Home Assistant 已經能知道哪些垃圾桶（國際讀者稱為 trash cans）該被收走。它可以告訴我今天是垃圾日，在儀表板上顯示正確顏色，並發送提醒。但它無法告訴我，我是否真的把垃圾桶放出去了。
我相信大多數人會在手機上設定定期提醒。正如我妻子會告訴你的，我不是一般人。有些人會像正常人一樣記得把垃圾桶放出去。我很清楚自己過度設計了這件事，但我也遠離正常，六個裝有無線電的垃圾桶對我來說是一種樂趣。
幾年前我曾想過在垃圾桶上貼便宜的藍牙標籤，利用戶外藍牙代理判斷它們是否在附近。結果很挫折，電池耗電快，距離判斷不穩定，代理裝置也不可靠。我想知道垃圾桶是否移動了，但最後只是多了一個玩具。
AirTags 讓我對超寬頻（UWB）無線電產生興趣。深入了解後，我又想起了垃圾桶的點子。過去幾週，我打造了 BinRange：一個固定的無線電基站，六個小型電池標籤，搭配 Home Assistant，結合垃圾桶被偵測到的位置與收集時間。還有列印外殼、自訂韌體和無線更新。這是一個相當完整的「你有把垃圾桶放出去嗎？」解決方案。
整個製作過程我大量依賴 Codex。Astra 在中途推出，我也很好奇它的表現。使用 AI 的好處是能快速將想法付諸實驗，根據結果調整並嘗試新方法。這部分我會在其他文章詳述，現在回到垃圾桶。
我們家有一個一般垃圾桶、一個廚餘桶、一個園藝廢棄物桶、兩個回收桶和一個玻璃桶，總共六個垃圾桶。它們甚至不在同一收集日程上。幸好 Home Assistant 的 Waste Collection Schedule 整合能抓取市政府的收集日程並追蹤，否則管理這些日期本身就是一項工作。
使用便宜藍牙標籤時，估算距離的方法是 RSSI（接收訊號強度指示）。你測量接收到的訊號強度，推估標籤距離。但訊號強度受牆壁、停車車輛、反射、天線方向和硬體差異影響甚大，甚至電池電壓也會影響發射功率。訊號變弱可能是垃圾桶移遠，也可能是有障礙物阻擋，這種估距非常不精確，解釋了我原本系統的挫折。
UWB 有趣之處在於它測量無線電訊號在裝置間傳播的時間，直接得到距離，而非從訊號強度推估。當然訊號還是得穿過環境障礙，換無線電不會讓停車車輛消失。
我也花了一些時間思考學術問題：要增加維度感知，需要多少基站？如果想知道方向或精確位置，需要多少固定參考點來三角定位？這對這個專案完全沒必要，但想法總是會跑遠。
對垃圾桶來說，我只需知道每個垃圾桶是否移動超過平常存放區域的距離，算是「放出去了」。一個基站足夠開始測試。我設定十公尺邊界：裡面是「家裡」，超過是「放出去了」，前提是有新讀取資料。這是我特定的安裝方式，讓我不用把整個花園變成定位測試場。
第一次實驗用兩塊 Makerfabs ESP32-WROVER/DW3000 開發板，兩者都用 USB 供電。還沒跟 Home Assistant 整合前，我想先看看它們能否測距。透過本地網頁介面，我能分開兩板並觀察距離變化，不用拉 USB 線連接。
天線方向影響出乎意料大。在約十公尺距離，將開發板從平放改為直立，成功率從 37% 提升到 100%。較慢的無線電設定和較長的前導碼也能改善初期快速設定的困難。這些發現對後續設計很有幫助。
第一次用捲尺校準，看到報告距離與實際距離誤差不到兩公分時，我完全震驚。兩塊小板子交換無線電訊號，距離竟然能和捲尺這麼接近。
後續測試中，實測 10.1 公尺距離，平均讀數約 10.09 公尺，標準差三公分。這對只需辨識垃圾桶是否離開存放區的專案來說很鼓舞。低於兩公分誤差是第一次校準時的結果，並非所有標籤、方向或戶外位置都能達成。
戶外測試更具啟發性。讀數在約三十公尺內可靠，超過則間歇性出現。最遠讀到 37.28 公尺，但有間斷。汽車可能完全阻擋訊號。手持開發板直立於空曠處，與安裝在垃圾桶邊緣的標籤，測試結果明顯不同。
兩板行走測試建立了有用的起點，但不代表安裝垃圾桶的覆蓋範圍。
基站透過 MQTT 發布讀數，Home Assistant 為每個標籤建立獨立裝置。我考慮過 ESPHome 元件，但對我想要的架構幫助不大。系統不需額外的 BinRange 伺服器或雲端服務，無線電能在 Home Assistant 或 MQTT 連線中斷時繼續測距。
