surely, you also have ultra-wideband radio on your bins?

2026/10/04 5:27

surely, you also have ultra-wideband radio on your bins?

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要約▶

Japanese Translation:

BinRange プロジェクトは、Bluetooth の信頼性の低い RSSI ベースのアプローチではなく、超広帯域(UWB)無線を使用することで 6 つのゴミ収集ボックスを正確に追跡する、オープンソースで Home Assistant ベースのシステムを提供します。1 つの固定された UWB アンカー(PLA カバー付き)が、ゴミ収集ボックスに取り付けられた 6 つのバッテリー駆動タグと通信します:一般ゴミ用 1 つ、食物堆肥用 1 つ、庭園ゴミ用 1 つ、リサイクル用 2 つ、ガラス用 1 つです。収集スケジュールはローカル市役所からスクレイピングされ、カスタムファームウェアとコードを通じて物理的位置データと統合されます。システムは「Home(屋内)」と「Out(屋外)」を 10 メートルの境界線で定義し、信号強度ではなく正確な信号伝搬時間に基づいて離家・帰着を検出します。タグ(KKM K4W、nRF52833、DW3110、LIS3DH 加速度計、CR2477 バッテリー搭載)は物理的な動きがあった場合にのみデプスリープから目覚めます。アンカーが Bluetooth を介して署名された空中更新(OTA)ファームウェアを推送することで、再ペアリングなしで安全な更新およびロールバックが可能になります。ゴミ箱の状態は Home、Out、または Unknown として報告され、信号損失に対処するロジックが実装されています(出発後に信号が低下しても Out と推定されます)。「空けられた」と判断されるのは、Out ゾーン内にあり収集期限を迎えている状態で、タグが 90 度以上の持続的な傾斜を検出した場合です。通知は時間ごとにグループ化されます:収集前の午後 6 時と 21 時のリマインダー、ゴミ箱が Home のままの場合の午前 6 時の最終確認、翌日午後 6 時の帰宅リマインダーです。テストでは、チップイベントが無線ギャップを跨いで持続することが確認されましたが、30 分以上前のイベントに対する通知は必ずしも信頼性を持ってトリガーされないことが示されました。本プロジェクトのファームウェア、ケース設計(GitHub)、および測定結果は BinRange リポジトリに公開されており、ホビイストや業界関係者が信号精度とデバイス耐久性といった以前の課題を克服する、正確な IoT 環境追跡システムを構築するための堅牢なテンプレートとして利用可能です。

本文

Home Assistant で「ゴミ箱出し」を徹底管理:BinRange プロジェクトレポート

背景と動機

  • 現状の問題点:
    • Home Assistant はゴミ箱の収集予定日を表示したり、色分けを行ったりはしますが、実際にゴミを出してあるかどうかのアクションまでは教えてくれません。
    • 多くの人がスマートフォンで再発通知を設定していますが、著者はそれを極端に複雑化させすぎた経験があります。
  • 技術的変遷:
    • Bluetooth タグ(挫折): 安価でしたが、バッテリー寿命が短く、距離測定の不安定性、および設置環境でのプロキシの信頼性が低いため失敗しました。
    • AirTag と UWB(採用): Ultra Wideband(超広帯域)技術への関心が高まり、「BinRange」というプロジェクトが誕生しました。

BinRange の概要と構成要素

  • システム構成:
    • 固定アンカー: 屋外の Bluetooth/UWB アンカー。
    • タグ: 6 つの小型バッテリー式タグ(ゴミ箱ごとに 1 つ)。
    • ホームサーバー: Home Assistant を用いた統合管理。
    • 付加機能: プリントされた筐体、カスタムファームウェア、無線によるファームウェアアップデート機能。
  • AI との連携 (Codex):
    • 開発プロセス全体で AI を活用し、アイデアから結果、フィードバックへのサイクルを高速化しました。

6 つのゴミ箱と複数のスケジュール

  • 対象ゴミ箱:
    • 一般ごみ (1)
    • 食品堆肥 (1)
    • 庭木廃棄物 (1)
    • リサイクル用品 (2)
    • ガラス類 (1)
    • 計:6 つ(すべて同一の屋敷に設置)。
  • 収集スケジュール管理:
    • Home Assistant の「Waste Collection Schedule」統合を活用し、自治体のスケジュールを自動スクレイピングして追跡しています。

距離測定技術:Bluetooth vs UWB

  • Bluetooth RSSI の限界:
    • 信号強度(RSSI)に基づく距離推定は、壁や車による遮蔽、反射、アンテナの向き、個体差など多くの要因に影響され、不確実です。
    • 「遠ざかったのか」「妨害されているのか」を区別できません。
  • UWB の優位性:
    • 信号強度ではなく、往復時間測定により正確な距離計測が可能。
    • 周囲物を透過して受信できるため、遮蔽物への影響が少ないです。

