سامانه هوشمند هشدار پُر شدن سطل زباله با آردوینو و اینترنت اشیا
مدیریت پسماند در شهرها فقط به جمع‌آوری زباله محدود نمی‌شود؛ زمان‌بندی نامناسب تخلیه‌ی سطل‌ها نیز می‌تواند باعث سرریز زباله، بوی نامطبوع و افزایش خطر آلودگی محیط شود. در مقاله‌ی «سامانه هشدار هوشمند زباله مبتنی بر اینترنت اشیا با استفاده از آردوینو UNO»، راهکاری برای پایش سطح زباله و اطلاع‌رسانی به مسئولان جمع‌آوری پیشنهاد شده است. این سامانه با استفاده از حسگر فراصوت، آردوینو، ارتباط Wi-Fi و شناسه‌ی RFID، هم پُر شدن سطل را گزارش می‌کند و هم امکان بررسی انجام عملیات تخلیه را فراهم می‌سازد.
سامانه هشدار هوشمند زباله چگونه کار می‌کند؟
در این طرح، حسگر فراصوت HC-SR04 درون سطل نصب می‌شود و فاصله‌ی میان حسگر و سطح زباله را اندازه می‌گیرد. هرچه سطل پُرتر شود، فاصله‌ی اندازه‌گیری‌شده کمتر می‌شود. آردوینو UNO داده‌های حسگر را می‌خواند و با توجه به آستانه‌های تعیین‌شده، وضعیت سطل را مشخص می‌کند.
هنگامی که سطح زباله از حد مشخصی عبور کند، اطلاعات از طریق ماژول Wi-Fi به سرور اینترنتی ارسال می‌شود. مقاله از ThingSpeak برای ثبت داده‌ها و نمایش وضعیت سطل نام می‌برد. همچنین یک اپلیکیشن اندرویدی برای مشاهده‌ی هشدارها و وضعیت پاک‌سازی در نظر گرفته شده است.
نقش اجزای اصلی
آردوینو UNO
آردوینو UNO داده‌های حسگر فراصوت و RFID را دریافت و پردازش می‌کند. این برد بر پایه‌ی میکروکنترلر ATmega328P ساخته شده و در نمونه‌ی معرفی‌شده، وظیفه‌ی تشخیص سطح پُرشدن و ارسال وضعیت را بر عهده دارد.
حسگر فراصوت HC-SR04
این حسگر با ارسال موج فراصوت و اندازه‌گیری زمان بازگشت آن، فاصله تا سطح زباله را تخمین می‌زند. اندازه‌گیری بدون تماس انجام می‌شود؛ بنابراین حسگر لازم نیست با زباله تماس داشته باشد. برای محاسبه‌ی فاصله، زمان رفت‌وبرگشت موج در سرعت صوت ضرب و بر دو تقسیم می‌شود.
ماژول Wi-Fi و سرور
ماژول Wi-Fi ارتباط میان آردوینو و سرویس اینترنتی را برقرار می‌کند. داده‌های سطح زباله و هشدارها به سرور فرستاده می‌شوند تا مسئولان شهری بتوانند وضعیت را از راه دور بررسی کنند. در بخش پیاده‌سازی مقاله به ماژول ESP8266 و پلتفرم ThingSpeak اشاره شده است.
RFID برای تأیید تخلیه
شناسه‌ی RFID کارگر یا راننده برای ثبت و تأیید عملیات پاک‌سازی استفاده می‌شود. پس از نزدیک‌شدن کارت به RFIDخوان، سامانه وضعیت سطل را دوباره بررسی می‌کند. به این ترتیب، ثبت تخلیه صرفاً به اعلام انجام کار وابسته نیست و وضعیت سطل نیز پس از عملیات ارزیابی می‌شود.