開發板證明了連結可行，但我不想每個垃圾桶都掛一塊開發板，還要電池和臨時外殼。垃圾桶端硬體必須是小巧、獨立的裝置。
我探索過自訂標籤和商用標籤，重要的是能否燒錄自訂韌體並與我的基站配合。小型 UWB 標籤不一定能與其他 UWB 產品相容。我最後買的標籤是 KKM K4W，搭載 nRF52833 處理器、DW3110 無線電和 LIS3DH 加速度計。使用可更換的 CR2477 鈕扣電池（這電池很大顆，我以前沒見過）。
兩塊 Makerfabs 開發板含運費約 123.64 美元。十個標籤每個 25 美元，加上燒錄夾具和運費約 330 美元。這是當時實驗成本，不是現成六桶套件價格，也不適合計算回本期。
供應商說標籤能燒錄我自己的韌體，並提供燒錄夾具。我更在意硬體本身和燒錄接口沒被鎖死，供應商軟體功能對我無關緊要。電池壽命宣稱對我來說沒意義，因為我會決定 CPU 何時睡眠和喚醒條件。
我對 nRF52 裝置相當熟悉，使用多年，從 rlab 時期就開始。它們是優秀的低功耗微處理器，能長時間睡眠。如果排程和中斷設計得當，能用小電池撐好幾年。這比供應韌體做什麼更吸引我。
我用一台備用的 Nesso 裝置當燒錄探針，先燒錄開發標籤，再一個個燒錄成品標籤：燒錄、建立身份、配對、標記、分配給垃圾桶，然後組裝。涉及多重身份，包括標籤印刷標籤、晶片身份和無線電地址。
順帶一提，標籤外殼印有看似唯一的序號和 QR 碼，可能是供應商韌體和軟體用的。我找不到與晶片 MAC 地址或類似識別碼的關聯，對我來說基本沒用。真可惜，如果是無線電 MAC 地址就很實用。
標籤貼在垃圾桶上，電池很大但能剛好放在桶邊緣下方，能防雨。
製造商將加速度計中斷輸出接到 nRF 的 GPIO 腳，這非常有用。代表我可以讓 nRF 長時間睡眠，睡眠期間不發送無線電訊號，只有物理事件發生時喚醒。穩定後，標籤偶爾回報狀態，UWB 無線電在嘗試間隙睡眠。韌體預設靜止時每十分鐘回報一次，我改成三十分鐘，移動時五秒回報一次，透過 Home Assistant 控制。
這樣避免電池因持續回報垃圾桶仍在原地而快速耗盡。實際電池壽命還需測量。我收集電壓和活動資訊，但短期電壓曲線無法準確估算月或年壽命。我也不想用大部分電池壽命來回報電壓，價值不高。
標籤安裝後，每次改韌體都拆開裝回燒錄夾具很麻煩。基站現在能透過藍牙對配對標籤進行簽名韌體無線更新。舊版本應用保留，壞更新可回滾，系統只有在標籤運行預期映像且自我檢查通過後才報告成功。
用 AI 測試和迭代這類功能非常棒。Codex 幫我生成並模擬各種測試條件和故障模式，讓無線更新盡可能安全。我測試損壞映像、中斷傳輸、斷電點和看門狗恢復，也測試基站不在時標籤如何確認自身健康，不會因無法連線而放棄正常韌體。
從一個標籤擴展到多個時遇到新問題。藍牙庫中記錄大小是同時連線數，不是配對裝置數。新增標籤可能失敗，雖然金鑰已存。修正後新標籤能配對且不清除既有標籤。六個垃圾桶讓軟體測試更全面。
我已無線更新基站和六個標籤，無需重新配對或用燒錄夾具。這讓我很滿意。早期連線嘗試需重試，我還想收集更多證據，確認整個流程能可靠自動執行。燒錄探針仍是救援方案。
基站需要外殼，成了另一個小專案。起初用 OpenSCAD 設計螺絲固定。第一次裝配檢查不錯，但小螺母螺絲、PLA 公差和板子晃動讓組裝不理想。
我想要全列印 PLA 外殼，無螺絲：錐形定位銷固定板子，列印彈簧壓住，蓋子能穩固。銷和彈簧有效，但蓋子太鬆。
內部唇緣改善配合度，加深卡榫增強固定，但卡榫太深插入時斷裂。那版本變成兩塊破塑膠。
改用底座和蓋子牆壁重疊，搭配多個淺卡榫。調整定位銷和通風孔後，外殼能穩固固定板子且蓋子不易掉。我很滿意，可能因為之前拉掉太多蓋子。
無螺絲外殼的列印模型。顏色和表面為示意。可從 MakerWorld 列印，設計檔和歷史嘗試在 GitHub。
用 Codex 快速迭代外殼設計很享受：我能優化設計、檢視並列印，然後實際測試蓋子是否會掉。幾何檢查只能確保兩形狀應該配合，無法保證卡榫耐用。
基站現已壁掛，列印外殼放在較大戶外電箱內，與電源元件同箱。這又是一筆 Amazon 訂單。相關元件包括：
