智能垃圾桶

智能垃圾桶设备。该设备集成了多个传感器来监控垃圾的状态。

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上下文

良好的废物管理已成为我们星球的一个基本问题。在公共和自然空间中，许多人不注意他们留下的废物。当没有可用的垃圾收集器时，将垃圾留在现场比带回更容易。即使是所谓的保留空间也被垃圾污染了。

受污染的废物

为了保护自然区域，提供管理良好的废物收集点很重要：

• 为防止垃圾箱溢出，必须定期将垃圾箱升起。很难度过正确的时间：太快，垃圾桶可能会清空，太晚了，垃圾桶会溢出。当垃圾箱难以接近时（例如在山上的远足径上），这个问题就显得尤为重要

废物溢出

• 在这种合理的废物管理中，分类可能是一项重大挑战。有机废物可以在自然环境中直接进行堆肥处理。必须收集非有机废物才能通过特定流程进行处理。

项目目的

我们项目的目的是为智能垃圾桶提供一个监管装置。该设备集成了多个传感器来监控垃圾的状态。

• 液位传感器： 基于超声波系统，用于通过提醒垃圾收集团队来防止溢出。

• 温湿度传感器： 用于监测垃圾环境。这有助于管理有机堆肥的状况，并在某些特定情况下防止污染（非常潮湿或炎热的条件，非常干燥的条件下有火灾风险）

• 火焰传感器： 有些人可能会存放白炽废物（如烟头）或故意放火焚烧垃圾箱。垃圾火灾会对环境产生巨大影响（例如，它可能导致森林火灾）。火焰传感器可以提醒监督团队有关问题。

• 湿度传感器： 对于堆肥过程，重要的是要在堆肥材料中保持一定的湿度水平。我们项目中包含的湿度传感器将测量堆肥上的湿度水平。

• 打开传感器： 垃圾桶盖上将安装一个开启检测器，用于统计垃圾使用情况并检测不良关闭情况。

• 定位系统： 垃圾必须被识别和本地化，以帮助垃圾收集团队对其进行管理。它将在垃圾位置管理方面提供更大的灵活性，并可以部署临时垃圾箱（例如，夏季在海滩和远足径，冬季在滑雪场，在音乐节体育比赛等特殊活动中）

该项目通过一个带有两个隔间的垃圾箱来体现其全部意义：

• 一种用于非有机废物。

• 一种用于堆肥处理的有机废物。

分离垃圾箱

Sigfox 使用

垃圾箱将安装在隔离区域。电力将由电池提供，可能连接到太阳能电池板。对我们来说，Sigfox 是一个非常好的解决方案：

• Sigfox 通信系统覆盖范围广：允许大规模部署项目。

• Sigfox 系统为我们的用例提供了足够的通信能力。

• Sigfox 可以提供 100m 的定位解决方案：无需在垃圾箱上添加 GPS 防护罩。

• Sigfox 是一种低功耗解决方案，可让设备自主运行很长时间。

二、项目详情

硬件设计方法

我们的项目设计方法图

项目步骤

第一步：了解 Sigfox

Sigfox 是一种在物联网范围内连接设备的解决方案。它目前在 45 个以上的国家和 300 万台设备上运行。消息最大为12字节，每天最多140个上行和4个下行。

第 2 步：硬件查找

硬件

使用的硬件：

• Arduino MKR Fox 1200

• 微型微动开关

• HC-SR04 – 超声波传感器

• DHT11 – 温度和湿度传感器

• KY-026 – 火焰传感器模块

• 水分传感器（定制）- 可以使用普通的水分传感器，但使用几个月后，探头的两条腿会腐蚀，腿上的薄铜层将被完全腐蚀掉。因此，我们使用由铜制成的定制湿度传感器，使其在腐蚀前的使用寿命更长。 http://carrefour-numerique.cite-sciences.fr/fablab/wiki/doku.php?id=projets:moisture_sensor

• 树莓派 3 B 型

在这个项目中，我们使用定制的湿度传感器使其在腐蚀前持续很长时间。

第三步：硬件连接与布局

原理图

连接到 Arduino MKR Fox 1200

微动开关 -> Arduino MKR Fox 1200

• C -> GND

• NC -> 引脚 3

DHT11 -> Arduino MKR Fox 1200

• VCC -> 5V

• GND -> GND

• 数据 -> 引脚 2

HC-SR04 -> Arduino MKR Fox 1200

• VCC -> 5V

• GND -> GND

• 触发器 -> 引脚 9

• 回声 -> 引脚 10

KY-026 -> Arduino MKR Fox 1200

• VCC -> 5V

• GND -> GND

• 数据 -> 引脚 A0

湿度传感器（定制）-> Arduino MKR Fox 1200

• VCC -> 5V

• GND -> GND

• SIG -> A1

第 4 步：Arduino 代码

安装Arduino IDE：

从此链接安装 arduino IDE：https://www.arduino.cc/en/Main/Software

获取代码：

https://github.com/honhon01/Smart-Waste-Bin

董事会和图书馆：

在理解代码之前，您需要安装开发板和库。

板：

要安装开发板，请转到“工具> 开发板> 开发板管理器”。

电路板安装

电路板需求：

• Arduino SAMD 板（32 位 ARM Cortex-M0+）

图书馆：

要安装库，请转到“Sketch> Include Library> Manage Libraries”。

图书馆安装

图书馆需要：

• Arduino 低功耗

• 用于 MKR Fox 1200 的 Arduino Sigfox

• DHT 传感器库

• Adafruit 统一传感器驱动程序 https://github.com/adafruit/Adafruit_Sensor

• RTCZero

查看代码：

• #include ：用于管理 Sigfox 模块并从设备发送或接收值。

• #include ：用于让模块进入睡眠状态并节省电池寿命。

• #include ：通常用于 DHT11 工作。

功能：

• setup() ：在这个函数中，我们检查 Sigfox 是否已经开始。此外，设置 DHT11 和超声波传感器引脚。

• loop() ：在这个函数中，我们检查按钮是否被按下，这意味着垃圾箱是否关闭。如果按钮没有按下，Sigfox 不会发送值，但是，如果按下它，它将从所有传感器获取值并将其发送到 sendPayload() 函数。

