Tutorial sensor de PH com Arduino

Se você está procurando uma maneira simples e eficiente de medir o pH de líquidos, o sensor de pH com Arduino é a solução ideal. Neste tutorial, vamos mostrar como montar um projeto prático para medir o pH de soluções, como água, solo ou líquidos, utilizando o Arduino. O sensor de pH é uma ferramenta ideal para quem trabalha com hidroponia, aquários ou monitoramento da qualidade da água.

Neste guia, você aprenderá desde o funcionamento do sensor até a programação e a montagem do circuito com LEDs para indicar o nível de pH. Vamos também compartilhar um vídeo demonstrativo para mostrar o sensor em ação em soluções ácidas, neutras e alcalinas, garantindo que você consiga replicar o projeto facilmente!

O que é pH?

O pH é uma escala que mede o nível de acidez ou alcalinidade de uma substância líquida. A sigla vem do termo “potencial hidrogeniônico”, que se refere à concentração de íons de hidrogênio (H⁺) em uma solução.

A escala de pH vai de 0 a 14:

pH menor que 7: solução ácida (exemplo: suco de limão, vinagre)
pH igual a 7: solução neutra (exemplo: água pura)
pH maior que 7: solução básica ou alcalina (exemplo: leite de magnésia, bicarbonato de sódio)

A medição do pH é essencial em diversas áreas, como química, biologia, agricultura e até na indústria de alimentos. No caso de projetos com Arduino, sensores de pH são muito usados para monitoramento de água em aquários, sistemas de hidroponia, controle de qualidade em alimentos e até para análise do solo em plantações.

Com um sensor de pH compatível com Arduino, é possível medir essa variação e criar projetos automatizados para controle de líquidos, garantindo o equilíbrio necessário para cada aplicação.

Como funciona um sensor de pH?

O sensor de pH é um dispositivo que mede a acidez ou alcalinidade de uma solução líquida com base na concentração de íons de hidrogênio (H⁺) presentes nela. Ele funciona convertendo essa concentração em um sinal elétrico, que pode ser interpretado por um microcontrolador como o Arduino.

O sensor de pH mais utilizado com Arduino é o pH 4502C, que é composto por:

Eletrodo de pH: responsável por medir a variação do pH no líquido;
Módulo amplificador: converte o sinal fraco do eletrodo em uma voltagem que o Arduino pode interpretar;
Trimpots de calibração: permitem ajustar o sensor para leituras mais precisas;
Pinos de entrada e saída: facilitam a comunicação com o Arduino.

O eletrodo contém uma solução interna de referência e uma membrana sensível a íons de hidrogênio. Quando o eletrodo é mergulhado em um líquido, ocorre uma diferença de potencial entre a solução interna e a solução externa.

Essa diferença de potencial é transformada em um sinal elétrico, que o módulo amplificador converte em uma tensão analógica proporcional ao pH da solução. O Arduino então lê essa tensão e a converte em um valor de pH utilizável no projeto.

Existem vários sensores de pH disponíveis, e a principal diferença entre eles está na precisão, tempo de resposta e tipo de solução que podem medir. O sensor pH 4502C, por exemplo, é uma opção acessível e muito utilizada para medições em água, hidroponia e aquários, mas não é recomendado para líquidos muito viscosos ou com partículas sólidas.

Materiais necessários

Antes de começarmos a montagem do projeto, vamos listar os componentes que você vai precisar para medir o pH com Arduino:

Conectando o sensor de pH ao Arduino

Agora que já temos os materiais, vamos fazer as conexões do sensor de pH 4502C com o Arduino utilizando três LEDs indicativos para exibir a classificação do pH:

LED vermelho: pH ácido (abaixo de 7)
LED amarelo: pH neutro (aproximadamente 7)
LED verde: pH alcalino (acima de 7)

O módulo amplificador do sensor possui os seguintes pinos:

To (saída de temperatura): Alguns modelos do módulo 4502C incluem este pino para fornecer uma saída analógica proporcional à temperatura medida. Caso o seu módulo possua essa saída, ela pode ser lida por uma entrada analógica do Arduino para obter informações sobre a temperatura da solução.
Do (gatilho de limite de pH de 3,3V): Saída digital que pode ser ajustada para ativar um sinal HIGH (3,3V) quando o pH atinge um valor pré-definido, configurado pelo trimpot no módulo.
Po (saída analógica de pH): Saída que fornece uma tensão analógica proporcional ao valor do pH medido pelo eletrodo. Essa tensão deve ser lida pela entrada analógica do Arduino para conversão em valores de pH.
G (terra do eletrodo de pH): Ponto de conexão para o terra do eletrodo de vidro.
G (terra do módulo amplificador): Deve ser conectado ao GND do Arduino para garantir um circuito fechado e leituras corretas.
V+ (5V DC): Pino de alimentação, que deve ser conectado ao 5V do Arduino para fornecer energia ao módulo.

