Wiznet makers

Smart Rainwater Management: Enhancing Sustainability with Ethernet Shield 2

1. Overview

This project addresses a practical household challenge—basement water leakage—by transforming it into a resource-saving rainwater collection system. Using an Arduino Uno paired with the WIZnet W5500-based Ethernet Shield 2, the system monitors water levels across multiple tanks, tracks pump usage, and manages garden infrastructure. It effectively converts potential floodwater into a managed "greywater" source for irrigation and household utility.

1.1 Key HW Chips

WIZnet W5500 (via Arduino Ethernet Shield 2)

Atmel ATmega328P (Arduino Uno)

2. Key Technology & Environment

The project operates in a demanding environment involving moisture and outdoor exposure.

W5500 High-Speed Communication: The Ethernet Shield 2 utilizes the W5500 chip, supporting high-speed SPI communication for rapid data transfer.

Analog Resistor Ladder: A single analog pin reads 7 float switches by measuring varying resistance levels, identifying the tank status from 0% to 100%.

UDP Data Exchange: The system uses UDP (User Datagram Protocol) to receive time synchronization strings from a PC and send back sensor data instantly.

1-Wire Temperature Sensing: Multiple DS18B20 sensors monitor ambient and tank temperatures via a single digital pin to prevent winter freezing.

3. Development Story

The developer's journey began with a persistent basement drainage issue. Rather than simply pumping the water away, they saw an opportunity for conservation. The challenge was monitoring three 100-gallon tanks with limited wiring. By implementing a resistor ladder, they reduced 8 wires down to 2. The transition to the Ethernet Shield 2 provided the necessary stability to move control from the basement to a comfortable workstation via pre-installed Cat6 cabling.

4. Key Purpose & WIZnet's Contribution

The primary objective is the intelligent reuse of rainwater to reduce waste and prevent structural water damage. WIZnet's W5500 chip provides the critical link between the physical environment and the digital database:

Hardwired Reliability: In a basement or outdoor setting where Wi-Fi can be obstructed by thick walls, the W5500 ensures a stable, "always-on" connection.

Resource Efficiency: By using UDP through the W5500, the Arduino avoids the overhead of an RTC module, syncing its internal logic with the PC's timestamp.

Low Latency: The W5500’s integrated TCP/IP stack allows the system to respond to data requests in milliseconds, ensuring real-time monitoring of pump voltages and water levels.

5. Deep Dive: Technical Excellence

[Breaking Down the Core Tech: The Resistor Ladder]

To monitor 7 levels of water, one might assume 7 digital pins are needed. However, this system uses a Resistor Ladder. By placing resistors (ranging from 1k to 100k) in series with float switches, each switch closure creates a unique total resistance. The Arduino reads the resulting voltage on one analog pin, allowing for a precise 8-stage level detection (Empty to 100%) using minimal hardware resources.

[Network Stability with W5500]

The choice of the Ethernet Shield 2 (W5500) is strategic. Unlike software-based network stacks, the W5500 handles the network protocol internally. This frees up the Arduino Uno’s limited memory to focus on calculating water volume and managing the 4-channel relay module for garden fountains and lights.

스마트 빗물 관리 시스템: 이더넷 쉴드 2로 실현하는 자원 재활용

1. 개요

지하실 침수 문제를 해결하는 것에서 시작된 이 프로젝트는 빗물을 체계적으로 수집하고 관리하는 스마트 시스템으로 진화했습니다. 아두이노 우노와 위즈네트 W5500 기반의 이더넷 쉴드 2를 결합하여 여러 탱크의 수위를 감시하고, 펌프 작동과 정원 시설물을 통합 제어합니다. 이를 통해 버려지는 빗물을 정원 용수나 생활하수(Greywater)로 재탄생시켰습니다.

1.1 핵심 HW 칩

WIZnet W5500 (아두이노 이더넷 쉴드 2 탑재)

Atmel ATmega328P (아두이노 우노)

2. 핵심 기술 및 환경

습기가 많고 실외 노출이 잦은 환경에서 안정적인 작동을 위해 다음 기술들이 적용되었습니다.

W5500 고속 통신: 이더넷 쉴드 2에 탑재된 W5500 칩은 고속 SPI 통신을 지원하여 데이터 전송 효율을 극대화합니다.

아날로그 저항 사다리: 단 하나의 아날로그 핀으로 7개의 플로트 스위치 상태를 읽어 수위를 0%에서 100%까지 8단계로 구분합니다.

UDP 데이터 교환: UDP 프로토콜을 사용해 PC로부터 시간을 동기화하고 센서 데이터를 즉각적으로 전송합니다.

1-Wire 온도 감지: 하나의 디지털 핀에 여러 개의 DS18B20 센서를 연결하여 탱크와 주변 온도를 모니터링하고 동파를 방지합니다.

3. 개발 스토리

지하실 바닥 배수구로 스며드는 물을 처리하려던 고민이 프로젝트의 시작이었습니다. 100갤런 탱크 3개를 설치하면서 발생한 문제는 '어떻게 효율적으로 수위를 모니터링하느냐'였습니다. 개발자는 저항 사다리 방식을 통해 8개의 배선을 2개로 줄이는 지혜를 발휘했습니다. 특히 이더넷 쉴드 2를 사용함으로써 지하실의 데이터를 작업실 PC까지 안정적으로 전달할 수 있는 기반을 마련했습니다.

4. 핵심 목적 및 위즈네트의 기여

이 시스템의 목적은 빗물을 지능적으로 재활용하여 자원 낭비를 줄이고 침수 피해를 예방하는 것입니다. 위즈네트 W5500 칩은 물리적 환경과 디지털 관리 시스템을 잇는 결정적인 역할을 합니다.

유선의 신뢰성: 두꺼운 벽이 있는 지하실이나 실외 환경에서 Wi-Fi는 불안정할 수 있지만, W5500은 유선 연결을 통해 끊김 없는 데이터 통신을 보장합니다.

자원 효율성: W5500의 UDP 통신을 활용해 PC의 타임스탬프를 수신함으로써, 별도의 RTC 모듈 없이도 정확한 시간 기반 로그를 생성합니다.

낮은 지연 시간: W5500의 하드웨어 TCP/IP 스택은 펌프 전압 변화나 수위 변동에 즉각적으로 반응하여 실시간 모니터링을 가능케 합니다.

5. 핵심 기술 파헤치기

[기술의 중심: 저항 사다리 방식]

7개의 수위 상태를 확인하려면 보통 7개의 디지털 핀이 필요하다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 본 프로젝트는 저항 사다리 방식을 채택했습니다. 1k에서 100k 사이의 저항을 스위치와 조합하여, 각 스위치가 닫힐 때마다 변화하는 전압값을 아두이노 아날로그 핀 하나로 정밀하게 읽어냅니다. 하드웨어 자원을 최소화하면서도 최대의 효율을 낸 설계입니다.

[W5500을 통한 네트워크 안정성]

**이더넷 쉴드 2(W5500)**의 선택은 전략적입니다. 소프트웨어가 아닌 하드웨어 수준에서 네트워크 프로토콜을 처리하기 때문에, 아두이노 우노의 부족한 메모리를 수량 계산이나 릴레이 제어와 같은 핵심 로직에 더 많이 할애할 수 있게 해줍니다.