Εσπερινό ΕΠΑΛ Γιαννιτσών

Κατηγορία

Διαχείριση αποβλήτων

Έρευνα – Υφιστάμενη κατάσταση

Στην Ελλάδα το πρόγραμμα ανακύκλωσης περιλαμβάνει δύο στάδια. Οι κάτοικοι είναι υπεύθυνοι για τον διαχωρισμό των απορριμμάτων σε ανακυκλώσιμα και οργανικά, ενώ στη συνέχεια μεταφέρονται σε μονάδες όπου οι εργαζόμενοι κάνουν τον περεταίρω διαχωρισμό σε μέταλλο, γυαλί, χαρτί και πλαστικό. Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες αυτή η διαλογή γίνεται από τους πολίτες, καθιστώντας την ανακύκλωση πολύ πιο εύκολα διαχειρίσιμη από την Πολιτεία. Επιπλέον στην Ελλάδα υπάρχει χαμηλή συμμετοχή του κοινού ακόμη και για τον απλό διαχωρισμό των ανακυκλώσιμων υλικών από τα οργανικά, με αποτέλεσμα να μην έχει προχωρήσει το σχέδιο στον πλήρη διαχωρισμό τους σε οικιακό επίπεδο. Οι μαθητές του σχολείου μας δεν προβαίνουν στην ανακύκλωση των απορριμμάτων κυρίως λόγω έλλειψης επαρκούς ενημέρωσης και κινήτρων. Ένας τρόπος αντιμετώπισης του παραπάνω προβλήματος είναι η κατασκευή ενός συστήματος αυτόματης διαλογής ανακυκλώσιμων υλικών.

Στόχοι

Κύριοι στόχοι μας είναι η ευαισθητοποίηση των μαθητών σχετικά με την ανακύκλωση αλλά και με τις νέες τεχνολογίες, με μια συσκευή η οποία μπορεί να κεντρίσει το ενδιαφέρον και την περιέργειά τους. Απώτερος στόχος μας είναι η αναβάθμιση των κάδων ανακύκλωσης, οι οποίοι θα λειτουργούν σύμφωνα με τη φιλοσοφία της δικής μας συσκευής, σε μεγαλύτερη βέβαια κλίμακα.

Τρόπος λειτουργίας

Η ομάδα μας κατασκεύασε τη συσκευή “Recycle+”, η οποία χρησιμοποιώντας την τεχνολογία Arduino αναγνωρίζει τρεις διαφορετικούς τύπους ανακυκλώσιμων υλικών: πλαστικό, μέταλλο και χαρτί. Τα απορρίμματα σαρώνονται από αισθητήρες και αφού αναγνωριστεί το υλικό τους, κατευθύνονται σε ξεχωριστούς κάδους διαλογής. Ένας αισθητήρας εγγύτητας υπερήχων ανιχνεύει το αντικείμενο, μόλις αυτό τοποθετηθεί στην ειδική υποδοχή. Στη συνέχεια ενεργοποιούνται οι άλλοι δύο αισθητήρες. Αν ο επαγωγικός αισθητήρας εγγύτητας έχει αναγνωρίσει το αντικείμενο ως μεταλλικό, ο σωλήνας κατεύθυνσης δεν αλλάζει θέση διατηρώντας την κατεύθυνσή του στον κεντρικό κάδο. Αλλιώς αν ο αισθητήρας υπερύθρων έχει αναγνωρίσει ότι το αντικείμενο είναι διαφανές, αυτό αναγνωρίζεται ως πλαστικό και ο σωλήνας κατεύθυνσης κινείται αριστερόστροφα. Διαφορετικά το αντικείμενο θεωρείται χάρτινο και ο σωλήνας κατεύθυνσης κινείται δεξιόστροφα. Μόλις ολοκληρωθεί η κίνηση του σωλήνα κατεύθυνσης ανοίγει το πορτάκι στη βάση του αντικειμένου, με αποτέλεσμα αυτό να καταλήξει στον κατάλληλο κάδο. Στο τέλος ο σωλήνας κατεύθυνσης επιστρέφει στην αρχική του θέση.

