Монитор гигиены туалета на базе Walabot

Эта система использует RF-датчик Walabot для определения чистоты туалета и его занятости без необходимости камер.

Предыстория

Почему это важно

Грязные или частично промытые общественные туалеты — обширная проблема гигиены. Поскольку камеру нельзя разместить внутри унитаза, требуются альтернативные сенсорные технологии для обнаружения загрязнения или занятости до входа пользователя.

Технология Walabot

Walabot — программируемый 3D-образный датчик, использующий радиочастотные волны для создания карты глубины окружения без захвата оптических изображений. Передавая, принимая и анализируя широкополосные сигналы от множества пар антенн, он реконструирует 3D-представление объектов за препятствиями — идеально для внутренних приложений, где камеры не практичны.

Как это работает в туалете

Датчик монтируется на крыше унитаза. При инициализации он сканирует чистый унитаз. Последующие сканы, выполняемые с интервалом 1 минута, обнаруживают любые новые объекты (например, кал), отсутствовавшие при инициализации. Поскольку начальное состояние известно как чистое, любое отклонение указывает на то, что туалет был использован или больше не чист. Измеряя расстояние до обнаруженных объектов, система также определяет, занят ли туалет в данный момент.

Архитектура системы

Полное решение состоит из:

• Датчик Walabot
• Raspberry Pi 3 как периферийный процессор
• Облачная платформа Ubidots (MQTT для загрузки данных)
• Android-приложение, построенное с MIT App Inventor для мониторинга в реальном времени

Raspberry Pi считывает выход Walabot, оценивает присутствие и расстояние объектов, и публикует статус в Ubidots через MQTT. Android-приложение получает данные через HTTP и отображает, чист ли туалет и/или занят.

Шаги установки и конфигурации

1. Установите Walabot SDK на Raspberry Pi
   Следуйте руководству «Getting Started» на Sparkfun.com для настройки SDK.
2. Установите Paho MQTT клиент
   Выполните sudo pip install paho-mqtt на Pi.
3. Зарегистрируйтесь на Ubidots
   Создайте аккаунт на Ubidots.com и запишите токен устройства и ID.
4. Установите Ubidots API
   Выполните sudo pip install ubidots на Pi.
5. Разработайте Python-скрипт мониторинга
   Скрипт настраивает параметры сканирования, идентифицирует новые объекты и отправляет переменные статуса в Ubidots. Пример конфигурации:

   minInCm, maxInCm, resInCm = 30, 300, 3
   minIndegrees, maxIndegrees, resIndegrees = -15, 15, 5
   minPhiInDegrees, maxPhiInDegrees, resPhiInDegrees = -30, 30, 5
   threshold = 2

   Логика детектирования отличает занято, свободно-но-грязно и чистое состояния на основе порогов расстояния.

6. Постройте Android-приложение
   Используя MIT App Inventor, создайте приложение, получающее данные из https://things.ubidots.com/api/v1.6/datasources/YOUR_OWN_DEVICE_ID/variables/?token=YOUR_OWN_TOKEN (замените плейсхолдеры) и отображающее статус туалета.

Тестирование и валидация

После развертывания система тестировалась ручным введением объектов в унитаз и наблюдением за обновлениями в реальном времени на Android-устройстве. Пороги детектирования Python-скрипта были отточены для надежного выявления мелких объектов (например, единичного кала) при игнорировании фонового шума.

Ключевой фрагмент кода

if targets:
    for i, target in enumerate(targets):
        print(target.zPosCm)
        if 100 < target.zPosCm < 180:
            print("Toilet is engaged.")
            engage_variable.save_value({'value':1})
        elif 200 < target.zPosCm < 210:
            print("Toilet is not engaged, not clean.")
            engage_variable.save_value({'value':0})
            clean_variable.save_value({'value':1})
        else:
            print("Toilet is not engaged and clean.")
            engage_variable.save_value({'value':0})
            clean_variable.save_value({'value':0})
            break
else:
    print('Not engaged and clean')
    clean_variable.save_value({'value':0})
    engage_variable.save_value({'value':0})

Заключение

Используя неоптическую визуализацию Walabot, эта система предоставляет надежное, безкамерное решение для мониторинга гигиены и занятости туалета в реальном времени. Сочетание периферийных вычислений Raspberry Pi, облачной связи Ubidots и интуитивного Android-интерфейса делает развертывание простым для общественных объектов и бизнеса, стремящегося поддерживать высокие санитарные стандарты.