カリブレーションと精度検証

  • 初期テスト結果:
    • アンカー数を 1 つで十分とし、境界値を10 メートルに設定(内側=家屋内、外側=外部)。
    • 測定誤差は2 センチ以内。実際の距離 10.1m と読み取り 10.09m はほぼ一致。
  • 屋外散歩テスト:
    • 安定観測範囲:約 30 メートル(それ以上は間欠的)。
    • 最大記録距離:37.28 メートル(ただし車両による完全遮断の可能性あり)。

無線アップデートとペアリング

  • ファームウェア管理:
    • アンカーから Bluetooth を介して署名されたファームウェア更新を配信。
    • 失敗時のロールバック機能や、状態確認後の成功報告を実装。
  • 開発の課題解決 (AI 活用):
    • Codex によるシミュレーションで、イメージ腐敗や転送中断などの障害モードをテストし、安全な展開手順を開発。
    • 初期のペアリング制限(同時接続数に基づく)を修正し、6 つ全てのタグを無線で更新可能にしました。
  • スリープ制御:
    • 加速度計割り込みを活用し、イベント発生時のみ目覚めさせる設計。
    • デフォルトの 10 分間隔から、Home Assistant コントロールで30 分間隔(移動報告は 5 秒ごと)に延長。

ハードウェア設計と筐体

タグの選定とカスタマイズ

  • 採用製品: KKM K4W(nRF52833 プロセッサ、DW3110 ラジオ)。
    • バッテリー:CR2477 コイン電池(大容量)。
  • 利点:
    • 加速度計の GPIO 接続により、イベント検知時のみ目覚められる。
    • nRF52 の低消費電力特性を活かし、数年単位での稼働を想定。

アンカー筐体の進化 (OpenSCAD と PLA)

  • 試行錯誤の経緯:
    1. ネジ使用:組立式だが、公差や振動により不便。
    2. 完全印刷(錐状ピン+スプリング):蓋が移動して固定不全に。
    3. 最終案:ベースと蓋の壁を重なり合わせ、浅いカッチ(係止部)を追加。
  • 結果:
    • ねじ不使用で防水性も確保し、基板を正しく保持できる設計に完成。
    • 設計ファイルは GitHub に公開中。

設置に必要な部品リスト (屋外用電気ボックス内)

項目仕様・備考
屋外用電気ボックスIP67 等級、透明蓋付き(8.7×6.7×4.3 インチ)
電源アダプタ12V DC DIN マウント型
変換器12V → USB-C PD モジュール
ブレーカー10A・30mA リーマル電流保護付き Type-A RCBO
ケーブル二芯接地ケーブル(2.5mm²、3 メートル)
USB ケーブル直角タイプ(6 パック入りから選定)

Home Assistant 連携:通知と自動化

  • ダッシュボード表示:
    • 次の収集日、現在の状態(Out/In)、注意喚起項目を表示。
    • 技術詳細は別ビューに、日常確認は簡略化された情報で十分。
  • リマインダーのロジック:
    • 収集翌日 18:00/21:00: 「まだアウト」の場合は持ち帰り通知。
    • 最終確認 6:00: 朝早い場合は再度確認。
    • スマート化: 以前の履歴を記憶するため、同じメッセージを繰り返し送信しない。
  • 「空けられた」と判定する手法:
    • タグ搭載の加速度計を利用。「転倒イベント(90 度以上の傾き)」を検知・保持し、アンカーに到達した時点で報告。
    • Home Assistant が収集予定日の「アウト」ゴミ箱で転倒イベントを検知すれば、「空けられた」と仮定。
  • 表示状態の改善:
    • 旧システム:受信不良時に「不明(Unknown)」→ ユーザーが誤認しやすい。
    • 新システム:**
      presumed Out
      (推定中)**として状態を保持し、新しい受信データが入るまで変更しない。
      • 「Out」→「不明」への遷移は、現在地不明なので無意味であるため廃止。

プロダクションでの実運用テスト結果

  • 検証事例(9 月 28 日の庭木収集):
    • 7:05:ゴミ箱移動開始、10m 境界を越える。報告途絶。
    • 10:25:タグが再出現(転倒イベントを保持し続けていた)。
    • 問題点: Home Assistant が転倒レポートを受け取った時点では約58 分経過しており、自動化の 30 分制限を超えていたため、「空けられた」という通知が届かなかった。
    • 教訓: ラジオ測定の信頼性は高いが、タイムアウト設定や環境要因(収集位置での受信不良)には注意が必要。
  • 表示ロジックの見直し:
    • 出発後の「不明」状態は情報を提供しないため、
      presumed Out
      で維持し、戻ってくるまで変化させない方針に改めた。

今後の展望と拡張性

  • 引き続きテスト中:
    • カバレッジ範囲、バッテリー寿命(数週間〜年)、屋外筐体の耐久性など。
    • 無人での安定したアップデート適用の実証。
  • 技術の波及可能性:
    • UWB テクノロジーの可能性は広大。
    • アイデア: 猫にタグを装着し、屋内の 4 アンカーで位置トラッキングや行動分析を行うなど。
    • ただし、まずは「ゴミ箱出し」という基本機能を安定させ、周囲環境との相関関係を深く理解することが最優先。

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