O Sensor de pH Arduino é um dispositivo de medição utilizado em diversos setores, capaz de fazer a medição da acidez e da basicidade de um determinado líquido, mostrando através de uma escala fixa se o líquido está em condições de um elemento base, ou ácido, sendo 7 considerado um pH de elemento neutro, nem ácido, nem básico.
Saber o pH é uma informação importante que pode possibilitar diversas análises diferentes, uma das mais comuns está associada ao controle da água de piscinas, uma vez que dependendo do seu valor, a água deve ser tratada com diferentes agentes químicos.
Através deste projeto, iremos fazer a medição do pH de alguns líquidos, calibrar a leitura e entender um pouco mais sobre esta tecnologia que está sendo estudada e amplamente utilizada, tanto em sistemas para controlar o funcionamento correto da hidroponia, quanto em outros projetos que envolvem manter a água em condições favoráveis para uso.
O que é pH?
O pH é uma unidade de medida que identifica de forma quantitativa, a alcalinidade ou acidez de determinada solução, de forma mais teórica, o pH mede a quantia de íons de hidrogênio contida na solução, onde a faixa de pH pode apresentar variação entre valores de 0 a 14.
Um pH de valor igual a 7 é considerado um líquido neutro, uma vez que a água tende a um valor próximo a isto, já valores entre 1 e 6 são considerados líquidos ácidos e valores de pH entre 8 e 14 são considerados líquidos alcalinos, assim como podemos observar na imagem abaixo:
Índice de pH conforme valor de referência
A sequência que a escala de pH tem é logarítmica, o que significa que a diferença entre uma unidade numérica e outra pode ser 10 vezes mais básica ou ácida dependendo do caso.
Sensor de pH Arduino
O sensor de pH é um produto sensível que capta os índices de pH em líquidos e pode ser utilizado com diversos modelos de microcontroladores, porém é sempre importante estarmos cientes da sua estrutura antes mesmo de iniciarmos nossos projetos utilizando o mesmo.
Como funciona o Sensor de pH Arduino?
O sensor de pH Arduino funciona medindo valor do Ph de determinada solução, conseguindo definir sua alcalinidade ou acidez, sendo amplamente utilizado no monitoramento ambiental, na agricultura, além de ser usado no tratamento de águas residuais.
Como a placa apresenta regulador de tensão integrado, suporta o fornecimento de tensão entre 3.3 e 5.5VDC, valor compatível com diversos microcontroladores disponíveis no mercado, como o Arduino.
Basicamente, o sensor é constituído a partir de uma haste, a qual geralmente é feita em vidro, apresentando na “membrana”, sendo preenchido com uma solução para armazenagem, conhecida como tampão de pH. Este design proporciona um ambiente propício no qual íons H+ ficam armazenados em seu interior e possam ser utilizados como base para futuras leituras.
Quando o sensor é mergulhado na solução de teste, os íons de hidrogênio presentes nesse liquido iniciam uma troca com íons positivamente carregados na membrana de vidro, de forma a criar um tipo de potencial eletroquímico por meio da membrana, convertendo em sinais para leitura do módulo.
Como usar o Sensor de pH Arduino?
Por se tratar de um dispositivo que trabalha com valores relativamente baixos de variação, é importante para o sucesso de nossas leituras que a calibração seja feita no sensor. Como sabemos, as leituras da haste variam entre valores compatíveis com 0 e 14 e o sensor varia sua tensão entre valores de 0 a 5V.
Para calibração do sensor faremos um procedimento bastante simples, colocando em curto o pino central no BNC com a parte externa do conector, o que fará com que ao conectarmos o módulo ao Arduino, este mostre o valor médio que convertido em tensão deve ser de 2,5V.
Sistema de calibração BNC Sensor pH Arduino
Com o passo acima executado, iremos conectar o módulo ao Arduino e para isto, conectaremos o V+ com o 5V do Arduino, o G com o GND e o Po com o pino Analógico A0 do Arduino, assim como podemos ver na imagem abaixo:
Esquema de ligação do sensor de pH Arduino
Existem dois métodos para fazermos a leitura dos 2,5V, através do Arduino, onde utilizamos o método demonstrado acima ou através de um multímetro, posicionando a ponta de prova no pino central e na carcaça de isolamento do BNC.
Como o intuito é realizarmos a leitura com o Arduino, faremos a leitura do sinal analógico recebido pelo Arduino e converteremos este valor em Volts através de um código específico, veja:
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// Código para calibração // Converte valor analógico em tensão int entrada_A0; float tensao; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { entrada_A0 = analogRead(A0); tensao = (entrada_A0 * 5.0) / 1024.0; Serial.println(tensao); delay(500); } |
Este é um programa bastante simples, o seu objetivo é ler o pino analógico Po e através do Arduino, exibir a tensão no monitor serial. Para a compilação do código, certifique-se de que a placa Arduino está selecionada e também verifique se a porta de comunicação certa está selecionada.
Depois que o programa foi carregado, abra o monitor serial e observe os valores fornecidos.
