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

Oxigênio dissolvido (OD) refere-se à quantidade de oxigênio dissolvido na água. Essa dissolução ocorre a partir da absorção atmosférica direta, como um subproduto da fotossíntese das plantas e através da descarga de águas subterrâneas. O OD é um dos indicadores mais significativos da qualidade da água em sistemas de tratamento e aquicultura e, portanto, é um parâmetro crucial a ser monitorado. Se os níveis de oxigênio caírem drasticamente nos ambientes aquáticos, os organismos não poderão sobreviver.

Leia também:

Rede Telemetria pH, Condutividade, Umidade do Solo

Monitoramento de pH em Tanques de Fermentação

Monitoramento de Oxigênio Dissolvido em Aquicultura

Para montagem do circuito de medição de OD 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 OD fornecido pela Acqua Nativa, que pode ser adquirido neste link. O Kit Sensor OD é composto por:

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

Eletrodo de OD: para faixas de OD entre 0 a 50 mg/L.

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

Solução de Calibração 0 mg/L: para recalibração periódica do AcquaShield-OD. Isso garante a precisão nas leituras.

Ainda que o AcquaShield-OD seja compatível com qualquer eletrodo galvânico de OD, recomendamos o uso de nosso eletrodo, já integrado ao AcquaKit-OD. Saiba mais sobre o Kit Sensor OD 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-OD. Caso um comando enviado pelo Serial Monitor seja aceito pela AcquaShield-OD, 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-OD 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-OD e perceba a correspondência com os pinos do Arduino Uno.

Conecte o eletrodo de OD (SMA) e o sensor de temperatura (borne verde) ao AcquaShield-OD.

Evite ampliar cabos e cortar os cabos originais dos sensores.

O AcquaShield-OD 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-OD 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 pH, potencial redox (ORP) e condutividade elétrica, ao mesmo conjunto AcquaShield-OD 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 OD e Temperatura serão exibidas no display Oled integrado ao AcquaShield-OD.

Se necessário, o sensor de OD poderá ser calibrado com o uso da solução de referência (0mg/L), fornecidas junto com o AcquaKit-OD. 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 #ODCal#. O AcquaShield-OD entrará no modo de calibração e indicará isso no display. Após isso, remova o eletrodo de OD do shield e conecte um jumper (fornecido com o kit) em seu lugar. Envie o comando #Cal,cc#. Insira o eletrodo de OD na solução de calibração de OD 0 mg/L, aguarde 60 segundos e envie o comando #Cal,00#. Lave o eletrodo em água e delicadamente seque-o usando papel descartável. O eletrodo deverá estar seco e em contato com o Ar. Aguarde 60 segundos e envie o comando #Cal,ar#. Para finalizar, envie o comando F, remova momentaneamente o cabo USB do Arduino Uno e o reconecte em seguida. Pronto, seu AcquaShield-OD está calibrado em dois pontos e pronto para uso.

Cuidado para não danificar a membrana que fica na parte inferior do eletrodo. O kit inclui uma adicional, para quando for preciso realizar a troca. Após meses de uso a solução eletrolítica que é armazenada dentro do eletrodo pode se esgotar. Ela é consumida à medida que o OD é lido. Para repor o volume, desrosqueie o cap inferior do sensor com bastante cuidado. Nesse cap reponha o volume com uma seringa e em seguida rosqueie na mesma posição. Essa solução eletrolítica é fornecida juntamente com o kit.

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

Condicione saídas digitais ao valor de OD:

Você pode utilizar as saídas digitais do Arduino para acionar bombas dosadoras e corrigir o valor de OD 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 OD, 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-pH: Kit Sensor pH e Temperatura

AcquaKit-ORP: Kit Sensor ORP e Temperatura

AcquaKit-EC: Kit Sensor Condutividade Elétrica e Temperatura