Introdução
Sensores de umidade do solo, como próprio nome diz, são dispositivos que permitem mensurar a umidade do solo de vasos, jardins e sementeiras, a pequenas profundidades, verificando a necessidade ou não de irrigação. Neste post conheceremos um pouco sobre eles.
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| Projeto com sensor de umidade Fonte Makers Tribe |
Porosidade e umidade do solo
Ao pegarmos um volume de terra nas mãos temos a impressão de que se trata de um material sólido, no entanto, parte desse volume é formado por poros, isto é, espaços "vazios" entre as partículas sólidas do material que podem estar ocupados por ar, água e nutrientes.
Essa porosidade é extremamente importante para as plantas, porque está intimamente ligada a capacidade do solo em reter ou drenar água e oferecer um ambiente propício para o seu desenvolvimento.
Quando todos os poros do solo estão ocupados por água, dizemos que este solo está saturado e a água em excesso passará a ser drenada.
Já o conceito de umidade do solo representa a porcentagem em massa de água acumulada por uma quantidade de terra, seja na sua superfície como também pelos seus poros e para sua determinação existem procedimentos laboratoriais padronizados pela ABNT.
Nem toda a água do solo pode ser aproveitada pela planta e a porcentagem ideal de umidade depende da espécie vegetal que está sendo analisada. De forma geral, a maioria dos vegetais se desenvolve em uma faixa de 20 a 60% de umidade do solo.
Existe muito mais informação a esse respeito, mas que não são pertinentes nesse momento para o estudante de sistemas embarcados. Só estamos levantando essas questões para que fique claro que os valores de umidade que forem determinados por sensores de umidade precisam ser usados com ressalvas.
Mecanismos de funcionamento dos sensores
Podemos encontrar basicamente dois tipos de sensores de umidade de solo: os resistivos e os capacitivos. Os resistivos oferecem leituras com base no valor de resistência do solo obtida por dois terminais metálicos que ficam em contato com a terra ao serem introduzidos nela. Quanto mais umido, menor a resistência.
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| Sonda de Sensor de Umidade do Solo Resistivo |
Esse mecanismo oferece com o tempo dois problemas:
- A oxidação dos terminais compromete a leitura e a vida útil do sensor
- Essa corrosão pode disponibilizar componentes nocivos para o vegetal
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| Sonda oxidada |
Como alternativa existem os sensores capacitivos que medem a capacitância do solo quando este é carregado por conta de um campo magnético formado pelos terminais do sensor. Diferentemente dos resistivos, esses terminais NÃO ficam em contato com a terra, apesar de serem introduzidos nela. Geralmente possuem três terminais: VCC, GND e SINAL.
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| Sensor de Umidade do Solo Capacitivo |
Outra diferença entre eles é que o sensor resistivo geralmente é comercializado junto com um módulo comparador de tensão baseado em um CI amplificador operacional LM393. Esse módulo geralmente possui quatro terminais: VCC, GND, ANALÓGICA e DIGITAL. Além de contar com dois terminais de ligação com a sonda.
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| Sensor de umidade do solo resistivo com módulo |
A saída digital permite o seu uso sem uma placa microcontrolada como o Arduino, bastando fazer sua ligação direta a um relê para acionamento de uma bomba de irrigação, por exemplo. Este módulo oferece também um trimpot para ajuste da voltagem dessa saída.
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| Limite máximo de introdução no solo |
Montagem
Vou disponibilizar uma montagem pronta no TinkerCAD para o estudante entrar com sua conta e COPIAR PARA USAR. Basta clicar aqui para acessar. Essa montagem simula o funcionamento de um sensor de umidade do solo resistivo com o terminal de sinal conectado a uma entrada analógica da placa.
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| Montagem pronta do TinkerCAD mostrando a simulação |
Diferente da maioria das montagens que encontramos pela Web, nesse exemplo estamos ligando o terminal VCC do sensor a uma saída digital da placa. Com isso podemos controlar a ativação ou o desligamento do sensor ao enviar um sinal para esse pino.
Adotamos essa estratégia porque o uso desnecessário do sensor aumenta o desgaste do terminal.
Sketch
Esse código é bem simples não requerendo nenhuma biblioteca especial. Nele estamos declarando constantes para identificar os pinos envolvidos (2 e A0) e declarando duas variáveis: Uma para leitura do sensor e outra para o cálculo da suposta porcentagem de umidade.
Na função setup estamos apenas configurando o pino digital como saída e o analógico com entrada para o sinal do sensor. Também estamos iniciando o monitor serial e enviando uma mensagem inicial para ele.
