지능형 스마트 폐기물 수거함: IoT 센서로 폐기물 수거 최적화

스마트 폐기물 수거함은 여러 센서를 사용해 수거함 상태를 실시간으로 모니터링함으로써 넘침을 방지하고 환경 영향을 줄이는 IoT 지원 솔루션입니다.

스토리

콘텐츠 가이드라인

배경

효과적인 폐기물 관리는 지구 보호에 필수적입니다. 공공장소와 자연 보호구역에서 많은 사람들이 자신이 생성하는 폐기물을 간과하고, 적시 수거가 없으면 쓰레기가 쌓여 생태계를 해칩니다. 보호 구역조차 방치된 쓰레기로 위험에 처할 수 있습니다.

오염된 폐기물

자연 환경을 보존하기 위해 잘 관리된 폐기물 수거 지점이 필수적입니다. 수거함은 넘치기 전에 비워야 하는데, 이는 외딴 트레일이나 접근하기 어려운 위치에서 어려울 수 있습니다.

• 자주 비우면 넘침 방지와 쓰레기 확산 위험 감소.
• 자동 모니터링으로 추측 불필요, 적시 수거 보장.

폐기물 넘침

• 적절한 분류가 필수: 유기 폐기물은 자연 퇴비화 가능, 비유기물은 특수 처리 필요.
• 스마트 모니터링으로 효율적 분리 및 자원 회수 지원.

프로젝트 목적

목표는 여러 센서를 통합해 수거함 상태를 지속적으로 추적함으로써 최적 상태를 유지하는 감독 장치를 제공하는 것입니다.

• 수위 센서 (초음파) – 수거함이 용량에 가까워지면 수거 팀에 알림.
• 온도 & 습도 센서 (DHT11) – 내부 환경 모니터링, 퇴비 건강과 화재 예방에 중요.
• 화염 센서 (KY-026) – 잠재적 화재 위험 감지, 주변 생태계 보호.
• 수분 센서 (커스텀 구리 프로브) – 퇴비화 최적 습도 유지.
• 개폐 센서 (미니 마이크로스위치) – 뚜껑 사용 기록 및 부적절한 닫힘 감지.
• 위치 시스템 (Sigfox 100m) – 수거함 위치 식별, 신속 대응 지원 및 해변, 스키장, 이벤트 등 임시 배치 가능.

수거함은 비유기 폐기물용과 퇴비화 중인 유기 폐기물용 두 개의 칸으로 구성됩니다.

분리형 폐기물 수거함

Sigfox 활용

고립된 지역에 설치되며 배터리 전원으로 작동, 선택적으로 태양광 패널 보충. Sigfox 선택 이유:

• 광역 커버리지, 대규모 배포에 이상적.
• 데이터 요구사항에 충분한 페이로드 용량.
• 100m 위치 파악으로 GPS 모듈 불필요.
• 저전력 소비로 자율 작동 연장.

II. 프로젝트 상세

하드웨어 설계 방법

설계 프로세스와 하드웨어 구성 요소의 높은 수준 개요입니다.

프로젝트 단계

1단계: Sigfox 이해

Sigfox는 디바이스를 IoT 네트워크에 연결하며, 45개국 이상에서 300만 개 이상 디바이스 운용. 각 메시지는 최대 12바이트, 하루 최대 140 업링크 및 4 다운링크 메시지.

2단계: 하드웨어 조회

• Arduino MKR Fox 1200
• Mini Microswitch
• HC-SR04 – 초음파 센서
• DHT11 – 온도 & 습도 센서
• KY-026 – 화염 센서 모듈
• 커스텀 구리 수분 센서 (상세: 링크)
• 라즈베리파이 3 모델 B (백엔드 서버용)

3단계: 하드웨어 연결 및 레이아웃

아래 회로도의 아두이노 MKR Fox 1200 핀 연결 참조.

