스마트 샤워 레귤레이터 – 정밀 온도 제어용 신뢰성 높은 솔레노이드 밸브

부품 및 소모품

Arduino 101	1개
상시 닫힘 솔레노이드 밸브	1개	샤워 수온 견딜 수 있는 것 확인; 금속제면 무연(납 없음) 확인. 배관 치수 실측 후 구매
솔레노이드 밸브용 피팅	1개	수온 견딜 수 있는 것 확인; 금속제면 무연 확인. 배관 치수 실측 후 구매
브레드보드 (범용)	1개
Adafruit RGB 백라이트 LCD - 16x2	1개
부저	1개
점퍼 와이어 (범용)	1세트
파워 MOSFET N채널	1개
로터리 포텐쇼미터 (범용)	1개
플립 스위치	1개
배터리 뱅크	1개
221옴 저항	2개	220옴도 사용 가능
1N4007 – 고전압/대전류 다이오드	1개
플라스틱 용기	1개
벨크로 벽 부착 스트립	2개
저렴한 USB 케이블	2개

필요한 도구 및 장비

• 글루건 (범용)
• 납땜 인두 (범용)

앱 및 온라인 서비스

• Arduino IDE

프로젝트 개요

왜 만들었나?

샤워기는 가정에서 가장 낭비가 심한 기기 중 하나로, 막대한 물과 에너지를 소비합니다.

Home Water Works에 따르면 평균 샤워 유량은 분당 2.1갤런(7.94L), 평균 샤워 시간 8.2분 기준 샤워당 17.2갤런(65.1L), 평균 미국 가구(3인) 기준 하루 51.6갤런(195.3L) 사용 – 가정 내 3번째로 큰 물 사용처.

에너지 사용량은 더 놀랍습니다. Skidmore College 기준 갤런(3.78L)당 440 BTU(0.13 kWh) 소모. 일반적인 8.2분 샤워에 약 2.2 kWh, 가구당 하루 6.6 kWh! 미 에너지부 기준 가정 총 전력 사용량의 17% 차지.

미 EPA 추정 kWh당 0.000703톤(1.55파운드, 0.7kg) CO2 배출 기준, 샤워당 3.4파운드(1.54kg) CO2, 가구당 10.2파운드 배출.

하지만 Green Lifestyle Changes 권장 샤워 시간은 5분 – 물 사용량 6.7갤런(25.4L) 절감, 전력 871Wh 절약(CFL 전구 174개를 1시간 켤 양!), 샤워당 CO2 1.35파운드(0.6kg) 감축. 이게 Intel Earth Day Challenge용 샤워 레귤레이터가 샤워 시간을 5분 또는 사용자 지정 시간으로 제한하는 이유입니다.

1년(365일) 기준 1인당 2,455.5갤런(9,295.1L) 물 절약(한 사람 음용수로 약 13년 분), 317.9kWh 또는 492.7파운드(223.5kg) CO2 절감, 가구당 7,366.5갤런(27,885.2L) 물, 953.7kWh 전력, 1,478.2파운드(670.5kg) CO2 절감 효과.

작동 원리

1. 장치 전원 끄면 솔레노이드 밸브 닫힘 – 레귤레이터 작동 안 하면 물 흐르지 않음.
2. 전원 켜면 밸브 열림 – 사용자가 물 틀 수 있음.
3. 레귤레이터가 20초간(조정 가능) 예열 대기, 1회 비프음으로 알림.
4. 예열 후 5분(조정 가능) 샤워 타이머 시작, 2회 비프음으로 알림.
5. 샤워 종료 1분 전, 2분 전에 각각 1회 비프음 경고.
6. 샤워 시간 완료 시 자동으로 밸브 닫아 물 차단. 사용자가 물과 레귤레이터 끄면 됨. 연속 비프음으로 알림.

제작 지침

주의: 밸브 크기가 맞고 샤워 수온 견디는지 확인. 피팅과 밸브에 납 등 유해 물질 없는지 확인.

1. USB 케이블 2개 피복 벗겨 스위치와 스텝업(부스트) 컨버터에 납땜(컨버터 출력을 6~12V 사이로 조정). 아래 사진 참조.

2. "회로도" 섹션의 회로도 따라 회로 구성.

3. "코드" 섹션의 코드를 아두이노 IDE로 레귤레이터에 업로드.
4. 플라스틱 용기에 스위치와 솔레노이드 밸브용 와이어 구멍 뚫기.
5. 솔레노이드 밸브 와이어를 구멍으로 통과시키고 방수 글루건으로 밀봉. 스위치도 구멍에 글루건으로 고정. LCD 화면을 용기 뚜껑에 글루건으로 부착.

6. 회로를 용기 안에 넣고 뚜껑 닫기. 스위치와 LCD가 브레드보드에 제대로 연결됐는지 확인.
7. 솔레노이드 밸브와 피팅을 수도꼭지와 샤워기 사이에 설치.
8. 벨크로 스트랩을 플라스틱 용기 뒤에 붙이고 샤워기 근처 벽에 부착.

비디오

(비디오 임베드 영역)

코드

• Code

Code (C/C++)

// 사용자 설정:-----------------------
const float showerTime = 5; // 분 단위
const int warmupTime = 20;  // 초 단위
//-------------------------------------

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
int stat = 0; // 상태 추적

void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  pinMode(13, OUTPUT); // 솔레노이드 밸브용
  pinMode(10, OUTPUT); // 피에조 부저용
}

void loop() {
  if (stat == 0) { // 상태 0: 예열 시작
    digitalWrite(13, HIGH); // 솔레노이드 밸브 열기
    tone(10, 2000, 1000);   // 예열 비프음
    for (int i = warmupTime; i > 0; i--) {
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Water Warmup:");
      lcd.setCursor(0,1);
      lcd.print(String(i) + " seconds");
      delay(1000);
    }
    stat++;
  }
  if (stat == 1) { // 상태 1: 샤워 타이머 시작
    tone(10, 2000, 1000); // 샤워 시작 비프음
    delay(1500);
    tone(10, 2000, 1000);
    for (int i = showerTime * 60; i > 0; i--) {
      if (i == 120) { // 2분 남음 경고
        tone(10, 2000, 1000);
      } else if (i == 60) { // 1분 남음 경고
        tone(10, 2000, 1000);
      }
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Shower:");
      lcd.setCursor(0,1);
      lcd.print(String(i) + " seconds");
      delay(1000);
    }
    stat++;
  }
  if (stat == 2) { // 상태 2: 샤워 종료 및 사용자 알림
    digitalWrite(13, LOW); // 솔레노이드 밸브 닫기
    tone(10, 2000);        // 끄기 전까지 지속 비프음
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("Shower Over");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Have a Good Day!");
    delay(2000);
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("Turn me off");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Turn water off");
    delay(5000);
  }
}

회로도

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