Ομάδα: ESPerides
Τίτλος έργου: ESP.E.R.I.S (ESP Electronic Recycle Internet System)
Smart.Simple.Recycle.
Έργο για τον 4ο Πανελλήνιο Διαγωνισμό Ανοιχτών Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση 2021-2022
Σύνδεσμος στο GitHub: https://github.com/4GymVeroias/ESP.E.R.I.S
Η διαχείριση απορριμμάτων σχετίζεται τόσο με την απόρριψη των απορριμμάτων σε κατάλληλους χώρους όσο και με την μείωση του όγκου τους. Για να βοηθήσουμε στον τομέα αυτό προτείνουμε έναν έξυπνο κάδο απορριμμάτων με δυνατότητες IoT αξιοποιώντας την αλληλεπίδραση ανθρώπου-υπολογιστή (HCI, Human Computer Interaction), το επιστημονικό πεδίο της πληροφορικής που μελετά την αλληλεπίδραση μεταξύ ανθρώπου και πληροφοριακών συστημάτων. Η πειστική τεχνολογία (Persuasive Technology) είναι ένα πεδίο HCI που διευκολύνει την πειστική αλληλεπίδραση προκειμένου να αλλάξει η στάση ή η συμπεριφορά των ανθρώπων. H πειστική τεχνολογία για την αντιμετώπιση θεμάτων διαχείρισης απόρριψης απορριμμάτων επικεντρώνεται σε δύο βασικούς στόχους:
- την μεταφορά των απορριμμάτων σε κατάλληλους χώρους και
- την σταδιακή μείωση του όγκου διάθεσης των απορριμμάτων.
Ο κάδος μας αναμένεται να προσελκύσει τους ανθρώπους να απορρίπτουν τα σκουπίδια σε ένα συγκεκριμένο μέρος χωρίς να βαριούνται. Από την άλλη πλευρά, η μείωση του όγκου διάθεσης των απορριμμάτων συνήθως επιτυγχάνεται με την ενίσχυση της ευαισθητοποίησης των ανθρώπων σχετικά με τα καθημερινά απορρίμματά τους. Για παράδειγμα, η ημερήσια ζύγιση των απορριμμάτων που παράγονται ανά κάδο στο σχολείο θα μπορέσει να οδηγήσει στην ανάδειξη χρήσιμων συμπερασμάτων αναφορικά με τον πραγματικό όγκο και είδος των απορριμμάτων που μια σχολική μονάδα δημιουργεί.
Η ομάδα μας αποτελείται από μαθήτριες Γυμνασίου ηλικίας 13-14 ετών. Όταν δημιουργήσαμε την ομάδα ρομποτικής του σχολείου μας για να συμμετέχει στον φετινό διαγωνισμό, επιλέξαμε να ασχοληθούμε με τον ευρύτερο τομέα της ανακύκλωσης και προσπαθήσαμε να εμπνευστούμε μία ιδέα. Στις πρώτες μας συναντήσεις, απλά συζητήσαμε και καταγράψαμε ιδέες και προβληματισμούς μέχρι να καταλήξουμε κάπου. Κάναμε λοιπόν μία μικρή ανασκόπηση συζητώντας για την ανακύκλωση γενικότερα. Συνειδητοποιήσαμε ότι με την ιδέα της ανακύκλωσης, διάφορες δράσεις της και εφαρμογές ασχολούμαστε ήδη από το δημοτικό. Τα τελευταία χρόνια όλοι μας συμμετείχαμε σε διάφορες δράσεις και ενέργειες που είχανε σαν στόχο να ευαισθητοποιήσουν και να παροτρύνουν την ενεργή συμμετοχή στην ανακύκλωση, αναδεικνύοντας έτσι τα πλεονεκτήματά της σε σχέση με την παραδοσιακή απόρριψη των σκουπιδιών. Σε αυτό το σημείο, προέκυψε το μεγάλο ερώτημα από ένα μέλος της ομάδας: “Τόσα χρόνια κάνουμε ανακύκλωση στο σχολείο. Ε και; Πόση ανακύκλωση κάνουμε; Είμαστε σίγουροι ότι όλη αυτή η προσπάθεια είναι αξιολογότερη από τα κοινά απορρίμματα; Γιατί, αν ανακυκλώνουμε μεν, μια δεδομένη ποσότητα αλλά πετάμε διπλάσια ποσότητα στα κοινά σκουπίδια, τότε