Sensor de Turbidez – Projeto de Leitura da Qualidade da Água

O Sensor de Turbidez é um produto desenvolvido com o intuito de proporcionar um método simples e prático de verificação da qualidade da água. Constantemente estamos à procura de...

O Sensor de Turbidez é um produto desenvolvido com o intuito de proporcionar um método simples e prático de verificação da qualidade da água. Constantemente estamos à procura de práticas que nos auxiliem na manutenção de nossa saúde e a água por ser base da sobrevivência humana, é algo que precisa de atenção.

Módulo Sensor de Turbidez para Arduino

Módulo Sensor de Turbidez para Arduino

Não podemos atribuir unicamente à turbidez a qualidade da água, porém esta está diretamente relacionada a micro-organismos e partículas sólidas diretamente relacionadas com a capacidade de proliferação de patógenos. Desta maneira destaca-se que mesmo com um índice baixo de turbidez, isto não significa que a água é potável.

De maneira resumida, o Sensor de Turbidez para Arduino detecta a qualidade da água através da medição dos níveis de turbidez / opacidade e utiliza-se de um sistema de análise para detecção de partículas suspensas na água.

O aumento na turbidez por sua vez, é causado por partículas sólidas como materiais orgânicos e argila e que consequentemente interferem na propagação da luz, associada ao sensor através do efeito de Tyndall, que descreve a dispersão da luz projetada em um líquido, ou seja, quanto maior o número de partículas, mais a luz será espalhada.

 

Sensor de Turbidez ST100

O Sensor de Turbidez funciona basicamente através de um sistema óptico de atuação no qual temos um LED emissor e um Fototransístor receptor de luz.

Sistema Óptico de Verificação de Turbidez

Sistema Óptico de Verificação de Turbidez

Assim, a verificação se faz da seguinte maneira: em águas claras a dispersão da luz até o receptor é mínima e à medida que a turbidez da água aumenta menor é a quantia de luz que chega até o receptor.

Abaixo, podemos observar o esquema de ligação dos dispositivos de emissão e captação de luz, responsáveis pela saída de sinal analógico.

Esquema de Ligação do Sistema Ótico de Verificação

Esquema de Ligação do Sistema Ótico de Verificação

A unidade matemática utilizada para a medição da Turbidez é o NTU, que vem do inglês, Nephelometric Turbidity Unit e que significa Unidade Nefelométrica de Turbidez. Como o Arduino disponibiliza valores de leitura em Volts, realizamos a conversão dos valores e relacionamos estes com um respectivo valor NTU, veja:

Relação Gráfica entre a tensão em volts e o valor em NTU

Relação Gráfica entre a tensão em volts e o valor em NTU

Como podemos ver através do gráfico, a relação entre o valor da voltagem e o valor em NTU é estabelecido através da equação de segundo grau y= -1120,4x²+5742,3x-4352,9, a qual iremos posterior, inserir também junto ao código.

Internamente, o Sensor de Turbidez possui um exclusivo trimpot para ajuste de leitura, normalmente este dispositivo é desenvolvido para atender a tensão máxima de 4,2V, porém é possível utilizá-lo para ajustar esta tensão de saída.

Trimpot para ajuste de tensão de saída.

Trimpot para ajuste de tensão de saída.

Para o presente artigo, o funcionamento do código depende de uma tensão máxima de saída de 4,2V, como trabalhamos com uma equação matemática exata para a conversão de NTU, valores menores não atenderão 100% as necessidades.

Assim como o Módulo de Leitura Óptica do Sensor, o Módulo de conversão e interpretação de dados também possui um trimpot de ajuste, responsável pela precisão de acionamento do pino digital.

 

Esquema de Ligação do Sensor de Turbidez com Arduino

O esquema de ligação do Sensor de Turbidez pode ser desenvolvido de duas maneiras, cada qual com diferentes propósitos. É possível desenvolvermos a ligação através do pino digital ou através do pino analógico, depende da necessidade do projeto.