Για την κατασκευή του “Recycle+” πραγματοποιήθηκε έρευνα σχετικά με άλλες ιδέες που έχουν υλοποιηθεί για τον ίδιο σκοπό. Η πλειοψηφία αυτών των υλοποιήσεων εστιάζει στον διαχωρισμό των μη ανακυκλώσιμων (wet waste) και των ανακυκλώσιμων υλικών, χωρίς την περαιτέρω διάκρισή τους σε επιμέρους κατηγορίες. Εντοπίσαμε έναν περιορισμένο αριθμό εργασιών, οι οποίες διέφεραν αρκετά ως προς την κατασκευή τους και συνδυάζοντάς τες καταλήξαμε στο δικό μας μοντέλο. Επίσης, σε ότι αφορά στην διάταξη του ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου ανακαλύψαμε λύσεις που στηρίζονταν στην τοποθέτηση κάμερας AI, όμως η επιθυμία μας ήταν να κρατήσουμε το κόστος κατά το δυνατό χαμηλά. Εντοπίσαμε μία μοναδική εργασία, στην οποία με τη χρήση ενός χωρητικού αισθητήρα (capacitive) μπορούσε να επιτευχθεί ο διαχωρισμός του γυαλιού από το πλαστικό. Όμως την εποχή που πραγματοποιήθηκε η παραγγελία των υλικών δεν ήταν διαθέσιμος ένας τέτοιος αισθητήρας στην Ελλάδα και η παραγγελία του από το εξωτερικό θα μπορούσε να επιφέρει σημαντικές καθυστερήσεις. Για τον λόγο αυτό σκεφτήκαμε τη χρήση ενός αισθητήρα που θα μπορούσε να αναγνωρίσει τα διάφανα υλικά και οδηγηθήκαμε στη προσθήκη ενός αισθητήρα υπερύθρων για την αναγνώριση του πλαστικού.

Κόστος

Αρχικά στην παραγγελία των υλικών είχαν συμπεριληφθεί δύο σερβοκινητήρες και ένα stepper motor. Όμως τελικά στη θέση τους χρησιμοποιήθηκε ένας μη-λειτουργικός οδηγός CD/DVD που αφαιρέθηκε από έναν παλιό υπολογιστή, καθώς και ένας πιο δυνατός σερβοκινητήρας, διότι η κίνηση του σωλήνα κατεύθυνσης δεν μπορούσε να πραγματοποιηθεί με τους απλούς σερβοκινητήρες που είχαμε αρχικά παραγγείλει. Το τελικό κόστος των υλικών της κατασκευής μας είναι 55,09€

Λίστα υλικών και εργαλείων

Ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου

1 x Arduino Uno Compatible – €10.83
1 x Dual Motor Driver Module L298N – €3.38
1 x Jumper Wires 15cm Female to Female – Pack of 10 – €1.45
1 x Jumper Wires 15cm Male to Male – Pack of 10 – €1.45
1 x Jumper Wires 30cm Male to Male – Pack of 10 – €1.77
5 x Led Διάφανο 10mm Λευκό – €2.02
1 x Αισθητήρας Δέσμης Υπερύθρων (IR Break Beam) – 3mm LEDs – €1.93
1 x Αισθητήρας Υπερήχων 2 – 400cm HC-SR04 – €2.01
1 x Αντίσταση Carbon 1/4W 5% 150 ohm – €0.16
1 x Επαγωγικός Αισθητήρας Απόστασης 18mm – LJ18A3-8-Z/AX – €4.75
1 x Μετατροπέας DC-DC Step-Down 5V 3A – USB – €4.76
1 x Τροφοδοτικό 12V 5A – Output 5.5×2.1 SN-12D500 – €7.98
1 x TD8320MG 20KG Metal Gear Digital Servo – €12,60
1 x Οδηγός CD/DVD – €0