Abaixo está o diagrama de conexões do pHmetro Arduino:

Calibração do sensor de pH 4502C

Antes de utilizar o sensor de pH no seu projeto, é fundamental calibrá-lo para garantir medições precisas. A leitura do sensor é baseada na tensão analógica que ele fornece, variando entre 0V e 5V. Para que o valor de pH 7.0 (neutro) seja corretamente reconhecido, precisamos ajustar o trimpot do módulo amplificador para que a saída seja próxima de 2,5V.

Para isso, siga os seguintes passos:

Conecte o sensor de pH 4502C ao Arduino conforme o esquema de ligação do mostrado mais acima.
Não mergulhe o eletrodo em nenhum líquido ainda.
Para garantir um valor de referência correto, crie um curto-circuito entre o pino central do conector BNC e sua parte externa. Esse procedimento força a saída do módulo a um valor fixo, que deve estar próximo de 2,5V.

Carregue o seguinte código no Arduino para ler a tensão diretamente pelo Monitor Serial:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  int leitura = analogRead(A0);
  float tensao = (leitura * 5.0) / 1024.0;
  Serial.print("Tensão de saída: ");
  Serial.print(tensao, 2);
  Serial.println(" V");
  delay(500);
}

Abra o Monitor Serial e verifique a leitura da tensão.
Se a leitura for maior ou menor que 2,5V, ajuste o trimpot de calibração do módulo até que a tensão fique o mais próximo possível de 2,3V – 2,7V.

Após isso, anote a tensão exata que aparece no Monitor Serial.
No código do projeto (disponível mais abaixo), localize a variável:

float tensaoCalibrada = 2.74; // Substitua pelo seu valor medido!

Substitua 2.74 pelo valor real obtido no Monitor Serial.

Código para leitura do sensor de pH com Arduino

Antes de carregar o sensor de pH Arduino código no seu Arduino, certifique-se de que todas as conexões estão corretas. O código abaixo lê os dados analógicos do sensor de pH 4502C e aciona os LEDs indicativos de acordo com o nível de pH.

O código abaixo:

Lê os dados analógicos do sensor de pH 4502C;
Converte a tensão lida em um valor de pH;
Aciona os LEDs indicativos de acordo com o nível de pH.

// Programa: Sensor de pH com Arduino

// aUTOR: Rosana Guse

// ==== Definição dos pinos ====

#define PH_SENSOR A0  // Pino analógico onde o sensor de pH está conectado
#define LED_VERMELHO 9  // LED indica pH ácido (< 7)
#define LED_AMARELO 10  // LED indica pH neutro (~7)
#define LED_VERDE 11  // LED indica pH alcalino (> 7)

// ==== Configurações do Sensor ====
// Insira aqui o valor da tensão medida quando o sensor foi calibrado (deve ser próximo de 2,5V a 2,7V)
float tensaoCalibrada = 2.74;  // <-- Substitua pelo valor obtido no Monitor Serial!

// Constantes do Arduino
#define TENSAO_REF 5.0  // Tensão de referência do Arduino (5V na maioria dos modelos)
#define RESOLUCAO_ADC 1024.0  // Resolução do conversor ADC do Arduino (10 bits = 1024 valores)

// ==== Cálculo do OFFSET ====
/*
 O OFFSET é calculado para garantir que a tensão de calibração corresponda a pH 7.
 A fórmula usada é: OFFSET = pH_neutro - (tensaoCalibrada * fatorConversao)
 O fator de conversão padrão do sensor é 3.5, mas pode variar ligeiramente.
*/
float fatorConversao = 3.5;
float OFFSET = 7.0 - (tensaoCalibrada * fatorConversao);

void setup() {
    Serial.begin(9600);  // Inicia a comunicação serial

    // Define os pinos dos LEDs como saída
    pinMode(LED_VERMELHO, OUTPUT);
    pinMode(LED_AMARELO, OUTPUT);
    pinMode(LED_VERDE, OUTPUT);