Na função loop estamos ligando o sensor pelo pino digital, aguardando 10 milissegundos, lendo o sinal do sensor e armazenando na variável de leitura. Depois desligamos o sensor pelo pino digital, pela razão que explicamos anteriormente, e calculamos uma suposta porcentagem de umidade de solo.
Esse cálculo está sendo feito através do mapeamento dos limites inferiores e superiores que o sensor apresentou no TinkerCAD, isto é, 0 e 872. É traçada uma razão entre esses limites e os limites da suposta umidade, isto é, entre 0 e 100%.
Se a leitura obtida resultar em uma umidade diferente de 0, o valor da umidade é mostrada na tela do monitor. Em seguida damos um delay para o usuário observar confortavelmente a leitura no monitor, mas seria recomendável que esse delay fosse até maior para poupar o sensor.
- int const vcc = 2;
- int const sinal = A0;
- int leitura = 0;
- int umidade = 0;
- void setup()
- {
- pinMode(vcc, OUTPUT);
- pinMode(sinal, INPUT);
- Serial.begin(9600);
- Serial.println("Aguardando leituras...");
- }
- void loop()
- {
- digitalWrite(vcc, HIGH);
- delay(10);
- leitura = analogRead(sinal);
- digitalWrite(vcc, LOW);
- umidade=map(leitura,0,872,0,100);
- if (umidade!=0){
- Serial.print("Umidade %: ");
- Serial.println(umidade);
- }
- delay(1000);
- }
Volto a lembrar que esse valor de umidade deve ser utilizado com cautela. Seria interessante que, em projetos reais, o estudante fizesse alguns experimentos. No caso dos vasos de plantas é possível saturar o solo com excesso de água, até observar o inicio da drenagem e comparar com a leitura máxima obtida no sensor.
Para os mais interessados recomendo essa leitura: clique aqui
Referências
BLOG ELETROGATE. Automação de Sistema de Irrigação: Sensor de Umidade. Disponível em <https://blog.eletrogate.com/automacao-de-sistema-de-irrigacao-sensor-de-umidade-e-valvula-solenoide/> Acesso em 29 nov 2024.
BLOG ELETROGATE. Irrigação Automática com Módulo Sensor de Umidade e Bomba Submersível. Disponível em <https://blog.eletrogate.com/irrigacao-automatica-com-modulo-sensor-de-umidade-e-bomba-submersivel/> Acesso em 29 nov 2024.
CASA DA ROBÓTICA. Sensor de Umidade do Solo com Cabos Disponível em <https://www.casadarobotica.com/sensores-e-modulos/sensores/umidade/sensor-de-umidade-do-solo-com-cabos> Acesso em 30 nov 2024.
GRAU DE SATURAÇÃO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2020. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Grau_de_satura%C3%A7%C3%A3o&oldid=57337364>. Acesso em 30 nov 2024.
HIGRÔMETRO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2020. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Higr%C3%B4metro&oldid=68523466>. Acesso em: 29 nov 2024.
MAKER HERO. Sensor de Umidade do Solo. Disponível em <https://www.makerhero.com/produto/sensor-de-umidade-do-solo-higrometro/> Acesso em 29 nov 2024.
MARCONI. PR2: Sensor de Umidade do Solo em Várias Profundidades Disponível em <https://www.marconi.com.br/produto/273/sensor-de-umidade-do-solo-em-varias-profundidades> Acesso em 29 nov 2024.
POROSIDADE. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2024. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Porosidade&oldid=68168060>. Acesso em: Acesso em 29 nov 2024.
ROBO CORE. Sensor de Umidade de Solo Capacitivo. Disponível em <https://www.robocore.net/sensor-ambiente/sensor-de-umidade-de-solo-capacitivo> Acesso em 29 nov 2024.
ROBO CORE. Leitura da Umidade do Solo Disponível em <https://www.robocore.net/tutoriais/leitura-umidade-solo> Acesso em 29 nov 2024.
SIGMA SENSORS. Sensor de Umidade do Solo Disponível em <https://sigmasensors.com.br/sensor-de-umidade-do-solo> Acesso em 29 nov 2024.
UMIDADE DO SOLO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2023. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Umidade_do_solo&oldid=65463744>. Acesso em 29 nov 2024.
USINA INFO Módulo Comparador de Tensão LM393 - 3,5V a 24V. Disponível em <https://www.usinainfo.com.br/outros-modulos-arduino/modulo-comparador-de-tensao-lm393-35v-a-24v-8766.html> Acesso em 29 nov 2024.