• sendPayload() ：此函数将启动 Sigfox 模块并将所有值作为字节发送到 SigFox。然后它将结束 Sigfox 模块

运行代码：

在您了解代码的工作原理之后。尝试编译并上传代码。

不要忘记选择 Arduino MKR Fox 1200 的开发板和设备端口的端口。

第 5 步：激活您的设备

拿到设备后，点击此链接激活设备https://buy.sigfox.com/activate。然后，填写信息，您将获得设备安装。

激活设备

步骤 6：发送数据

尝试再次运行 Arduino IDE，这次设备将能够将数据发送到 SigFox。您可以检查是否在 SigFox 后端收到数据。 https://backend.sigfox.com/device/list

SigFox 中的消息

步骤 7：应用服务器

树莓派 3 B 型 用作应用程序服务器。其中包含 Node-RED、MariaDB 和 Web 应用程序。

第 8 步：后端使用 Node-RED

安装 Node-RED：

按照此链接中的说明操作： https://nodered.org/docs/getting-started/installation

Npm 需要：

• node-red-node-mysql

要从 SigFox 获取数据，我们需要创建自己的服务器来接收数据。我们使用 Node-RED 作为工具从 SigFox 获取数据。

Node-RED Flow

第 9 步：数据库 – MariaDB

安装 MariaDB：

树莓派： https://howtoraspberrypi.com/mariadb-raspbian-raspberry-pi/

其他操作系统： https://mariadb.com/downloads

第 10 步：前端应用程序（网站）

我们网站的主页

这是我们项目的前端。网站显示从设备发送的信息和数据。

3D打印

在 3D 打印框中安装对象

1.将 DHT11 放在第 1 点并用“DHT11 维护”部分覆盖。

2.将 HC-SR04 放在第 2 点并盖上“内部”部分。

3.将KY-026放置在“内部”部分顶部的第3点。

4.将湿度传感器放在第 4 点。

5.将 Arduino MKR Fox 1200 放在第 5 点。

6.将微型微动开关置于“中上”部分，用“开检测器”部分关闭。

7.将“支架”部分与“底座”部分连接起来，将天线放置在“底座”内部。

8.将“支撑”部分连接到主箱，并用“中顶”、“前顶”和“后顶”关闭箱体。

3D 打印盒中的示意图

三、一些可能的额外功能

• 能够在显示监视器上设置垃圾箱的总高度（不仅可以在 Arduino 上修改）。 –> 每种类型的垃圾箱都有不同的高度，因此，如果用户可以设置垃圾箱的高度，则设备将能够安装在各种类型的垃圾箱上。

• 能够区分废物的类型。 –> 有机和非有机废物的废物管理将更加容易。

• 在垃圾箱上方安装的监视器中显示垃圾箱中的垃圾量。 –> 了解垃圾箱中垃圾的高度，让用户更舒适，如果垃圾箱满了可以跳过。

• 提供带有太阳能电池板的自主电池。 –> 对于自治系统

• 通过控制供水系统和通风系统（可以打开或关闭的百叶窗）来管理垃圾箱内的温度和湿度。 –> 监督和控制堆肥过程。

四、结论

垃圾管理

我们的“智能垃圾箱”理念，为垃圾系统提供智能技术，减少人力时间和精力，创造健康和垃圾泛滥的环境。

提出的想法是通过智能垃圾箱来保护自然区域并减少废物污染，以进行井废物管理，我们可以知道哪些区域是空的或溢出的。所以，这个项目可以帮助垃圾收集者进行管理、良好的废物管理和清洁。了解垃圾箱的环境和级别。所以，我们可以管理接送时间表。

该项目的目标是让与设备相匹配的硬件通过智能垃圾箱的传感器感知环境，检测垃圾箱内垃圾的液位、温度、湿度、水分和火焰bin 定期为每个 bin 节点创建 bin。并且我们将每个节点连接到 sigfox 网络，节点将数据发送到 sigfox 并在网站上显示值。

最终结果可在以下网站访问：http://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

五、致谢

KMUTT-泰国

King Mongkut's University of Technology Thonburi ，因为给了我们一个机会。鉴于本次活动的重要性，对三年级以下学生（电子与电信工程和计算机工程）进行为期7周的培训。

ESIEE-亚眠

ESIEE-亚眠 ，为了您继续合作，为项目开发提供场所、在您的设施中为工程专业学生提供实验室培训机会，并为此项目提供设备。很明显，培训是学术活动的重要组成部分，可以帮助学生学习商业组织中正在进行的工程活动。

我们要对 Nicolas DAILLY 表示深深的感谢 ，我们的主管和 Thérèse ABY , 共同主管对我们的工作进行了耐心的指导、热情的鼓励和有益的批评。我们要感谢 Stéphane POMPORTES 感谢他的建议和帮助。我还要感谢 Nicolas HENOCQ 谁为我们提供材料来制作湿度传感器和 Moustapha KEBE 感谢他对 Web 开发的建议。

来源： 智能垃圾桶