STEAM校園：智能廁所自動清潔
【明報專訊】3名小學生組成的「英二C隊」研發的智能廁所會自動打開廁板和冲廁。對他們來說，理想的廁所是怎樣的？馬康耀說他理想的廁所是全自動化的，用家不需接觸洗手間，「只要感應到我走近，廁格門口便會自動打開」。王子軒則說，「一點自動」就已經滿足，「像我們設計的廁所一樣，廁板會自動打開就可以」。吳偉祥認為冲廁要乾淨，他如廁後會把廁板蓋上後冲廁，不過下個用家有可能打開廁板後才發現骯髒，便為時已晚，因為對方早已接觸到廁板了。
智能馬桶如何運作？
英二C隊以超聲波感測器作感應器，當它探測到有人接近座廁，便會通知伺服摩打(Servomotor)負責把探測結果跟程式比對，再發出打開廁板的指令，讓用家如廁，其間更會播放音樂，「讓用家去(廁所)得更舒暢」。使用過後，馬桶會自動關上廁板，當中的彩色傳感器會透過環境感光度偵測有沒有排泄物，感光度愈低代表馬桶愈骯髒，水愈渾濁，系統就會持續冲廁和清潔直至感光度變高，即馬桶變得乾淨。
他們研發的馬桶亦安裝了自動洗刷器，冲廁時會旋轉清洗馬桶。王子軒說洗刷器模仿人類洗刷馬桶，「因為冲廁有時不乾淨，這洗刷器就能跟人洗刷廁所一樣」。
編程計算自動清潔頻率
此外，馬桶會定時自動清潔。吳偉祥說，他們編寫程式記錄前一天的廁所使用次數，再計算當天的冲廁頻率，今天用得愈多，翌日就會洗刷得更密。起初，英二C隊並不懂得如何透過編程，使人工智能計算翌日的冲廁頻率，「之後陳景康老師(圖)教我們使用變數列表(list variables)」。變數列表能儲存前一天的廁所使用次數，並輸入至數式，計算翌日的冲廁頻率。
■想一想
你的理想廁所有什麼特點呢？
■常識站
變數(Variable)
變數即可隨時改變的數值，例如溫度、濕度等。變數亦可指一組不同數值統計的數據，例如廁所的使用次數等。不會變動的數字稱為「常數」(constant)，圓周率π就是常數。大部分研究會將概念以變數的方式呈現，加以衡量與分析。
以研究整體人們快不快樂為例，我們可以把快樂這個概念以變數表達，1代表十分不快樂，5代表十分快樂，就能以數字統計出整體人們有多快樂。
■考考你
A小學的學生正調查學校的廁所使用率，發現學生昨天平均每60分鐘使用39次，今天則是40次。你能指出當中的變數及常數嗎？
答案：
變數：39、40(每天的使用次數會有變化)
常數：60(以每60分鐘作單位)
會誤測冲到屁股嗎？
不少商場廁所都有自動冲廁系統，但你試過如廁時不小心觸動系統嗎？你即使立即站起，也避不過冲廁時的水流，被濺到屁股。英二C隊設計的智能廁所也會有相同情况嗎？馬康耀說：「不會，因為我們把超聲波感應器的感應範圍調校至10厘米內，確保不會偵測到其他範圍。」廁板打開時，冲廁功能並不會啟動，直到用家如廁後蓋上廁板才會冲廁。
10厘米會否太近？王子軒解釋，10厘米距離是基於長25厘米的模型(圖d)設定的，假如未來推出市面，感應範圍便會按比例增加。
■常識站
Scratch
整套智能廁所系統都是英二C隊運用編程平台Scratch編寫而成。Scratch可以配合不同編程工具，包括他們使用的LEGO EV3 Mindstorm以控制由LEGO砌成的模型；用家只要加入不同程式模組，例如動作、外觀、聲音、事件、控制、偵測、運算子和變數等，便能透過藍牙下達指令，控制LEGO模型。
為什麼冲廁後下個用家毋須自行添水？原來抽水馬桶運用了槓桿原理，按下冲廁按鈕時，會帶動鏈條拉起水箱中的去水塞，水箱內的清水流入馬桶，冲走排泄物。(圖e)
當所有水放出後，去水塞便會落下，堵住去水口；同時，一直浮在水面的浮球因水位下降，帶動槓桿開啟進水閥門，把水抽入水箱，直至浮球因水位上升而逐漸升高，再透過槓桿關掉進水閥門。
■關鍵詞
廁所 Toilet
抽水馬桶 Flush Toilet
超聲波感測器 Ultrasonic Sensor
文：方綺婷
圖：黃志東
[常識學堂 第198期]
