(jī)體；用喝完飲料的大塑料瓶，作為飲水機(jī)的水桶。本系統(tǒng)安裝AI攝像頭進(jìn)行人臉識(shí)別，通過語(yǔ)音執(zhí)行模塊區(qū)分是大人還是小孩兒，運(yùn)用Mind+編寫程序刷入掌控板，兩個(gè)水泵分別出熱水和溫水。總體布置如圖1所示。

2.飲水機(jī)模型

在選擇飲水機(jī)模型主體結(jié)構(gòu)材料的時(shí)候，首先考慮的是所選材料需要具有容易成型，方便操作裁剪的特點(diǎn)。我們考慮是否可以用樂高積木塊拼搭出需要的形狀，在搭建的過程中，發(fā)現(xiàn)材料顏色較為混亂，拼在一起后五顏六色看著不美觀，而且積木塊數(shù)量不夠，在拼搭圓形的時(shí)候出現(xiàn)了困難，并且無法解決，所以放棄了這個(gè)材料。其次想到的是塑料板材，塑料板材雖然有美觀結(jié)實(shí)的特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)是裁剪不方便，操作起來很困難。最后我們選擇了硬紙板，硬紙板的可塑性高，具有一定的硬度和穩(wěn)定性，便于塑形和組裝，所以選擇了硬紙板作為主體材料。裝水的容器要選擇材質(zhì)較硬且不易變形的材料，所以我們選擇了大一點(diǎn)的飲料瓶，用于模擬飲水機(jī)的儲(chǔ)水罐；連接和管道材料為細(xì)軟的塑料管，用于模擬水流管道，要確保其柔韌性和密封性；黏合材料選擇了膠槍，用于將各部分材料牢固黏合在一起。同時(shí)購(gòu)買飲水機(jī)的開關(guān)按鈕、掌控板、攝像頭和水泵。

制作調(diào)試過程

在材料準(zhǔn)備齊全后，我們開啟了智能飲水機(jī)的創(chuàng)作。第一步設(shè)計(jì)圖紙，我們選用的是1.25L果粒橙的空瓶子，根據(jù)飲料瓶子的尺寸，設(shè)計(jì)飲水機(jī)主機(jī)，機(jī)身尺寸設(shè)計(jì)為長(zhǎng)15cm、寬25cm、高26cm，底座高度為9cm，頂部為3cm，正面為45°傾斜面，根據(jù)圖紙的尺寸進(jìn)行裁剪。在裁剪過程中用到的工具為剪刀、壁紙刀，由于所選擇的工具都很鋒利，所以在使用的時(shí)候要規(guī)范、小心，防止受到不必要的傷害。因?yàn)樗芰掀坑幸稽c(diǎn)彈性，在掏洞的時(shí)候可以稍微小一點(diǎn)，這樣瓶身和紙板直接有相互的作用力，瓶子就能完美地卡在洞里。經(jīng)過繪制、裁剪、粘貼，一個(gè)晚上的時(shí)間我們的第一代智能飲水機(jī)就誕生了（圖2 ）。

在對(duì)第一代飲水機(jī)進(jìn)行硬件調(diào)試時(shí)，第一，要保證電路的安全，在電路連接時(shí)保證正確、牢固，避免出現(xiàn)短路、漏電等情況的發(fā)生。第二，在選用元器件上要選擇質(zhì)量較好的材料，避免因?yàn)樵骷收弦l(fā)問題。第三，與水接觸的部分要做好密封，防止水進(jìn)入部件內(nèi)導(dǎo)致?lián)p害。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)斜面的飲水機(jī)在固定硬件上出現(xiàn)問題，硬件不能穩(wěn)定地固定在斜面上，在老師的建議下，我們對(duì)飲水機(jī)的斜面進(jìn)行修改，改為直面（圖3）。

第二代智能飲水機(jī)制作完成后，安裝硬件，進(jìn)行編程（圖4）。在編程的過程中程序代碼出現(xiàn)問題，人臉識(shí)別對(duì)小孩兒和大人的識(shí)別分辨不清，無法識(shí)別。代碼經(jīng)過老師修改，加了“如果否則”模塊重新確認(rèn)ID序號(hào)排列，添加“否則”功能，最終完成測(cè)試并成功。

智能飲水機(jī)經(jīng)過兩次修改測(cè)試成功，隨之又產(chǎn)生了一個(gè)新的問題：這款飲水機(jī)只能出常溫水，不能出熱水，如何進(jìn)行改進(jìn)呢？老師給出一個(gè)方案：能不能將儲(chǔ)水裝置一分為二，一邊存儲(chǔ)常溫水，一邊存儲(chǔ)熱水，經(jīng)過嘗試后，很難找到合適的材料進(jìn)行分隔。我們想現(xiàn)在有一代和二代兩個(gè)飲水機(jī)，能不能把兩個(gè)飲水機(jī)合并成一個(gè)，一個(gè)儲(chǔ)存常溫水，一個(gè)儲(chǔ)存熱水，這樣就能解決問題。于是，我們將兩個(gè)飲水機(jī)合并一起，最終成功制造出第三代智能飲水機(jī)，也就是最終版本。

創(chuàng)新點(diǎn)和應(yīng)用展望

1.創(chuàng)新點(diǎn)

（1）如何實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)數(shù)據(jù)處理是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。我們利用連接線將AI攝像頭連接到掌控板，AI攝像頭收集人臉圖像和相應(yīng)的飲水機(jī)開啟和關(guān)閉狀態(tài)數(shù)據(jù)；用人臉圖像數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)人臉圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；順利解決了人臉識(shí)別數(shù)據(jù)處理的問題。

（2）如何實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音執(zhí)行模塊和水泵的簡(jiǎn)單交互是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。我們最初考慮過人臉識(shí)別的功能模塊，經(jīng)過前期實(shí)驗(yàn)，最終決定采用語(yǔ)音執(zhí)行模塊，并修改代碼，添加“否則”功能。結(jié)果證明，選擇這樣的技術(shù)路徑是成功的。

2.應(yīng)用展望

隨著科技的飛速發(fā)展，人工智能已成為當(dāng)下最熱門的話題之一。人工智能將會(huì)徹底改變我們的生活方式，讓我們的生活變得更加便捷和高效。人工智能的發(fā)展在提高效率和生廠力、推動(dòng)科學(xué)研究、改善生活質(zhì)量、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人機(jī)協(xié)作的深化、跨學(xué)科融合的加強(qiáng)等方面都有深遠(yuǎn)影響。這些趨勢(shì)將推動(dòng)人工智能在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。