インテリジェントスマートゴミ箱：IoTセンサーで廃棄物収集を最適化

スマートゴミ箱は、複数のセンサーを用いてゴミ箱の状態をリアルタイム監視し、オーバーフロー防止と環境負荷低減を実現するIoT対応ソリューションです。

ストーリー

コンテンツガイドライン

背景

効果的な廃棄物管理は地球保護に不可欠です。公共スペースや自然保護区では、多くの人が自らの生成する廃棄物を軽視し、適切な収集がなければゴミが蓄積し生態系を害します。保護区域でも、放置された廃棄物によってリスクにさらされます。

汚染された廃棄物

自然環境を守るには、適切に管理された廃棄物収集ポイントが必須。ゴミ箱はオーバーフロー前に空にする必要がありますが、遠隔地のトレイルやアクセス困難な場所では困難です。

• 頻繁な回収でオーバーフローとゴミ散乱リスクを防止
• 自動監視で推測を排除、適時収集を確保

廃棄物のオーバーフロー

• 適切な分別が重要：有機廃棄物は自然堆肥化可能、非有機物は専門処理が必要
• スマート監視が効率的な分別と資源回収を支援

プロジェクトの目的

複数のセンサーを統合し、ゴミ箱ステータスを継続追跡することで、最適な状態を維持する監視デバイスを提供することが目標です。

• レベルセンサー（超音波） – ゴミ箱が満杯に近づくと収集クルーにアラート
• 温度・湿度センサー（DHT11） – 内部環境を監視、堆肥健全性と火災予防に重要
• 炎センサー（KY-026） – 潜在的火災リスクを検知、周辺生態系を保護
• 水分センサー（カスタム銅プローブ） – 堆肥化に最適な湿度を確保
• 開閉センサー（ミニマイクロスイッチ） – 蓋の使用を記録し、不適切な閉鎖を検知
• 位置システム（Sigfox 100m） – ゴミ箱位置を特定、迅速対応とビーチ/スキー場/イベントでの一時配備を支援

ゴミ箱は2室構造：非有機廃棄物用と、堆肥化中の有機廃棄物用。

分別ゴミ箱

Sigfoxの活用

孤立地帯に設置されるゴミ箱はバッテリー駆動、オプションでソーラーパネル併用。Sigfoxを選択した理由：

• 広域カバレッジ、大規模展開に最適
• データニーズに十分なペイロード容量
• 100mローカライゼーションでGPSモジュール不要
• 低消費電力、自律動作期間を延長

II. プロジェクト詳細

ハードウェア設計手法

設計プロセスとハードウェアコンポーネントのハイレベル概要。

プロジェクトステップ

ステップ1：Sigfoxを理解する

SigfoxはデバイスをIoTネットワークに接続し、45カ国以上で300万台以上のデバイスが稼働。メッセージは最大12バイト、1日あたり最大140アップリンクと4ダウンリンクメッセージ。

ステップ2：ハードウェア選定

• Arduino MKR Fox 1200
• ミニマイクロスイッチ
• HC-SR04 – 超音波センサー
• DHT11 – 温度・湿度センサー
• KY-026 – 炎センサーモジュール
• カスタム銅製水分センサー（詳細）
• Raspberry Pi 3 Model B（バックエンドサーバー用）

ステップ3：ハードウェア接続とレイアウト

Arduino MKR Fox 1200へのピン接続は以下の回路図を参照。

Arduino MKR Fox 1200への接続

• ミニマイクロスイッチ – CをGND、NCをピン3
• DHT11 – VCCを5V、GNDをGND、DATAをピン2
• HC-SR04 – VCCを5V、GNDをGND、Triggerをピン9、Echoをピン10
• KY-026 – VCCを5V、GNDをGND、DATAをA0
• 水分センサー – VCCを5V、GNDをGND、SIGをA1