Κώδικας

//*******************************************
// Recycle+
// Esperino EPAL Giannitson
// BPLus
//*******************************************
#include <Servo.h>
Servo pipeServo; // create servo object to control a servo
// define the variables
int sensorInd = A0;
int indValue;
long duration;
int distance;
int sensorState = 0;
float metalDetected;
int n=0;
int d=300;
int speed=255;
int cdPin1 = 3;
int cdPin2 = 2;
int irsensor=4;
int servoPin = 6;
int trigPin = 7;
int echoPin = 9;
int enA = 10;
int ledMetal = 11;
int ledPlastic = 12;
int ledPaper = 13;
void setup() {
pipeServo.attach(servoPin);
pinMode(cdPin1, OUTPUT);
pinMode(cdPin2, OUTPUT);
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(irsensor, INPUT);
pinMode(ledMetal, OUTPUT);
pinMode(ledPlastic, OUTPUT);
pinMode(ledPaper, OUTPUT);
Serial.begin(9600); // Starts the serial communication
pipeServo.write(90); // turn tube to initial position of 90 degrees
}
void loop() {
digitalWrite(ledMetal, LOW);
// Clears the trigPin
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2); // Sets the trigPin on HIGH state for 2 micro seconds
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microseconds
distance = duration*0.034/2; // Calculating the distance
Serial.print(“Distance: “); // Prints the distance on the Serial Monitor
Serial.println(distance);
delay(800);
if (distance<=4){
digitalWrite(irsensor, LOW);
//object detected in the slot
indValue=analogRead(sensorInd); //Save value that is read from the analog pin A0 to the variable indValue
delay(10);
metalDetected = (float)indValue*100/1024.0;
if(indValue>=250){
Serial.println(“Metal Detected”);
digitalWrite(ledMetal, HIGH);
digitalWrite(cdPin1, LOW);
digitalWrite(cdPin2, HIGH);
analogWrite(enA, speed);
delay(d);
digitalWrite(cdPin2, LOW);
delay(500);
digitalWrite(cdPin1, HIGH);
analogWrite(enA, speed);
delay(d);
digitalWrite(cdPin1, LOW);
analogWrite(enA, speed);
}
else{
digitalWrite(irsensor, HIGH); // turn on the IR sensor
sensorState = digitalRead(irsensor); // read the state of the IR sensor:
if (sensorState == LOW) { // check if the sensor beam is broken – if it is, the sensorState is LOW:
// if the sensor beam is broken it is paper
digitalWrite(ledPaper, HIGH);
Serial.println(“Paper Detected”);
digitalWrite(irsensor, LOW); // turn off the IR sensor
pipeServo.write(180); // turn tube to position 180 degrees
delay(150); // waits 15 ms for the servo to reach the position
//open the gate and close it
digitalWrite(cdPin1, LOW);
digitalWrite(cdPin2, HIGH);
analogWrite(enA, speed);
delay(d);
digitalWrite(cdPin2, LOW);
delay(500);
digitalWrite(cdPin1, HIGH);
analogWrite(enA, speed);
delay(d);
digitalWrite(cdPin1, LOW);
analogWrite(enA, speed);
digitalWrite(ledPaper, LOW);
pipeServo.write(90); //return pipe to initial position
}
else {
Serial.println(“Plastic Detected”);
digitalWrite(ledPlastic, HIGH);
pipeServo.write(0); // turn tube to position 0 degrees
delay(150); // waits 15 ms for the servo to reach the position
//open the gate and close it
digitalWrite(cdPin1, LOW);
digitalWrite(cdPin2, HIGH);
analogWrite(enA, speed); // set the speed to a lower value
delay(d);
digitalWrite(cdPin2, LOW);
delay(500);
digitalWrite(cdPin1, HIGH);
analogWrite(enA, speed);
delay(d);
digitalWrite(cdPin1, LOW);
analogWrite(enA, speed);
digitalWrite(ledPlastic, LOW);
//return pipe to initial position
pipeServo.write(90); // turn tube to initial position
delay(15); // waits 15 ms for the servo to reach the position
}
}
}
}

Κόστος κατασκευής

Το Εσπερινό ΕΠΑΛ Γιαννιτσών έχει μαθητές ενήλικες, οι οποίοι εργάζονται σε διάφορους τομείς. Στο τμήμα μας (Β’ Πληροφορικής ή ΒΠλας) είχαμε την τύχη να έχουμε μαθητές τεχνικών επαγγελμάτων, οι οποίοι ανέλαβαν την κατασκευή, χρησιμοποιώντας υλικά π.χ. κομμάτια ξύλου που είχαν περισσέψει από την επαγγελματική τους δραστηριότητα. Ο πλαστικός σωλήνας κατεύθυνσης ήταν αρχικά τοποθετημένος σε έναν απορροφητήρα. Ο μεταλλικός σωλήνας που τον στηρίζει και οι ρόδες προέρχονται από χαλασμένη καρέκλα γραφείου, ενώ οι τρεις κάδοι διαχωρισμού είναι παλιές φιάλες από καταψύκτες νερού. Κατασκευάσαμε μια συσκευή ανακύκλωσης, ανακυκλώνοντας και επαναχρησιμοποιώντας υλικά δίνοντας πρώτοι το καλό παράδειγμα! Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα μηδενικό κόστος κατασκευής.

Τα στάδια υλοποίησης του έργου

Επίδειξη τρόπου λειτουργίας

Περιορισμοί

Είναι δυνατή η διαλογή απορριμμάτων διαφορετικών μεγεθών και σχημάτων, αλλά η απόδοση είναι καλύτερη με αντικείμενα κυλινδρικού ή κυβικού σχήματος με περιορισμούς στο μέγεθος.

Προτάσεις βελτίωσης/Τροποποιήσεις

Η συσκευή Recycle+ εξυπηρετεί τις ανάγκες της σχολικής μας μονάδας, εφόσον οι συσκευασίες των προϊόντων του κυλικείου μας είναι μεταλλικά κουτιά, πλαστικά μπουκάλια ή χάρτινες συσκευασίες. Ωστόσο, μπορεί να τροποποιηθεί περαιτέρω για την ανίχνευση οργανικών αποβλήτων (wet waste), με την προσθήκη ενός αισθητήρα υγρασίας. Επίσης, με την προσθήκη χωρητικού αισθητήρα θα μπορούσε να γίνει διαχωρισμός μεταξύ του γυαλιού και του πλαστικού. Με την κατάλληλη τροποποίηση του σχεδιασμού θα μπορούσε να δέχεται πολλά αντικείμενα και στη συνέχεια να τα οδηγεί στην υποδοχή το καθένα ξεχωριστά και από εκεί να συνεχίζει τη λειτουργία της. Τέλος θα μπορούσε να γίνει πιο προσαρμόσιμη στον εντοπισμό απορριμμάτων διαφορετικών σχημάτων, μεγεθών και βαρών.

Λογισμικό

Arduino IDE