Lixeira Inteligente: Otimizando Coleta de Resíduos com Sensores IoT

A Lixeira Inteligente é uma solução habilitada para IoT que usa múltiplos sensores para monitorar status da lixeira em tempo real, prevenindo transbordamentos e reduzindo impacto ambiental.

História

Diretrizes de Conteúdo

Contexto

Gerenciamento eficaz de resíduos é crucial para proteger nosso planeta. Em espaços públicos e reservas naturais, muitas pessoas ignoram o lixo que geram, e sem coleta oportuna, o lixo se acumula, prejudicando ecossistemas. Mesmo áreas protegidas estão em risco quando resíduos ficam sem atendimento.

Resíduos Poluídos

Para preservar ambientes naturais, pontos de coleta bem gerenciados são essenciais. Lixeiras devem ser esvaziadas antes de transbordar, o que pode ser desafiador em trilhas remotas ou locais de difícil acesso.

• Escoamento frequente previne transbordamento e reduz risco de lixo se espalhar.
• Monitoramento automatizado elimina adivinhação, garantindo coleta oportuna.

Transbordamento de Resíduos

• Separação adequada é vital: resíduos orgânicos podem ser compostados naturalmente, enquanto não-orgânicos requerem tratamento especializado.
• Monitoramento inteligente suporta segregação eficiente e recuperação de recursos.

Objetivo do Projeto

Nosso objetivo é entregar um dispositivo supervisório que mantenha lixeiras em condição ótima integrando vários sensores para rastrear continuamente seu status.

• Sensor de nível (ultrassônico) – alerta a equipe de coleta quando a lixeira está próxima da capacidade.
• Sensor de temperatura e umidade (DHT11) – monitora ambiente interno, crucial para saúde da compostagem e prevenção de incêndio.
• Sensor de chama (KY-026) – detecta riscos de incêndio potenciais, protegendo ecossistemas circundantes.
• Sensor de umidade (sonda de cobre personalizada) – garante umidade ideal para compostagem.
• Sensor de abertura (microswitch mini) – registra uso da tampa e detecta fechamento inadequado.
• Sistema de localização (Sigfox 100m) – identifica posição da lixeira, auxiliando resposta rápida e permitindo implantação temporária em praias, pistas de ski ou eventos.

A lixeira possui dois compartimentos: um para resíduos não-orgânicos e outro para resíduos orgânicos em compostagem.

Lixeira de Resíduos Separados

Uso do Sigfox

Instalada em áreas isoladas, a lixeira roda em bateria, opcionalmente suplementada por painel solar. Sigfox é escolhido por suas vantagens:

• Cobertura de ampla área, ideal para implantações em larga escala.
• Capacidade de payload adequada para nossas necessidades de dados.
• Localização de 100 m elimina necessidade de módulos GPS.
• Baixo consumo de energia, estendendo operação autônoma.

II. Detalhes do Projeto

Método de Design de Hardware

Visão geral de alto nível do processo de design e componentes de hardware.

Passos do Projeto

Passo 1: Entender o Sigfox

Sigfox conecta dispositivos à rede IoT, operando em 45+ países com mais de 3 milhões de dispositivos. Cada mensagem tem até 12 bytes, com máximo de 140 mensagens uplink e 4 downlink por dia.

Passo 2: Busca de Hardware

• Arduino MKR Fox 1200
• Microswitch Mini
• HC-SR04 – Sensor Ultrassônico
• DHT11 – Sensor de Temperatura e Umidade
• KY-026 – Módulo Sensor de Chama
• Sensor de Umidade personalizado de cobre (veja detalhes)
• Raspberry Pi 3 Model B (para servidor backend)

Passo 3: Conexão e Layout de Hardware

Veja o esquemático abaixo para conexões de pinos ao Arduino MKR Fox 1200.

