Arduino搭載スマート分別機：乾燥/湿潤ゴミを効率的に分離

必要なパーツと用品

Arduino Mega 2560	×1
DFRobot Gravity: デジタル静電容量式タッチセンサー	×1
SparkFun 土壌水分センサー（ネジ端子付き）	×1
SG90 マイクロサーボモーター	×1
アクリル板	×1
ハーフサイズ ブレッドボード	×1
ジャンパーワイヤー	×1
9V電池	×1

必要な工具と機械

ワイヤーストリッパー＆カッター

ホットグルーガン

アプリとオンラインサービス

Arduino IDE

このプロジェクトについて

説明： この分別機は乾燥ゴミと湿潤ゴミを正しく分離できます。

注意： プラスチックや金属の分別はできません。それには追加のセンサーやモジュールが必要です。

構造

1. アクリル板2枚を分別機のボディとして使用
2. サーボモーターをアクチュエータとして使用。ゴミの種類（乾燥/湿潤）に応じて回転
3. 安価な文房具用定規をサーボモーターのシャフトとして使用。上部ベースとサーボモーターを接続。ホットグルーで固定
4. 水分センサーを分別機の上部に固定し、投入されたゴミが直接センサーに当たるように配置。その横にタッチセンサーを配置して乾燥ゴミを検知。これで構造は完成

注： フェビクイック（瞬間接着剤）も使えますがリスクがあるため慎重に使用してください。

なぜ水分センサーだけでなくタッチセンサーも必要なのか？

• 確かに 水分センサーだけで湿潤ゴミは判別できます。しかし乾燥ゴミは判別できません。なぜか？ ゴミがセンサーに載っていない「中立状態」を作ろうとしても、水分センサーはデフォルトで常に乾燥状態を示してしまうため、分別機が常にどちらか一方に傾いてしまいます。この問題を解決するためにタッチセンサーを併用します。

実装手順

1. ステップ1： アクリル板2枚を用意（地元の店やAmazonで入手可能）
2. ステップ2： 画像のようにアクリル板に穴を開け、電池ホルダーを固定
3. ステップ3： 電池ホルダーの上部にサーボモーターを真っ直ぐ前を向くように固定（両面テープやホットグルー）
4. ステップ4： プラスチック製定規を用意し、底部にモーターシャフトより少し小さい穴を開ける（ハンダゴテや細い金属棒で穴あけ）
5. ステップ5： もう1枚のアクリル板を定規の上にホットグルーで固定。しっかり固定され、動かないことを確認
6. ステップ6： アクリル板の上部に水分センサーとタッチセンサーを配置

これら6ステップを正しく実行すれば準備完了です！

ハードウェア説明

このハードウェアセットアップを実装するには、以下の概念を深く理解する必要があります：

• Arduino： このプロジェクトで使用するマイクロコントローラ。詳細はこちら。公式ドキュメントも確認を。
• C++プログラミング： Arduinoプログラミングには中級レベルのC++とArduino基本関数の知識が必要。
• 水分センサー： Arduinoとのインターフェース、回路図を学習。
• タッチセンサー： Arduinoとのインターフェース、回路図を学習。
• サーボモーター： 動作原理とArduinoでの制御方法を学習。

スマート分別機の動作手順

1. ステップ1： ゴミを投入し、水分センサー上に落下
2. ステップ2： 設定した閾値に基づき、水分センサーが乾燥か湿潤かを判別
3. ステップ3： ステップ2完了と同時にサーボモーターがゴミの種類に応じて左右どちらかに回転し、ゴミが適切なコンパートメントへ落下
4. ステップ4： 全工程が自律的かつ継続的に動作

動画： このプロジェクトの素晴らしい動作をぜひご覧ください（リンクは元記事参照）

ソースコード

#include <Servo.h>

class Smart_Segregator {
  public:
    int servo_pin;
    int moisture_sensor_pin;
    int touch_sensor_pin;
    int detect_moisture;
    int detect_touch;
    Servo servo;

    Smart_Segregator(int pin_1, int pin_2, int pin_3) {
      servo_pin = pin_1;
      moisture_sensor_pin = pin_2;
      touch_sensor_pin = pin_3;
      detect_moisture = 0;
      detect_touch = false;
    }

    void init() {
      Serial.begin(9600);
      servo.attach(servo_pin);
      servo.write(90); // 中立位置
      pinMode(moisture_sensor_pin, INPUT);
      pinMode(touch_sensor_pin, INPUT);
      Serial.println("Your Smart Segregator is ready to Segregate!");
    }

    void dry_waste() {
      servo.write(0);   // 右へ（乾燥ゴミ用）
    }

    void wet_waste() {
      servo.write(180); // 左へ（湿潤ゴミ用）
    }

    void neutral_state() {
      servo.write(90);  // 中央（待機）
    }

    void execute() {
      detect_moisture = digitalRead(moisture_sensor_pin);
      detect_touch = digitalRead(touch_sensor_pin);
      
      if (detect_moisture > 85 && detect_touch == true) {
        wet_waste();    // 湿潤：水分高＆タッチあり
      } else if (detect_moisture <= 85 && detect_touch == true) {
        dry_waste();    // 乾燥：水分低＆タッチあり
      } else {
        neutral_state(); // ゴミなし：中立
      }
    }
};

Smart_Segregator segregator(8, 6, 2); // サーボ:D8, 水分:D6, タッチ:D2

void setup() {
  segregator.init();
}

void loop() {
  segregator.execute();
}

回路図

（回路図画像は元記事を参照）