Papelera Inteligente Avanzada: Optimización de Recogida de Residuos con Sensores IoT

La Papelera Inteligente es una solución habilitada para IoT que usa múltiples sensores para monitorizar el estado del contenedor en tiempo real, previniendo desbordes y reduciendo impacto ambiental.

Historia

Directrices de Contenido

Contexto

La gestión efectiva de residuos es crucial para proteger nuestro planeta. En espacios públicos y reservas naturales, muchas personas ignoran los residuos que generan, y sin recogida oportuna, la basura se acumula, dañando ecosistemas. Incluso áreas protegidas están en riesgo cuando los residuos se dejan sin atender.

Residuos Contaminados

Para preservar entornos naturales, puntos de recogida bien gestionados son esenciales. Los contenedores deben vaciarse antes de desbordar, lo que puede ser difícil en senderos remotos o ubicaciones de difícil acceso.

• Vaciado frecuente previene desbordes y reduce riesgo de dispersión de basura.
• Monitorización automatizada elimina conjeturas, asegurando recogida oportuna.

Desbordamiento de Residuos

• La separación adecuada es vital: residuos orgánicos pueden compostarse naturalmente, mientras que no orgánicos requieren tratamiento especializado.
• Monitorización inteligente soporta segregación eficiente y recuperación de recursos.

Propósito del Proyecto

Nuestro objetivo es entregar un dispositivo supervisor que mantenga los contenedores en condición óptima integrando varios sensores para rastrear continuamente su estado.

• Sensor de nivel (ultrasónico) – alerta al equipo de recogida cuando el contenedor se acerca a su capacidad.
• Sensor temperatura y humedad (DHT11) – monitoriza ambiente interno, crucial para salud del compost y prevención de incendios.
• Sensor de llama (KY‑026) – detecta riesgos de incendio potenciales, protegiendo ecosistemas circundantes.
• Sensor de humedad (sonda de cobre personalizada) – asegura humedad óptima para compostaje.
• Sensor de apertura (microswitch mini) – registra uso de tapa y detecta cierre incorrecto.
• Sistema de localización (Sigfox 100m) – identifica posición del contenedor, agilizando respuesta y permitiendo despliegue temporal en playas, pistas de esquí o eventos.

El contenedor tiene dos compartimentos: uno para residuos no orgánicos y otro para orgánicos en compostaje.

Contenedor de Residuos Separados

Uso de Sigfox

Instalado en áreas aisladas, el contenedor funciona con batería, opcionalmente complementada con panel solar. Sigfox se elige por sus ventajas:

• Cobertura de área amplia, ideal para despliegues a gran escala.
• Capacidad de payload adecuada para nuestras necesidades de datos.
• Localización 100 m elimina necesidad de módulos GPS.
• Bajo consumo, extendiendo operación autónoma.

II. Detalles del Proyecto

Método de Diseño de Hardware

A continuación, visión general de alto nivel del proceso de diseño y componentes hardware.

Pasos del Proyecto

Paso 1: Entender Sigfox

Sigfox conecta dispositivos a la red IoT, operando en 45+ países con más de 3 millones de dispositivos. Cada mensaje hasta 12 bytes, con máximo 140 mensajes uplink y 4 downlink al día.

Paso 2: Búsqueda de Hardware

• Arduino MKR Fox 1200
• Mini Microswitch
• HC‑SR04 – Sensor Ultrasónico
• DHT11 – Sensor Temperatura y Humedad
• KY‑026 – Módulo Sensor de Llama
• Sensor de Humedad personalizado de cobre (ver detalles)
• Raspberry Pi 3 Model B (para servidor backend)

Paso 3: Conexión y Layout Hardware

Ver esquema abajo para conexiones de pines al Arduino MKR Fox 1200.

