Intelligenter Mülleimer: Abfallentsorgung per IoT-Sensoren optimieren

Der smarte Mülleimer ist eine IoT-fähige Lösung, die mehrere Sensoren nutzt, um den Behälterstatus in Echtzeit zu überwachen, Überläufe zu verhindern und Umweltbelastung zu reduzieren.

Hintergrund

Inhaltsrichtlinien

Kontext

Effektives Abfallmanagement ist entscheidend für den Schutz unseres Planeten. In öffentlichen Räumen und Naturschutzgebieten übersehen viele Menschen den von ihnen erzeugten Müll, und ohne rechtzeitige Leerung sammelt sich Abfall an, was Ökosysteme schädigt. Selbst Schutzgebiete sind gefährdet, wenn Müll unbeaufsichtigt bleibt.

Verschmutzter Müll

Um natürliche Umgebungen zu bewahren, sind gut verwaltete Sammelstellen essenziell. Mülleimer müssen geleert werden, bevor sie überlaufen – eine Herausforderung auf abgelegenen Wegen oder schwer erreichbaren Orten.

• Häufiges Leeren verhindert Überlauf und verringert Risiko von Müllverbreitung.
• Automatisiertes Monitoring eliminiert Ratespiel, sorgt für zeitnahe Sammlung.

Überlaufender Müll

• Richtige Trennung ist entscheidend: Organischer Abfall kann natürlich kompostiert werden, Nicht-Organisches erfordert spezialisierte Behandlung.
• Smartes Monitoring unterstützt effiziente Segregation und Ressourcenrückgewinnung.

Projektzweck

Unser Ziel ist ein Überwachungsgerät, das Mülleimer in optimalem Zustand hält, indem es mehrere Sensoren zur kontinuierlichen Statusverfolgung integriert.

• Füllstandssensor (Ultraschall) – alarmiert Sammelpersonal bei Annäherung an Kapazitätsgrenze.
• Temperatur- & Feuchtesensor (DHT11) – überwacht Innenklima, wichtig für Kompostgesundheit und Brandschutz.
• Flammensensor (KY‑026) – erkennt potenzielle Brandgefahren, schützt umliegende Ökosysteme.
• Feuchtesensor (Custom Kupfer-Sonde) – gewährleistet optimale Feuchte für Kompostierung.
• Öffnungssensor (Mini-Mikroschalter) – protokolliert Deckelnutzung und erkennt unsachgemäßen Verschluss.
• Ortungssystem (Sigfox 100 m) – identifiziert Behälterposition, beschleunigt Reaktion und ermöglicht temporäre Einsätze an Stränden, Skipisten oder Events.

Der Behälter hat zwei Fächer: eines für nicht-organischen Abfall, eines für organischen Kompost.

Getrennter Mülleimer

Sigfox-Nutzung

In isolierten Gebieten installiert, läuft der Behälter batteriebetrieben, optional durch Solarpanel unterstützt. Sigfox wurde für folgende Vorteile gewählt:

• Großflächige Abdeckung, ideal für großflächige Deployments.
• Ausreichende Payload-Kapazität für unsere Daten.
• 100 m Lokalisierung macht GPS-Module überflüssig.
• Geringer Stromverbrauch, verlängert autonomen Betrieb.

II. Projektdetails

Hardware-Design-Methode

Nachfolgend ein hochwertiger Überblick über Designprozess und Hardwarekomponenten.

Projektschritte

Schritt 1: Sigfox verstehen

Sigfox verbindet Geräte mit dem IoT-Netzwerk, aktiv in 45+ Ländern mit über 3 Mio. Geräten. Jede Nachricht bis 12 Bytes, max. 140 Uplink und 4 Downlink Nachrichten pro Tag.

Schritt 2: Hardware-Recherche

• Arduino MKR Fox 1200
• Mini-Mikroschalter
• HC-SR04 – Ultraschallsensor
• DHT11 – Temperatur- & Feuchtesensor
• KY-026 – Flammensensor-Modul
• Custom Kupfer-Feuchtesensor (Details: Link)
• Raspberry Pi 3 Model B (für Backend-Server)

Schritt 3: Hardware-Verbindung und Layout

Siehe Schaltplan unten für Pin-Verbindungen zum Arduino MKR Fox 1200.