아두이노 MKR Fox 1200 연결

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

4단계: 아두이노 코드

Arduino IDE 설치: 여기서 다운로드

코드 가져오기: GitHub 저장소

보드 & 라이브러리 설치:

• 보드: Arduino SAMD Boards (32-bit ARM Cortex-M0+)
• 라이브러리: Arduino Low Power, Arduino Sigfox for MKR Fox 1200, DHT 센서 라이브러리, Adafruit Unified Sensor Driver, RTCZero

핵심 함수:

• setup() – Sigfox, DHT11, 초음파 센서 초기화.
• loop() – 뚜껑 상태 확인; 닫히면 센서 데이터 읽고 Sigfox로 페이로드 전송.
• sendPayload() – 센서 값을 12바이트 메시지로 패키징해 전송.

보드가 Arduino MKR Fox 1200으로 설정되어 있는지 확인하며 컴파일 및 업로드.

5단계: 디바이스 활성화

Sigfox 모듈 활성화: https://buy.sigfox.com/activate. 프롬프트 따라 디바이스 등록.

6단계: 데이터 전송

활성화 후 아두이노 스케치 재실행. Sigfox 백엔드에 데이터 나타나는지 확인: https://backend.sigfox.com/device/list.

7단계: 애플리케이션 서버

라즈베리파이 3 모델 B가 애플리케이션 서버 역할, Node-RED, MariaDB, 웹 인터페이스 실행.

8단계: Node-RED 백엔드

공식 가이드 따라 Node-RED 설치: https://nodered.org/docs/getting-started/installation. npm으로 node-red-node-mysql 패키지 추가.

Node-RED가 Sigfox 메시지 수신, MariaDB에 저장, 웹 대시보드로 데이터 전달.

9단계: 데이터베이스 – MariaDB

파이에 MariaDB 설치:

• Raspbian: 링크
• 타 OS: 링크

10단계: 프론트엔드 애플리케이션 (웹사이트)

웹사이트가 모든 수거함의 실시간 데이터 시각화로 수거 담당자의 빠른 의사결정 지원.

3D 프린팅

커스텀 3D 프린트 인클로저가 전자장치와 센서를 보호. 조립 단계:

1. DHT11을 지점 1에 장착하고 "DHT11 maintain" 파트로 덮기.
2. HC-SR04를 지점 2에 배치, "interior" 파트로 덮기.
3. KY-026을 지점 3의 interior 파트 위에 장착.
4. 수분 센서를 지점 4에 설치.
5. Arduino MKR Fox 1200을 지점 5에 배치.
6. 미니 마이크로스위치를 "middle top" 파트에 삽입, "opening detector" 파트로 밀봉.
7. "support" 파트를 "base"에 부착하고 안테나 내장.
8. "support" 파트를 메인 박스에 연결하고 "middle top", "front top", "back top" 패널로 닫기.

III. 가능한 추가 기능

• 모니터에 표시되는 조절 가능한 수거함 높이, 다양한 크기 수거함에 배치 가능.
• 유기/비유기 물질 구별로 폐기물 분리 강화.
• 인근 화면에 실시간 수위 표시로 사용자에게 수거함 가득 참 알림.
• 오프그리드 작동용 태양광 자율 배터리 시스템.
• 자동 급수 및 환기 셔터로 퇴비화 최적화하는 능동 환경 제어.

IV. 결론

스마트 폐기물 수거함은 데이터 기반 접근으로 폐기물 관리를 개선해 사람의 노력을 줄이고 환경 피해를 최소화합니다. 수거함 상태, 온도, 습도, 수분, 화재 위험에 대한 실시간 통찰로 선제적 수거 스케줄링과 효율적 자원 사용이 가능해집니다.

라이브 데모: https://grit.esiee-amiens.fr:8069/smartbin/

V. 감사의 말

King Mongkut's University of Technology Thonburi (KMUTT) – 7주 훈련 프로그램 개최와 전자통신공학 및 컴퓨터공학 학생 지원.

ESIEE-Amiens – 실험실 공간, 장비, 멘토링 제공으로 프로젝트 실질적 개발 지원.

특별 감사: Nicolas DAILLY (지도교수), Thérèse ABY (공동 지도), Stéphane POMPORTES, Nicolas HENOCQ (수분 센서 재료), Moustapha KEBE (웹 개발 가이드).

출처: Smart Waste Bin