ποιο το νόημα;”. Έτσι, μας προέκυψε η κεντρική ιδέα να δημιουργήσουμε μία συσκευή η οποία θα έχει τη δυνατότητα να καταμετρά σε μεγάλο βάθος χρόνου την ποσότητα (μάζα) των ανακυκλώσιμων απορριμμάτων. Τα δεδομένα αυτά θα καταγράφονται και χρησιμοποιώντας ασύρματο δίκτυο (Wi-Fi) με τη βοήθεια της IoT τεχνολογίας θα μεταφορτώνονται σε μία δικτυακή βάση δεδομένων τα οποία θα μπορούν να αξιοποιηθούν ανάλογα με τις ανάγκες και τους στόχους που θέτει το σχολείο (π.χ. ημερήσια, μηνιαία, ετήσια, κλπ). Σε πρώτη φάση, αποφασίσαμε να δημιουργήσουμε ένα έξυπνο κάδο ανακύκλωσης που θα καταμετρά την ποσότητα των ανακυκλώσιμων απορριμμάτων. Πώς όμως θα γίνει η μέτρηση; Η πρώτη ουσιαστική κατασκευή που καταλήξαμε είναι η δημιουργία μιας δικής μας ζυγαριάς η οποία θα τοποθετηθεί στη βάση ενός κάδου. Η ζυγαριά αυτή θα συνδεθεί σε ένα μικροελεγκτή esp32. Κάθε φορά που θα απορρίπτεται ένα ανακυκλώσιμο αντικείμενο, ο μικροελεγκτής θα είναι προγραμματισμένος ώστε να ζυγίζει το αντικείμενο και να μεταφορτώνει στη βάση δεδομένων το βάρος του. Με κατάλληλο προγραμματισμό, θα υπάρχει η δυνατότητα του μηδενισμού ή της άθροισης των καταγραφών του κάδου ακόμα και στην περίπτωση που θα χρειαστεί να αδειάσει (επειδή γέμισε) ώστε να ξεκινήσει από την αρχή. Στην μπροστινή πλευρά του κάδου θα υπάρχει οθόνη ένδειξης LCD η οποία θα ενημερώνει τον χρήστη για το βάρος των υπαρχόντων απορριμμάτων και για τις βασικές λειτουργίες του. Οι ενδείξεις θα ανανεώνονται αυτόματα κάθε φορά που θα απορρίπτεται ένα αντικείμενο. Επίσης θα υπάρχουν led τα οποία θα δείχνουν την στάθμη του κάδου μέσω ενός αισθητήρα απόστασης, η οποία θα καθορίζει αν ο κάδος χρειάζεται επειγόντως άδειασμα. Οι ενδείξεις αυτές θα φαίνονται επίσης και στην οθόνη lcd.
Παράλληλα, ο χρήστης θα μπορεί να παρακολουθεί τις καταγεγραμμένες πληροφορίες καθώς και τις ενδείξεις του κάδου χρησιμοποιώντας μια φορητή συσκευή (π.χ. κινητό τηλέφωνο, tablet κλπ) μέσω συνδεσμολογίας bluetooth. Αυτό δίνει μία επιπρόσθετη αξία στον κάδο, κίνητρο στους μαθητές να τον χρησιμοποιήσουν μέσω των προσωπικών τους συσκευών καθώς και εφεδρικό έλεγχο σε περίπτωση που καταστραφεί κάποια από τις μονάδες ενδείξεων (οθόνη LCD και led στάθμης) ή διακοπεί η σύνδεση στο διαδίκτυο.Επιπλέον, θα μπορούσαμε να συμπεριλάβουμε μία επιπρόσθετη ρύθμιση, η οποία θα μας δώσει την δυνατότητα να καταγράψουμε το ποσοστό ανακύκλωσης του κάθε υλικού ( γυαλί,πλαστικό, αλουμίνιο, χαρτί). Ο τρόπος λειτουργίας θα είναι ο ακόλουθος: στον κάδο θα υπάρχει τοποθετημένη μια θήκη όπου θα υπάρχουν τεσσάρων ειδών κάρτες με διαφορετικά χρώματα, με αυτό τον τρόπο οι μαθητές θα μπορούν να παίρνουν μια κάρτα και ο κάδος θα καταλαβαίνει από ποιο υλικό αποτελείται το ανακυκλώσιμο προϊόν. Πώς θα γίνεται πρακτικά αυτό; Ένα φωτοκύτταρο θα ρυθμιστεί για να αναγνωρίζει το υλικό που πρόκειται να πεταχτεί και θα το στέλνει ως πληροφορία στην ανάλογη κατηγορία.