Conexión a Arduino MKR Fox 1200

• Mini Microswitch – C a GND, NC a Pin 3
• DHT11 – VCC a 5V, GND a GND, DATA a Pin 2
• HC‑SR04 – VCC a 5V, GND a GND, Trigger a Pin 9, Echo a Pin 10
• KY‑026 – VCC a 5V, GND a GND, DATA a A0
• Sensor Humedad – VCC a 5V, GND a GND, SIG a A1

Paso 4: Código Arduino

Instalar Arduino IDE: Descargar aquí

Obtener el Código: Repositorio GitHub

Instalación de Placa y Librerías:

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

Funciones Clave:

• setup() – inicializa Sigfox, DHT11 y sensor ultrasónico.
• loop() – comprueba estado de tapa; cuando cerrada, lee datos de sensores y envía payload vía Sigfox.
• sendPayload() – empaqueta valores de sensores en mensaje de 12 bytes y transmite.

Compila y sube el sketch, asegurando que la placa está configurada como Arduino MKR Fox 1200.

Paso 5: Activar tu Dispositivo

Activa el módulo Sigfox aquí: https://buy.sigfox.com/activate. Sigue las indicaciones para registrar tu dispositivo.

Paso 6: Enviar los Datos

Tras activación, ejecuta el sketch Arduino de nuevo. Verifica que los datos aparecen en el backend Sigfox: https://backend.sigfox.com/device/list.

Paso 7: Servidor de Aplicación

Una Raspberry Pi 3 Model B sirve como servidor de aplicación, corriendo Node‑RED, MariaDB y la interfaz web.

Paso 8: Backend con Node‑RED

Instala Node‑RED siguiendo la guía oficial: https://nodered.org/docs/getting-started/installation. Añade el paquete node-red-node-mysql vía npm.

Node‑RED recibe mensajes Sigfox, los almacena en MariaDB y reenvía datos al panel web.

Paso 9: Base de Datos – MariaDB

Instala MariaDB en la Pi:

• Raspbian: enlace
• Otros SO: enlace

Paso 10: Aplicación Frontend (Web)

El sitio web visualiza datos en tiempo real de todos los contenedores, permitiendo toma de decisiones rápida para recolectores de residuos.

Impresión 3D

Recintos personalizados impresos en 3D albergan la electrónica y protegen los sensores. Pasos de montaje:

1. Monta DHT11 en punto 1 y cubre con pieza "DHT11 maintain".
2. Coloca HC‑SR04 en punto 2, cubriéndolo con pieza "interior".
3. Monta KY‑026 en punto 3 sobre la pieza interior.
4. Instala sensor de humedad en punto 4.
5. Coloca Arduino MKR Fox 1200 en punto 5.
6. Inserta mini microswitch en pieza "middle top", sellando con pieza "opening detector".
7. Une pieza "support" a "base" y embebe antena dentro.
8. Conecta pieza "support" a caja principal y cierra con paneles "middle top", "front top" y "back top".

III. Posibles Funciones Extra

• Altura de contenedor ajustable mostrada en monitor, permitiendo despliegue en contenedores de tamaños variables.
• Separación de residuos mejorada, distinguiendo entre materiales orgánicos y no orgánicos.
• Visualización de nivel en tiempo real en pantalla cercana para informar usuarios cuando contenedor está lleno.
• Sistema de batería autónomo alimentado por solar para operación off-grid.
• Control ambiental activo: suministro de agua automatizado y persianas de ventilación para optimizar compostaje.

IV. Conclusión

La Papelera Inteligente ofrece un enfoque basado en datos para gestión de residuos, reduciendo esfuerzo humano y daño ambiental. Proporcionando insights en tiempo real sobre estado del contenedor, temperatura, humedad, humedad y riesgo de llama, el sistema permite planificación proactiva de recogida y uso eficiente de recursos.

Para demos en vivo, visita: https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

V. Agradecimientos

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – por acoger nuestro programa de formación de 7 semanas y apoyar estudiantes de Ingeniería Electrónica & Telecomunicaciones e Ingeniería Informática.

ESIEE‑Amiens – por proporcionar espacio de laboratorio, equipamiento y mentoría, permitiendo el desarrollo práctico de este proyecto.

Agradecimientos especiales a Nicolas DAILLY (supervisor), Thérèse ABY (co-supervisor), Stéphane POMPORTES, Nicolas HENOCQ (materiales sensor humedad), y Moustapha KEBE (guía desarrollo web).

Fuente: Papelera Inteligente