Conexão ao Arduino MKR Fox 1200

• Microswitch Mini – C para GND, NC para Pino 3
• DHT11 – VCC para 5V, GND para GND, DATA para Pino 2
• HC-SR04 – VCC para 5V, GND para GND, Trigger para Pino 9, Echo para Pino 10
• KY-026 – VCC para 5V, GND para GND, DATA para A0
• Sensor de Umidade – VCC para 5V, GND para GND, SIG para A1

Passo 4: Código Arduino

Instale Arduino IDE: Download aqui

Obtenha o Código: Repositório GitHub

Instalação de Placa e Bibliotecas:

• Placa: Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)
• Bibliotecas: Arduino Low Power, Arduino Sigfox para MKR Fox 1200, biblioteca sensor DHT, Adafruit Unified Sensor Driver, RTCZero

Funções Principais:

• setup() – inicializa Sigfox, DHT11 e sensor ultrassônico.
• loop() – verifica status da tampa; quando fechada, lê dados dos sensores e envia payload via Sigfox.
• sendPayload() – empacota valores dos sensores em mensagem de 12 bytes e transmite.

Compile e faça upload do sketch, garantindo que a placa está configurada para Arduino MKR Fox 1200.

Passo 5: Ative Seu Dispositivo

Ative o módulo Sigfox aqui: https://buy.sigfox.com/activate. Siga os prompts para registrar seu dispositivo.

Passo 6: Enviando os Dados

Após ativação, rode o sketch Arduino novamente. Verifique se dados aparecem no backend Sigfox: https://backend.sigfox.com/device/list.

Passo 7: Servidor de Aplicação

Um Raspberry Pi 3 Model B serve como servidor de aplicação, rodando Node-RED, MariaDB e a interface web.

Passo 8: Backend Usando Node-RED

Instale Node-RED seguindo guia oficial: https://nodered.org/docs/getting-started/installation. Adicione pacote node-red-node-mysql via npm.

Node-RED recebe mensagens Sigfox, armazena no MariaDB e encaminha dados ao painel web.

Passo 9: Banco de Dados – MariaDB

Instale MariaDB no Pi:

• Raspbian: link
• Outros SO: link

Passo 10: Aplicação Frontend (Website)

O site visualiza dados em tempo real de todas as lixeiras, permitindo decisões rápidas para coletores de resíduos.

Impressão 3D

Gabinetes personalizados impressos em 3D abrigam a eletrônica e protegem os sensores. Passos de montagem:

1. Monte DHT11 no ponto 1 e cubra com peça "DHT11 maintain".
2. Coloque HC-SR04 no ponto 2, cobrindo com peça "interior".
3. Monte KY-026 no ponto 3 sobre a peça interior.
4. Instale sensor de umidade no ponto 4.
5. Coloque Arduino MKR Fox 1200 no ponto 5.
6. Insira microswitch mini na peça "middle top", vedando com peça "opening detector".
7. Anexe peça "support" à "base" e embuta a antena dentro.
8. Conecte peça "support" à caixa principal e feche com painéis "middle top", "front top" e "back top".

III. Possíveis Recursos Extras

• Altura ajustável da lixeira exibida em monitor, permitindo implantação em lixeiras de tamanhos variados.
• Separação aprimorada de resíduos, distinguindo entre materiais orgânicos e não-orgânicos.
• Exibição de nível em tempo real em tela próxima para informar usuários quando lixeira está cheia.
• Sistema de bateria autônomo alimentado por solar para operação off-grid.
• Controle ambiental ativo: abastecimento automatizado de água e venezianas de ventilação para otimizar compostagem.

IV. Conclusão

A Lixeira Inteligente entrega uma abordagem orientada a dados para gerenciamento de resíduos, reduzindo esforço humano e dano ambiental. Fornecendo insights em tempo real sobre status da lixeira, temperatura, umidade, umidade e risco de incêndio, o sistema permite agendamento proativo de coleta e uso eficiente de recursos.

Para demonstrações ao vivo, visite: https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

V. Agradecimentos

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – por hospedar nosso programa de treinamento de 7 semanas e apoiar estudantes de Engenharia Eletrônica & Telecomunicações e Engenharia da Computação.

ESIEE-Amiens – por fornecer espaço de laboratório, equipamentos e mentoria, permitindo desenvolvimento prático deste projeto.

Agradecimentos especiais a Nicolas DAILLY (supervisor), Thérèse ABY (co-supervisora), Stéphane POMPORTES, Nicolas HENOCQ (materiais do sensor de umidade) e Moustapha KEBE (orientação desenvolvimento web).

Fonte: Lixeira Inteligente