سطوح تشخیص پُرشدن سطل
مقاله چهار سطح برای پایش سطل تعریف می‌کند:
content_copy فاصله‌ی اندازه‌گیری‌شده وضعیت بیشتر از ۷۵ سانتی‌متر سطل تخلیه‌شده ۵۰ تا ۷۵ سانتی‌متر سطح نخست پُرشدن، حدود ۲۵ تا ۵۰ درصد ۲۵ تا ۵۰ سانتی‌متر بیش از ۵۰ درصد پُرشدن کمتر از ۲۵ سانتی‌متر ارسال هشدار برای تخلیه
این آستانه‌ها به ارتفاع سطل و محل نصب حسگر وابسته‌اند؛ بنابراین هنگام پیاده‌سازی باید متناسب با ابعاد هر مخزن تنظیم شوند.
اپلیکیشن اندرویدی و پایش عملیات
اپلیکیشن معرفی‌شده دو بخش اصلی دارد: Alerts برای مشاهده‌ی هشدارهای سطل و Status برای بررسی نتیجه‌ی پاک‌سازی. داده‌های ثبت‌شده روی سرور امکان مشاهده‌ی وضعیت را برای مسئولان فراهم می‌کنند و می‌توانند به بررسی عملکرد گروه‌های جمع‌آوری نیز کمک کنند.
بر اساس توضیح مقاله، مقدار ثبت‌شده‌ی ۱۰ در نمودارها نشان‌دهنده‌ی سطل پُر یا تخلیه‌نشده و مقدار ۲ نشان‌دهنده‌ی سطل پاک‌سازی‌شده است. این مقادیر، کدهای نمایشی سامانه‌اند و به‌تنهایی درصد واقعی پُرشدن سطل را نشان نمی‌دهند.
مزایای به‌کارگیری اینترنت اشیا در مدیریت پسماند
- تشخیص پُرشدن سطل پیش از سرریز زباله
- ارسال هشدار بدون نیاز به بازدید پیوسته‌ی حضوری
- ثبت وضعیت تخلیه و بررسی آن با RFID
- مشاهده‌ی اطلاعات از طریق سرور و اپلیکیشن اندرویدی
- فراهم‌شدن داده‌هایی برای ارزیابی زمان و عملکرد عملیات جمع‌آوری
- کمک به کاهش بوی نامطبوع، آلودگی محیط و تجمع زباله
معماری سامانه هوشمند
حسگر فراصوت و RFID داده‌ها را به آردوینو می‌فرستند و آردوینو از طریق Wi‑Fi وضعیت پُرشدن یا تخلیه‌ی سطل را به سرور و اپلیکیشن اندروید گزارش می‌کند. تصویر این معماری در ادامه آمده است.
محدودیت‌ها و نکات پیاده‌سازی
دقت حسگر فراصوت ممکن است تحت‌تأثیر شکل نامنظم زباله، رطوبت، گردوغبار و زاویه‌ی نصب قرار گیرد. همچنین ارتباط بی‌سیم به پوشش شبکه و منبع تغذیه‌ی پایدار نیاز دارد. برای استقرار شهری، بهتر است وضعیت باتری، قطع ارتباط، خرابی حسگر و خطای احتمالی در ثبت کارت RFID نیز در طراحی سامانه لحاظ شود.
جمع‌بندی
سامانه‌ی هشدار هوشمند زباله با آردوینو UNO، حسگر فراصوت، RFID و ارتباط اینترنتی، نمونه‌ای از کاربرد اینترنت اشیا در مدیریت پسماند است. این طرح با پایش سطح زباله و ثبت وضعیت پس از تخلیه، اطلاعاتی در اختیار مسئولان قرار می‌دهد تا جمع‌آوری با آگاهی بیشتری انجام شود. پیاده‌سازی موفق آن به کالیبراسیون حسگر، ارتباط پایدار و ثبت قابل‌اعتماد عملیات پاک‌سازی وابسته است.
مقالات مرتبط:
- آموزش آردوینو مقدمه
- آموزش برنامه‌نویسی آردوینو در چهار قسمت
- آشنایی با آردوینوی تیان
- مطالعه کتاب آموزش آردوینو با محوریت اینترنت اشیا
- مطالعه کتاب آموزش پروژه محور برد آردوینو از سخت افزار تا نرم افزار
- مطالعه کتاب آموزش آردوینو گذر از مقدمات تا پروژه‌های عملی (یک فصل فارسی - بقیه انگلیسی)
- مطالعه کتاب آموزش آردوینو با محوریت موتورهای الکتریکی