Para desenvolvermos o nosso projeto em questão, porém utilizaremos o pino de leitura analógica, o qual possibilita a leitura da variação necessária para o desenvolvimento da conversão de valores em NTU.

Antes de iniciarmos a ligação do módulo com o Arduino precisamos realizar a ligação do Sensor com o módulo, um procedimento bastante simples, veja:

Sensor de Turbidez conectado ao Módulo Conversor

Sensor de Turbidez conectado ao Módulo Conversor

O esquema de ligação junto ao módulo segue a ordem de posicionamento dos fios junto ao módulo, iniciando no vermelho e indo até o amarelo. A conexão dos fios junto ao sensor é única, uma vez que conta com conectores especiais com travas.

A ligação do Módulo junto ao Arduino não deixa de ser extremamente fácil também, no módulo temos indicados 4 pinos de comunicação, são eles:

  • G – Pino GND para Alimentação via Arduino.
  • A – Pino Analógico para comunicação via Porta Analógica.
  • D – Pino Digital para comunicação via Porta Digital.
  • V – Pino VCC para Alimentação via Arduino.

Tendo ciência disto, podemos iniciar o processo de conexão dos pinos do Módulo Conversor ao Módulo Arduino, como nossa conexão necessita de uma conexão analógica, o esquema de ligação ficará da seguinte maneira:

Esquema de Ligação do Módulo Sensor de Turbidez + Display I2C

Esquema de Ligação do Módulo Sensor de Turbidez + Display I2C

Como vemos o esquema de ligação é extremamente fácil, não possui segredos, não necessita de componentes adicionais e trabalha com comunicação e alimentação direta, outro fator que facilita a conexão é a utilização do Display LCD com conversor I2C.

 

Código de Funcionamento do Sensor de Turbidez

O código de funcionamento do referente projeto também é extremamente simples, o Sensor de Turbidez não necessita de bibliotecas para o seu funcionamento, as bibliotecas utilizadas no código dizem respeito ao display I2C que integramos.

Através deste código, poderemos observar com o auxílio do display, a leitura em Volts e também o valor da leitura já convertido em NTU através da equação descrita nas últimas linhas do mesmo.

Durante o desenvolvimento do projeto, ao carregar o código observou-se que a tensão estava inferior aos 4,2V citados anteriormente, por isto foi necessário o ajuste do trimpot interno do Sensor de Turbidez.

Vale ressaltar neste ponto que o ajuste é bem preciso e que o valor de 4,2V deve ser obtido com o sensor ótico dentro do encapsulamento do sensor de turbidez, fora dele, durante o ajuste o mesmo irá marcar aproximadamente 5V. É indispensável a utilização de um elemento de verificação em tempo real, seja através do display ou do monitor serial.

A calibração não é possível através do código demonstrado acima, uma vez que este apresenta os valores obtidos em uma média aritmética, para realizar a calibração recomendamos o código do nosso parceiro do canal WR Kits, utilizado no seguinte vídeo:

Código utilizado no vídeo: DOWNLOAD AQUI. 

 

Conclusão

Mesmo que pareça ter um sistema de funcionamento parcialmente complicado, o Sensor de Turbidez demonstra através de seu uso que é bastante simples e apresenta valores bastante precisos. Ter um recurso deste para a verificação em tempo real de líquidos nos mais diferenciados casos é bastante importante uma vez que a qualidade da água implica em muito.

Diversos são os projetos nos quais este produto pode ser aplicado, porém ressaltamos que não é pelo fato da turbidez da água ser baixo que esta é potável. Além da turbidez outros processos devem ser realizados para garantir esta qualidade.

Deixe seu comentário falando o que achou deste sensor e sua funcionalidade, suas facilidades e adaptações realizadas.

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Mecânico de Manutenção com Experiência em Sistemas Embarcados, Automação e Desenvolvimento de Projetos; Graduado nos Cursos de Matemática - URI e Física - UFFS.
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