Neste tutorial, vamos detalhar como aplicar o Kit Sensor pH e placas da família Arduino para realizar a medição de pH em água e solo. Iremos demonstrar como conectar a placa de aquisição de leituras (AcquaShield-pH) a uma placa Arduino e, depois, como ler um valor de pH. Também mostraremos como enviar comandos para o AcquaShield-pH através do Serial Monitor do Arduino e receber leituras de pH.

O pH é importante parâmetro da água e do solo, e indica sua acidez (pH menor que 7), alcalinidade (pH maior que 7) e neutralidade (pH igual a 7). O controle do pH é fundamental na aquicultura para produção de peixes e crustáceos; na agricultura para garantir o crescimento das plantas; e para o consumo humano de água.

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Monitoramento de Oxigênio Dissolvido em Aquicultura

Para montagem do circuito de medição de pH faremos uso de uma placa da família Arduino. Neste tutorial, iremos demonstrar a montagem utilizando placas Arduino UNO. Além disso, você precisará de um Kit Sensor pH fornecido pela Acqua Nativa, que pode ser adquirido entrando em Contato Conosco. O Kit Sensor pH é formato por:

Interface (Shield) para aquisição de sinais: responsável por ler o sinal analógico do sensor, convertê-lo em leituras de pH e enviá-las para o Arduino.

Eletrodo de pH para água e solo: para faixas de pH entre 0 a 14.

Sensor de Temperatura: Faixa de leituras entre -55 a 125 °C.

Soluções de Calibração 4,00; 7,00; 10,00 pH: ideais para manutenção do bom funcionamento e precisão das leituras do sensor de pH.

Ainda que o AcquaShield-pH seja compatível com qualquer eletrodo de pH, recomendamos o uso de nosso eletrodo, já integrado ao AcquaKit-pH. Saiba mais sobre o Kit Sensor pH para Arduino.

Conecte um cabo USB entre o computador e a placa Arduino para prover um meio de comunicação e energia.

Faça o download do código exemplo com comentários. Em seguida, abra o código na IDE do Arduino. Acompanhe abaixo algumas das funcionalidades do código.

Definições: no cabeçalho, estão incluidas a biblioteca para comunicação "AcquaShield.h" e instanciados os shields montados, para adquirir informações do sensor e confirmar seu recebimento.

Parâmetros: abaixo do cabeçalho, são criadas rotinas de setup e inicialização da porta serial. Estas são rotinas importantes e que não devem ser alteradas, inicialmente.

Troca de Informações: no Loop do código são tratadas as informações enviadas pelo Serial Monitor e pelo AcquaShield-pH. Caso um comando enviado pelo Serial Monitor seja aceito pela AcquaShield-pH, ela retorna uma informação. Você pode conferir a lista de comandos aceitos no Manual de Operações.

Compilação: clicando em Verificar (Verify) no canto superior esquerdo da IDE do Arduino para assegurar que o código será compilado corretamente. Na sequência, em ferramentas (Tools), selecione e confirme a porta COM na qual está conectada o Arduino. Faça upload do código para o Arduino.

Programação: Faça upload do código para o Arduino.

Conecte o AcquaShield-pH ao Arduino UNO, alinhando os pinos. Evite para esta montagem o uso de protoboards e fios como forma de conexão. Evite também o uso de solda.

Observe atentamente as marcações dos pinos no AcquaShield-pH e perceba a correspondência com os pinos do Arduino Uno.

Conecte o eletrodo de pH e o sensor de temperatura aos conectores do AcquaShield-pH.

Evite ampliar cabos e cortar os cabos originais dos sensores.

O AcquaShield-pH utiliza o protocolo UART para a comunicação com o Arduino Uno. Esta comunicação é feita por meio de comandos, como discutiremos na sequência.

O AcquaShield-pH utiliza quatro pinos do Arduino Uno: VCC, GND, D2 e D3. Ao montar o AcquaShield sobre o Arduino, automaticamente esses pinos já estarão conectados.

Verifique as conexões, especialmente do sensor de temperatura, para evitar conexões incorretas que possam danificar o kit de medição.

É possível sobrepor mais AcquaShields sobre um mesmo Arduino Uno, bastando para isso a alteração dos endereços dos shields adicionais na rede de comunicação. Por exemplo, é possível agregar outros shields para a medição de oxigênio dissolvido, potencial redox (ORP) e condutividade elétrica, ao mesmo conjunto AcquaShield-pH e Arduino Uno.

Depois de descarregar o código no Arduino, abra o Serial Monitor, e configure na barra inferior para habilitar Carriage Return e a taxa de transferência (Baud Rate) para 9600 bit/segundo.

As leituras instantâneas de pH e Temperatura serão exibidas no display Oled integrado ao AcquaShield-pH.

Se necessário, o sensor de pH poderá ser calibrado com o uso de soluções de referência, fornecidas no AcquaKit-pH. A calibração será realizada através do Serial Monitor da IDE Arduino. A sequência de comandos está descrita no Manual de Operações.

Para iniciar a calibração, via Serial Monitor, envie o comando #pHCal#. O AcquaShield-pH entrará no modo de calibração e indicará isso no display. Após isso, remova o eletrodo de pH do shield e conecte um jumper (fornecido com o kit) em seu lugar. Envie o comando #Cal,cc#. Insira o eletrodo de pH na solução de calibração de pH 7,00, aguarde 30 segundos e envie o comando #Cal,07#. Repita a operação acima para as soluções de calibração de 4,00 e 10,00, enviando respectivamente os comandos #Cal,04# e #Cal,10#. Ao final, envie o comando F, remova momentaneamente o cabo USB do Arduino Uno e o reconecte em seguida. Pronto, seu AcquaShield-pH está calibrado e pronto para uso.

Enquanto não estiver usando o eletrodo de pH, mantenha-o na solução de armazenamento fornecida junto com o AcquaKit-pH.

Além de testar novos comandos, como a calibração, compensação de temperatura e leituras contínuas, o Kit Sensor pH, permite ampliar os usos do Arduino. Sugerimos algumas aplicações interessantes para serem testadas:

Condicione saídas digitais ao valor de pH:

Você pode utilizar as saídas digitais do Arduino para acionar bombas dosadoras e corrigir o valor de pH de aquários, tanques de peixes, ou de soluções a serem preparadas.

Utilize os Kits Sensores com Raspberry PI ou ESP32:

Todos os Kits Sensores da Acquanativa, incluindo o de pH, são compatíveis com Raspberry PI e ESP32. Entre em Contato Conosco e descreva sua aplicação.

Monitore outros parâmetros:

A Acqua Nativa também oferece Kits Sensores, AcquaKits, para o monitoramento de outros parâmetros indicadores da qualidade da água e solo, igualmente compatíveis com Arduino. A configuração destes Kits é muito simples e parecida com a que foi descrita nesta aplicação. Todos são fornecidos com códigos de exemplo e prontos para uso. Você poderá inclusive empilhá-los e criar um medidor multiparâmetros.

Você pode se interessar pelos Kits Sensores abaixo:

AcquaKit-OD: Kit Sensor Oxigênio Dissolvido e Temperatura

AcquaKit-ORP: Kit Sensor ORP e Temperatura

AcquaKit-EC: Kit Sensor Condutividade Elétrica e Temperatura