Walabot-gestützter Toiletten-Hygienemonitor

Walabot-gestützter Toiletten-Hygienemonitor

Dieses System nutzt einen Walabot-RF-Sensor, um festzustellen, ob eine Toilette sauber ist und ob sie gerade benutzt wird – ganz ohne Kameras.

Hintergrund

Warum es wichtig ist

Schmutzige oder unvollständig gespülte öffentliche Toiletten sind ein weit verbreitetes Hygieneproblem. Da keine Kamera in eine Toilette platziert werden kann, sind alternative Sensortechnologien erforderlich, um Verunreinigungen oder Belegung zu erkennen, bevor ein Nutzer den Raum betritt.

Walabot-Technologie

Der Walabot ist ein programmierbarer 3D-Bildgebungssensor, der Radiowellen nutzt, um eine Tiefenkarte der Umgebung zu erstellen – ohne optische Bilder aufzunehmen. Durch Senden, Empfangen und Analysieren von Breitband-Signalen mehrerer Antennenpaare rekonstruiert er eine 3D-Darstellung von Objekten hinter Hindernissen – ideal für Indoor-Anwendungen, wo Kameras unpraktisch sind.

Funktionsweise in der Toilette

Der Sensor wird an der Toilettenwand montiert. Während der Initialisierung scannt er eine saubere Toilette. Nachfolgende Scans im 1-Minuten-Intervall erkennen jedes neue Objekt (z. B. Stuhlgang), das bei der Initialisierung nicht vorhanden war. Da der Anfangszustand als sauber bekannt ist, deutet jede Abweichung darauf hin, dass die Toilette benutzt wurde oder nicht mehr sauber ist. Durch Messen der Entfernung zu erkannten Objekten kann das System auch feststellen, ob die Toilette aktuell besetzt ist.

Systemarchitektur

Die vollständige Lösung besteht aus folgenden Komponenten:

• Walabot-Sensor
• Raspberry Pi 3 als Edge-Prozessor
• Ubidots Cloud-Plattform (MQTT für Datenupload)
• Android-App, gebaut mit MIT App Inventor, für Echtzeit-Monitoring

Der Raspberry Pi liest die Walabot-Ausgabe, bewertet Präsenz und Entfernung von Objekten und veröffentlicht den Status per MQTT an Ubidots. Die Android-App ruft die Daten via HTTP ab und zeigt an, ob die Toilette sauber und/oder besetzt ist.

Installations- & Konfigurationsschritte

1. Walabot SDK auf Raspberry Pi installieren
   Der „Getting Started“-Guide auf Sparkfun.com befolgen, um das SDK einzurichten.
2. Paho MQTT Client installieren
   sudo pip install paho-mqtt auf dem Pi ausführen.
3. Bei Ubidots registrieren
   Konto unter Ubidots.com erstellen und Geräte-Token sowie ID notieren.
4. Ubidots API installieren
   sudo pip install ubidots auf dem Pi ausführen.
5. Python-Überwachungsskript entwickeln
   Das Skript konfiguriert Scan-Parameter, identifiziert neue Objekte und sendet Statusvariablen an Ubidots. Beispiel-Konfigurationswerte:

   minInCm, maxInCm, resInCm = 30, 300, 3
   minIndegrees, maxIndegrees, resIndegrees = -15, 15, 5
   minPhiInDegrees, maxPhiInDegrees, resPhiInDegrees = -30, 30, 5
   threshold = 2

   Die Erkennungslogik unterscheidet zwischen besetzt, unbesetzt-aber-schmutzig und sauber basierend auf Entfernungsschwellenwerten.
6. Android-App bauen
   Mit MIT App Inventor eine App erstellen, die Daten von https://things.ubidots.com/api/v1.6/datasources/YOUR_OWN_DEVICE_ID/variables/?token=YOUR_OWN_TOKEN abruft (Platzhalter ersetzen) und den Toilettenstatus anzeigt.

Test & Validierung

Nach der Bereitstellung wurde das System getestet, indem man manuell Objekte in die Toilette einbrachte und die Echtzeit-Updates auf dem Android-Gerät beobachtete. Die Erkennungsschwellen des Python-Skripts wurden so abgestimmt, dass kleine Objekte (z. B. ein einzelner Stuhlgang) zuverlässig erkannt werden, während Hintergrundrauschen ignoriert wird.

Wichtiger Code-Ausschnitt

if targets:
    for i, target in enumerate(targets):
        print(target.zPosCm)
        if 100 < target.zPosCm < 180:
            print("Toilet is engaged.")
            engage_variable.save_value({'value':1})
        elif 200 < target.zPosCm < 210:
            print("Toilet is not engaged, not clean.")
            engage_variable.save_value({'value':0})
            clean_variable.save_value({'value':1})
        else:
            print("Toilet is not engaged and clean.")
            engage_variable.save_value({'value':0})
            clean_variable.save_value({'value':0})
        break
else:
    print('Not engaged and clean')
    clean_variable.save_value({'value':0})
    engage_variable.save_value({'value':0})

Fazit

Durch die Nutzung von Walabots nicht-optischer Bildgebung liefert dieses System eine zuverlässige, kameralose Lösung für die Echtzeit-Überwachung von Toilettenhygiene und -belegung. Die Kombination aus Raspberry-Pi-Edge-Computing, Ubidots-Cloud-Konnektivität und einer intuitiven Android-Oberfläche macht die Bereitstellung für öffentliche Einrichtungen und Unternehmen, die hohe Hygienestandards anstreben, unkompliziert.