Anschluss an Arduino MKR Fox 1200

• Mini-Mikroschalter – C an GND, NC an Pin 3
• DHT11 – VCC an 5V, GND an GND, DATA an Pin 2
• HC-SR04 – VCC an 5V, GND an GND, Trigger an Pin 9, Echo an Pin 10
• KY-026 – VCC an 5V, GND an GND, DATA an A0
• Feuchtesensor – VCC an 5V, GND an GND, SIG an A1

Schritt 4: Arduino Code

Arduino IDE installieren: Download hier

Code beziehen: GitHub Repository

Board & Library Installation:

• Board: Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)
• Libraries: Arduino Low Power, Arduino Sigfox für MKR Fox 1200, DHT Sensor Library, Adafruit Unified Sensor Driver, RTCZero

Kernfunktionen:

• setup() – initialisiert Sigfox, DHT11, Ultraschallsensor.
• loop() – prüft Deckelstatus; bei geschlossenem Deckel Sensordaten lesen und Payload via Sigfox senden.
• sendPayload() – packt Sensorwerte in 12-Byte-Nachricht und überträgt.

Sketch kompilieren und hochladen, Board auf Arduino MKR Fox 1200 stellen.

Schritt 5: Gerät aktivieren

Sigfox-Modul hier aktivieren: buy.sigfox.com/activate. Prompts folgen, um Gerät zu registrieren.

Schritt 6: Daten senden

Nach Aktivierung Arduino-Sketch erneut ausführen. Prüfen, ob Daten im Sigfox Backend erscheinen: backend.sigfox.com/device/list.

Schritt 7: Applikationsserver

Ein Raspberry Pi 3 Model B dient als Applikationsserver, läuft Node-RED, MariaDB und Webinterface.

Schritt 8: Backend mit Node-RED

Node-RED per offizieller Anleitung installieren: nodered.org. node-red-node-mysql Paket via npm hinzufügen.

Node-RED empfängt Sigfox-Nachrichten, speichert in MariaDB und leitet Daten an Web-Dashboard weiter.

Schritt 9: Datenbank – MariaDB

MariaDB auf Pi installieren:

• Raspbian: Link
• Andere OS: Link

Schritt 10: Frontend-Applikation (Website)

Die Website visualisiert Echtzeitdaten aller Behälter, ermöglicht schnelle Entscheidungen für Müllsammler.

3D-Druck

Custom 3D-gedruckte Gehäuse beherbergen Elektronik und schützen Sensoren. Montageschritte:

1. DHT11 an Punkt 1 montieren und mit „DHT11 maintain“ Teil abdecken.
2. HC-SR04 an Punkt 2 platzieren, mit „interior“ Teil abdecken.
3. KY-026 an Punkt 3 oben auf interior Teil montieren.
4. Feuchtesensor an Punkt 4 installieren.
5. Arduino MKR Fox 1200 an Punkt 5 platzieren.
6. Mini-Mikroschalter in „middle top“ Teil einbauen, mit „opening detector“ Teil abdichten.
7. „support“ Teil an „base“ befestigen, Antenne darin einbetten.
8. „support“ mit Hauptbox verbinden, mit „middle top“, „front top“, „back top“ Panels schließen.

III. Mögliche Erweiterungen

• Einstellbare Behälterhöhe auf Monitor anzeigen, für Deployment auf verschieden großen Behältern.
• Verbesserte Abfalltrennung: Unterscheidung organisch/nicht-organisch.
• Echtzeit-Füllstandsanzeige auf naheliegendem Bildschirm für Nutzerinfo bei vollem Behälter.
• Solarbetriebene autonome Batterie für Off-Grid-Betrieb.
• Aktive Umweltsteuerung: automatische Wasserversorgung und Belüftungsklappen zur Kompostoptimierung.

IV. Fazit

Der smarte Mülleimer liefert einen datengetriebenen Ansatz für Abfallmanagement, reduziert menschlichen Aufwand und Umweltschäden. Durch Echtzeit-Einblicke in Füllstand, Temperatur, Feuchte, Feuchte und Brandrisiko ermöglicht das System proaktive Sammelplanung und effiziente Ressourcennutzung.

Für Live-Demos besuchen Sie: https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

V. Danksagungen

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – für 7-wöchiges Trainingsprogramm und Unterstützung von Electronics & Telecommunication Engineering und Computer Engineering Studenten.

ESIEE-Amiens – für Laborraum, Equipment und Mentoring, das die praktische Entwicklung ermöglichte.

Besonderer Dank an Nicolas DAILLY (Betreuer), Thérèse ABY (Co-Betreuerin), Stéphane POMPORTES, Nicolas HENOCQ (Feuchtesensor-Materialien), Moustapha KEBE (Web-Entwicklung).

Quelle: Smart Waste Bin