ステップ4：Arduinoコード

Arduino IDEインストール： こちらからダウンロード

コード取得： GitHubリポジトリ

ボード＆ライブラリインストール：

• ボード：Arduino SAMD Boards（32-bit ARM Cortex-M0+）
• ライブラリ：Arduino Low Power、Arduino Sigfox for MKR Fox 1200、DHTセンサーライブラリ、Adafruit Unified Sensor Driver、RTCZero

主要関数：

• setup() – Sigfox、DHT11、超音波センサーを初期化
• loop() – 蓋状態をチェック、閉じているときにセンサーデータ読み取り、Sigfoxでペイロード送信
• sendPayload() – センサー値を12バイトメッセージにパッケージングし送信

スケッチをコンパイル・アップロード、ボードをArduino MKR Fox 1200に設定。

ステップ5：デバイスのアクティベーション

Sigfoxモジュールをここでアクティベート： https://buy.sigfox.com/activate。プロンプトに従いデバイス登録。

ステップ6：データ送信

アクティベーション後、Arduinoスケッチを再実行。Sigfoxバックエンドでデータ表示を確認： https://backend.sigfox.com/device/list

ステップ7：アプリケーションサーバー

Raspberry Pi 3 Model Bがアプリケーションサーバーとして機能、Node-RED、MariaDB、Webインターフェースを稼働。

ステップ8：Node-REDによるバックエンド

公式ガイドに従いNode-REDをインストール： https://nodered.org/docs/getting-started/installation。npmで node-red-node-mysql パッケージを追加。

Node-REDがSigfoxメッセージを受信、MariaDBに格納、Webダッシュボードにデータ転送。

ステップ9：データベース – MariaDB

PiにMariaDBをインストール：

• Raspbian： リンク
• その他OS： リンク

ステップ10：フロントエンドアプリケーション（Webサイト）

Webサイトで全ゴミ箱のリアルタイムデータを可視化、廃棄物収集担当者の迅速な意思決定を支援。

3Dプリント

カスタム3Dプリントエンクロージャが電子機器とセンサーを収納・保護。組み立て手順：

1. DHT11をポイント1にマウントし、「DHT11 maintain」パーツでカバー
2. HC-SR04をポイント2に配置、「interior」パーツでカバー
3. KY-026をポイント3のinteriorパーツ上部にマウント
4. 水分センサーをポイント4に設置
5. Arduino MKR Fox 1200をポイント5に配置
6. ミニマイクロスイッチを「middle top」パーツに挿入、「opening detector」パーツで密封
7. 「support」パーツを「base」に取り付け、アンテナを内部に埋め込み
8. 「support」パーツをメインボックスに接続、「middle top」「front top」「back top」パネルで閉鎖

III. 追加可能な機能

• モニターに表示される調整可能なゴミ箱高さ、様々なサイズのゴミ箱に展開可能
• 有機/非有機材料の区別による廃棄物分別強化
• 近くの画面にリアルタイムレベル表示、ユーザーに満杯を通知
• オフグリッド運用のためのソーラー駆動自律バッテリーシステム
• アクティブ環境制御：堆肥化最適化のための自動給水と換気シャッター

IV. 結論

スマートゴミ箱は、データ駆動型アプローチで廃棄物管理を実現し、人的労力と環境負荷を削減。ゴミ箱ステータス、温度、湿度、水分、火災リスクのリアルタイム洞察により、プロアクティブな収集スケジューリングと効率的なリソース利用を可能にします。

ライブデモ： https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

V. 謝辞

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – 7週間のトレーニングプログラム開催と、電子通信工学科およびコンピューター工学科の学生支援に感謝。

ESIEE-Amiens – 実験室スペース、機器、メンターシップ提供により、本プロジェクトの実践的開発を可能にしたことに感謝。

特別謝辞： Nicolas DAILLY（スーパーバイザー）、 Thérèse ABY（共同スーパーバイザー）、 Stéphane POMPORTES、 Nicolas HENOCQ（水分センサー材料）、 Moustapha KEBE（Web開発指導）。

ソース： Smart Waste Bin