Trimpot de Calibração do Sensor de pH Arduino
Caso sejam apresentados valores diferente de 2,50 no monitor serial, use o trimpot para ajustar a tensão e quando o valor estiver definido em 2.5Volts, o sensor de pH estará calibrado e pronto para ser utilizado com um elemento de pH conhecido para o ajuste fino.
Esquema de Ligação
Para complementar os trabalhos junto ao nosso Sensor de pH Arduino, iremos incrementar ao nosso projeto um display LCD que irá nos permitir analisar os valores sem a necessidade do monitor serial e a conexão direta com um computador.
Como vimos em projetos passados, uma das opções para reduzir a quantia de fios em nosso projeto, é a utilização de um display com adaptador I2C, que reduz os fios de comunicação em apenas dois. Veja abaixo o esquema de ligação completo:
Esquema de ligação completo do Sensor de pH Arduino
Uma ligação teoricamente simples e de fácil execução, porém vale observar que neste projeto, não utilizamos o sensor de temperatura e assim, deixamos alguns pinos do nosso Sensor de pH Arduino fora de nosso circuito.
Programação do Sistema de Leitura
Agora que estamos com a nossa conexão pronta, o próximo passo é trabalharmos com o nosso código, que mesmo parcialmente complexo ainda é facilmente compreendido através dos comentários feitos em cada uma das etapas.
É um código um pouco mais complexo uma vez que conta com duas bibliotecas, porém são duas bibliotecas às quais já estamos habituados à utilizar, uma já é padrão do Arduino e outra é facilmente encontrada através do gerenciador de bibliotecas do mesmo.
Abaixo, veja o código completo:
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#include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_I2C.h> LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); float valor_calibracao = 21.34; // Fator de calibração int contagem = 0; // Variável de contagem float soma_tensao = 0; // Variável para soma de tensão float media = 0; // Variável que calcula a media float entrada_A0; // Variável de leitura do pino A0 float tensao; // Variável para conversão em tensão unsigned long tempo; // Float tempo void setup() { lcd.init(); // Inicializa o display lcd.begin(16, 2); // Inicializa todos os caracteres lcd.backlight(); // Inicializa o backlight lcd.setCursor(0, 0); // Posiciona o cursor na posição lcd.print("USINAINFO"); // Escreve no monitor serial lcd.setCursor(0, 1); // Posiciona o cursor na posição lcd.print("Leitura de pH"); // Escreve no monitor serial delay(2000); lcd.clear(); // Limpa o conteúdo do display } void loop() { soma_tensao = 0; // Inicia soma_tensão em 0 contagem = 0; // Inicia a contagem em 0 while (contagem < 10) { // Executa enquanto contagem menor que 10 tempo = millis(); // Define o tempo em microssegundos entrada_A0 = analogRead(A0); // Lê a entrada analógica tensao = (entrada_A0 * 5.0) / 1024.0; // Converte em tensão, o valor lido soma_tensao = (soma_tensao + tensao); // Soma a tensão anterior com a atual contagem++; // Soma 1 à variável de contagem delay(100); // Aguarda para próxima leitura } media = soma_tensao / 10; // Calcula a média das leituras float valor_pH = -5.70 * media + valor_calibracao; // Calcula valor de pH lcd.setCursor(0, 0); // Posiciona o cursor no display lcd.print("Valor pH: "); // Escreve no display lcd.setCursor(11, 0); // Posiciona o cursor no display lcd.print(valor_pH, 1); // Escreve o pH com uma casa decimal delay(1000); // Aguarda para próxima leitura } |
Depois de carregar o programa, basta abrir o monitor Serial para verificar o valor do pH, lembre-se de utilizar um valor conhecido neste primeiro teste, uma vez que é necessário o ajuste fino do valor de calibração.
Calibração do Sensor de PH com Ajuste Fino
Calibrar o do sensor de pH Arduino é essencial para o projeto, uma vez que garante precisão e qualidade para as nossas leituras. Para isso, vamos precisar de uma determinada solução, mas que tenha um valor já conhecido, podendo ser utilizada como a solução de referência.
Suponhamos que tenhamos uma solução cujo valor PH é 7 (por exemplo, a água destilada). Agora, no momento que o eletrodo for mergulhado na solução de referência e o valor PH exibido no LCD é de 6,5, vai ser adicionar 0,5 na variável de calibração “valor de calibração” no código, ou seja, fazer o valor 21,34 + 0,5=21,84. Verifique o código para entende melhor.
Na sequência, após já feitas às modificações, é preciso carregar o código de programação novamente, fazendo o respeito mergulho do eletrodo do sensor de pH na solução de referência. Onde o valor correto de 7 deve ser mostrado (são toleráveis pequenas variações), caso deseje um valor exato, faça o ajuste da diferença diretamente na variável do código.
Dessa forma, você vai poder utilizar o sensor de pH Arduino nos mais diversos tipos de projetos e aplicações, obtendo valores precisos de medida, sendo um dispositivo altamente confiável.
