基于物聯(lián)網(wǎng)的智能垃圾管理

廢物堆積是當(dāng)今最緊迫的環(huán)境挑戰(zhàn)之一。隨著全球人口的增加，每天產(chǎn)生大量垃圾——僅在印度每天就超過 1,50,000 公噸。通常，各種類型的廢物被傾倒在一起，使分類變得困難且效率低下。傳統(tǒng)的人工采集方法容易出現(xiàn)延遲和分離不一致的情況，導(dǎo)致不衛(wèi)生的條件和不受控制的微生物生長。該項目提出了一個支持物聯(lián)網(wǎng)的自動廢物分類和監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用紅外、超聲波、電感式接近和土壤濕度傳感器的組合將廢物分為濕、干和金屬類別。與 Wi-Fi 模塊集成的 Arduino 微控制器可處理傳感器數(shù)據(jù)并控制伺服電機(jī)進(jìn)行分揀。該系統(tǒng)還實時監(jiān)控料箱填充水平，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程查看，無需手動檢查。

人工廢物分類方法仍然效率低下且不一致，尤其是在家庭層面。大多數(shù)廢物在沒有適當(dāng)分類的情況下被收集，這使得回收變得困難并增加了環(huán)境污染的風(fēng)險。危險廢物通常最終進(jìn)入垃圾填埋場或自然生態(tài)系統(tǒng)，污染土壤、空氣和水。所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的解決方案通過使用傳感器自動檢測和分類廢物來解決這些問題，確保在源頭進(jìn)行準(zhǔn)確分類。該系統(tǒng)無需人工干預(yù)即可運(yùn)行，增加了材料回收和再利用的潛力。

系統(tǒng)概述
該設(shè)置以 Arduino UNO 微控制器為中心，該微控制器協(xié)調(diào)來自多個傳感器的輸入：

• 紅外傳感器：檢測廢物的存在。

• 濕度傳感器：根據(jù)水分含量區(qū)分濕垃圾和干垃圾。

• 電感式接近傳感器：檢測金屬物體。

• 超聲波傳感器：測量垃圾箱的填充水平。

根據(jù)傳感器讀數(shù)，Arduino 激活伺服電機(jī)，將正確的收集箱定位在廢物入口下方。繼電器驅(qū)動器控制電機(jī)功率，而 LCD 顯示屏提供實時系統(tǒng)狀態(tài)。ESP8266 Wi-Fi 模塊支持云連接，用于數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

方框圖

使用的組件列表

1. Arduino UNO（ATmega328P 微控制器）

2. ESP8266 Wi-Fi 模塊

3. 紅外 （IR） 傳感器

4. 濕度傳感器（電容式或電阻式）

5. 電感式接近傳感器（金屬探測器）

6. 超聲波傳感器（HC-SR04 或同等產(chǎn)品）

7. 伺服電機(jī)（用于料倉旋轉(zhuǎn)和翻板控制）

8. 繼電器驅(qū)動器模塊

9. LCD 顯示屏（16×2 帶或不帶 I2C 接口）

10. 外置直流電源適配器（適用于伺服電機(jī)）

11. 連接電線和跨接電纜

12. 用于連接的面包板或PCB

13. 垃圾收集箱（干式、濕式、金屬式）

14. 安裝硬件（框架、支架）

電路設(shè)計
該電路集成了傳感器、微控制器、執(zhí)行器和通信模塊。紅外傳感器觸發(fā)分揀過程，濕度傳感器發(fā)送模擬信號來識別濕廢物，電感式傳感器標(biāo)記金屬廢物。信號被饋送到指定的 Arduino 引腳中，其中編程邏輯確定廢物類別。然后伺服電機(jī)移動料倉選擇機(jī)構(gòu)。該ESP8266連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺（例如 ThingSpeak）以上傳填充級別數(shù)據(jù)。電源由外部適配器供電，以滿足伺服電機(jī)的電流需求。

電路圖

工作原理
當(dāng)廢物沉積時，紅外傳感器會檢測到其存在并觸發(fā)分析。如果電感式傳感器檢測到金屬，系統(tǒng)會將其引導(dǎo)至金屬倉。如果不是金屬的，濕度傳感器會檢查水分含量是否高，以識別濕廢物;否則，它被歸類為干燥。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)料倉平臺并打開進(jìn)料口蓋板進(jìn)行沉積。同時，超聲波傳感器測量液位并通過物聯(lián)網(wǎng)模塊將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。然后，當(dāng)局可以遠(yuǎn)程監(jiān)控垃圾箱狀態(tài)。

實現(xiàn)
硬件實現(xiàn)：

• 定義作要求并選擇傳感器位置以獲得最佳檢測精度。

• 使用具有足夠耐用性和低功耗的兼容傳感器。

• 將 Arduino UNO 與 ESP8266 集成以實現(xiàn) Wi-Fi 連接。

• 將伺服電機(jī)連接到專用電源，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。

軟件實現(xiàn)：

• 使用 Arduino IDE 在嵌入式 C 中編程。

• 包括每個硬件組件的庫。

• 在 Arduino 和 ThingSpeak 之間建立通信以實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。

• 通過 MQTT 或 HTTP 協(xié)議實現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸。

• 配置儀表板以進(jìn)行實時監(jiān)控和警報。

物聯(lián)網(wǎng)集成
ThingSpeak 用于實時可視化和分析傳感器數(shù)據(jù)。該平臺提供用于無縫 Arduino ESP8266通信的 API?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)或移動界面訪問垃圾箱填充水平和廢物類型統(tǒng)計數(shù)據(jù)的圖形表示?？梢栽O(shè)置數(shù)據(jù)觸發(fā)器，以便在料箱達(dá)到容量時通知當(dāng)局。

優(yōu)勢

• 消除了初級階段的手動隔離工作。

• 通過確保準(zhǔn)確的分離來提高回收率。

• 實時監(jiān)控減少了不必要的收集行程。

• 經(jīng)濟(jì)高效且可擴(kuò)展，適合市政或社區(qū)使用。

• 減少垃圾填埋場廢物并支持可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

結(jié)論
基于物聯(lián)網(wǎng)的自動廢物分類和監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)對現(xiàn)代廢物管理挑戰(zhàn)的創(chuàng)新方法。通過將精確的傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)功能相結(jié)合，它可以實現(xiàn)準(zhǔn)確的廢物分類、實時監(jiān)控和優(yōu)化的資源分配。該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性使其適合城市部署，支持向智能、可持續(xù)城市的過渡。