Ο κάδος για να μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε σημείο και να είναι ανεξάρτητος του ηλεκτρικού ρεύματος, θα τροφοδοτείται από επαναφορτιζόμενες μπαταρίες li-io. Οι μπαταρίες αυτές θα μπορούν να φορτίζουν είτε από ένα αντίστοιχο φορτιστή ηλεκτρικού ρεύματος είτε ακόμα και από ένα powerbank. Για μεγαλύτερη αυτονομία, εξοικονόμηση και ανακύκλωση της ενέργειας, ο κάδος θα εξοπλιστεί με ηλιακό πάνελ το οποίο κατά τη διάρκεια της ημέρας θα φορτίζει τις μπαταρίες li-io χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια, μέσω ενός απλού κυκλώματος φόρτισης.
Σε όλο το παραπάνω πλαίσιο η ομάδα μας θα χρησιμοποιήσει και αν αντλήσει γνώσεις που προέρχονται από βασικά μαθήματα διδασκαλίας στο γυμνάσιο και πιο συγκεκριμένα απο τα Οικιακής Οικονομία, Τεχνολογία, Πληροφορική και Φυσικές Επιστήμες.
Τελικοί στόχοι που μπορούμε να θέσουμε είναι:
- Ο έλεγχος της βιωσιμότητας της σχολικής μας μονάδας στα πλαίσια της ανακύκλωσης και της αειφόρου ανάπτυξης.
- Να αναπτύξουμε ένα πλαίσιο (θεωρητικό και πρακτικό) το οποίο θα διαμορφώνεται ανάλογα με τις μετρήσεις μας και θα καταδεικνύει παθογένειες, λανθασμένες πρακτικές και προτάσεις αντιμετώπισής τους.
- Μερικές φορές η επίλυση χρόνιων και εκτενών προβλημάτων απαιτεί αλλαγή στάσης και νοοτροπίας οπότε είναι καλύτερο και πιο αποδοτικό να δημιουργούνται οι κατάλληλες προϋποθέσεις και να καταγράφεται το πλαίσιο δράσης, τα βήματα υλοποίησης και οι προτάσεις για την βελτίωση των μελλοντικών πρακτικών.
Εξοπλισμός
Ο εξοπλισμός που σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε είναι:
1 ESP32 Development Board – DEVKIT V1
1 Πλακέτα Δοκιμών 830 Οπές
1 Πλακέτα Δοκιμών 400 Οπές
1 Πλακέτα Δοκιμών Mini
6 Καλώδια Μονόκλωνα 22AWG / 0.32mm2 – 6 Χρώματα
1 Αισθητήρας Υπερήχων 2 – 400cm HC-SR04
1 Αισθητήρας Φορτίου – 10kg
1 Ενισχυτής Αισθητήρα Φορτίου – HX711 (Soldered Header)
5 LED Διάφανο 5mm
2 Φωτοβολταϊκές Κυψέλη 3.5W 165x135mm
1 Lithium Battery Charger and Protection Module 1A – TP4056
2 Μπαταρίες Λιθίου 18650 3.6V 3200mAh – SAMSUNG INR18650-32E
2 Μπαταριοθήκες 1×18650 – με Καλώδια
1 Adafruit Μετατροπέας DC-DC Step-Down 3.3V 600mA
1 Βασικό Κιτ Αντιστάσεων – 100τμχ.
1 Display 16×2 Character LCD – 3.3V Blue
1 Αισθητήρας Αναγνώρισης Χρώματος – APDS-9960
1 Diode Rectifier – 1A 400V 1N4004