那個 USB-C PD 模組很酷，能將 12V 轉成 USB-C 電力輸出，我想再買一個。
以上價格是我訂購時的，不是現行報價。防水箱、電源、USB-C 電源模組、保護裝置、線材和 USB 線，都是為了提醒我把垃圾桶放出去。我知道。
六個垃圾桶都裝上標籤。當時我對系統運作感到樂觀。
基站安裝在牆上，列印外殼放在大電箱內。安裝照片。
Waste Collection Schedule 整合值得大大稱讚。它抓取市政府日程，省去我維護多個重複日期和記憶哪些垃圾桶該收的麻煩。BinRange 補充垃圾桶的實際狀態，Home Assistant 將兩者結合。
一般儀表板顯示下一次收集、垃圾桶狀態和需要注意的事項。距離和無線電診斷有獨立頁面。我喜歡看技術細節，但查明天垃圾桶狀態不該需要解讀無線電訊號。
提醒訊息會合併成一則，針對相關垃圾桶：收集前一天晚上 6 點和 9 點提醒，收集當天早上 6 點若垃圾桶仍在家中再提醒。收集後一天晚上 6 點提醒帶回仍在外的垃圾桶。自動化會記錄嘗試次數，避免重複發送。
無法取得讀數不會被誤判為忘記放垃圾桶。同理，帶回提醒只知道收集日程和垃圾桶仍在外，不知道清潔隊是否已清空。
Home Assistant 提醒放垃圾桶。
我也想要垃圾桶剛清空時的通知。直覺是看移動、時間和收集日程就夠了。但回顧一次收集發現，標籤整天沒回報，這些線索不足以判斷。喚醒計數器能告訴我有活動，但無法知道誰動了垃圾桶或為何。
標籤已有加速度計，我加了更明確的判斷。相對校準的直立位置，持續傾斜超過九十度即記錄傾倒事件。標籤會保存事件，並在下一次連線時回報事件時間。Home Assistant 可將近期傾倒且已放出垃圾桶視為已清空。
最初自動化每五秒檢查一次傾倒事件，太頻繁，改成 MQTT 事件流搭配計時器，只有在有待處理事件時運作。符合條件的垃圾桶會合併通知六十秒，並保存狀態避免重複，支援 Home Assistant 重啟後恢復。定時提醒仍是備援。
Home Assistant 通知垃圾桶已清空，可帶回。
9 月 28 日我有一次園藝廢棄物收集可詳細觀察。垃圾桶約早上 7:05 開始移動，隨後越過十公尺邊界。離開期間無回報。約 10:25 回來時，帶有約 9:27 的傾倒事件，然後回到家中區域並穩定。
標籤偵測並保存了傾倒事件。離開和回來都可見。但傾倒事件在 Home Assistant 收到時已約 58 分鐘前，超過自動化接受的 30 分鐘限制，未發送「剛清空」訊息。其他垃圾桶持續回報，基站 MQTT 無故障。我仍不清楚該標籤在收集點無回報的原因。
這讓我對系統樂觀態度有所修正。無線電能產生可信距離，標籤能偵測傾倒，儀表板看起來正常，但手機仍錯過清空通知。實際收集測試讓我更清楚需注意的問題。
也改變我顯示失聯垃圾桶的方式。原本「放出」讀數過期會變成「未知」，雖然謹慎，但看到垃圾桶離開後在路邊失聯，將「放出」換成「未知」反而不實用。
現行系統會記住觀察到的離開狀態，視為推定「放出」，即使失聯或 Home Assistant 重啟。接收狀況另行顯示。只有在邊界內有新讀數才算回家。若最後一次看到垃圾桶在家，然後失聯，狀態變成「未知」，因為沒看到它離開。帶回提醒可用推定「放出」，放出提醒仍需新證據證明垃圾桶在家。
這讓顯示更貼近我實際知道的狀況。
BinRange 已安裝並使用中。（寫這段時，我意識到我已經嚴重將這個通用工具侷限於垃圾桶應用🤔）
還有一些普通觀察要做：各存放和收集位置的覆蓋範圍、完整週期的通知準確度、電池表現數週、戶外安裝的固定與外殼耐用度。我也希望更新能穩定連線，不用我重試。我並非為他人打造這系統，但若有人受啟發想嘗試或改作他用，他們（或他們的機器人朋友）都歡迎。
倉庫有韌體、外殼檔案、測試結果和 Home Assistant 範例，歡迎參考。這是我的興趣專案，我還在觀察戶外表現。
當然，看過 UWB 功能後，我開始想是否能把標籤掛在貓咪項圈上，家裡放四個基站，繪製牠們位置。能否達到公分級貓咪追蹤？我還沒測試，垃圾桶已證明環境和訊號覆蓋很重要。但我很想試試看。
大多數人可能直接找貓。
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