    // Mensagem inicial no Monitor Serial
    Serial.println("=== Monitoramento de pH com Sensor 4502C ===");
    Serial.println("Ajuste o valor da variavel 'tensaoCalibrada' para refletir sua calibracao!");
}

void loop() {
    // ==== Leitura do sensor ====
    int leituraAnalogica = analogRead(PH_SENSOR);  // Captura o valor analógico
    float tensao = (leituraAnalogica * TENSAO_REF) / RESOLUCAO_ADC;  // Converte para tensão (0-5V)
    float ph = (tensao * fatorConversao) + OFFSET;  // Converte a tensão para pH

    // ==== Exibe os dados no Monitor Serial ====
    Serial.print("Leitura do Sensor: ");
    Serial.print(leituraAnalogica);
    Serial.print(" | Tensão: ");
    Serial.print(tensao, 2);
    Serial.print("V | pH: ");
    Serial.println(ph, 2);

    // ==== Controle dos LEDs com base no pH ====
    if (ph < 6.8) {  
        digitalWrite(LED_VERMELHO, HIGH);  // pH ácido → LED vermelho aceso
        digitalWrite(LED_AMARELO, LOW);
        digitalWrite(LED_VERDE, LOW);
    } 

    else if (ph >= 6.8 && ph <= 7.2) {  
        digitalWrite(LED_VERMELHO, LOW);
        digitalWrite(LED_AMARELO, HIGH);  // pH neutro → LED amarelo aceso
        digitalWrite(LED_VERDE, LOW);
    } 
    else {  
        digitalWrite(LED_VERMELHO, LOW);
        digitalWrite(LED_AMARELO, LOW);
        digitalWrite(LED_VERDE, HIGH);  // pH alcalino → LED verde aceso
    }
    delay(1000);  // Aguarda 1 segundo antes da próxima leitura
}

DICA: O cálculo do pH depende da calibração do sensor. Se necessário, ajuste a constante OFFSET no código com base em uma solução de pH conhecido (por exemplo, água destilada com pH = 7).

Funcionamento do sensor pH com Arduino

Agora que já conectamos o sensor de pH 4502C ao Arduino e carregamos o código, vamos ver o sistema funcionando na prática!

O projeto foi desenvolvido para medir o pH de diferentes soluções líquidas e indicar o resultado de forma visual (por meio dos LEDs) e numérica (no Monitor Serial). A leitura do pH ocorre da seguinte forma:

O sensor de pH é mergulhado na solução a ser analisada.
O Arduino lê a tensão de saída do sensor e a converte em um valor de pH.
O sistema ativa um LED correspondente ao nível de pH detectado:
a. LED vermelho aceso: pH ácido (menor que 7)
b. LED amarelo aceso: pH neutro (próximo de 7)
c. LED verde aceso: pH alcalino (maior que 7)
O valor do pH é exibido no Monitor Serial do Arduino para acompanhamento detalhado.

No vídeo abaixo, testamos o sensor de pH em três soluções diferentes:

Solução ácida (vinagre)
Solução neutra (água pura)
Solução básica (bicarbonato de sódio dissolvido em água)

Aplicações práticas e melhorias

O sensor de pH com Arduino pode ser utilizado em diversas aplicações práticas, tanto para projetos educacionais quanto para sistemas mais avançados. Abaixo estão algumas ideias de uso e possíveis melhorias para tornar o projeto ainda mais completo.

Hidroponia e Agricultura

Monitoramento do pH da solução nutritiva em sistemas hidropônicos.
Sensor de pH do solo Arduino para otimizar o crescimento das plantas, garantindo que o solo tenha o pH adequado para cada tipo de cultivo.

Qualidade da Água

Controle do pH em aquários e lagos artificiais para manter a saúde dos peixes.
Monitoramento do pH em reservatórios de água potável.

Indústria de Alimentos e Bebidas

Controle do pH na produção de bebidas fermentadas, como vinho e cerveja.
Verificação do pH em processos de fabricação de laticínios e conservas.

Laboratórios e Pesquisa

Uso em experimentos químicos e biológicos para medir a acidez de soluções.
Projetos acadêmicos que envolvem sensores e automação.

Melhorias e expansões do projeto:

Adicionar um Display LCD ou OLED: Permite exibir o valor do pH sem precisar do Monitor Serial.
Integração com Wi-Fi (ESP8266/ESP32): Enviar os dados do pH para um banco de dados online ou aplicativo.
Automação com bomba dosadora: Ajustar automaticamente o pH de uma solução adicionando ácido ou base conforme necessário.
Registro de dados em um cartão SD: Criar um histórico das medições para análise posterior.
Adaptação para medições contínuas: Implementar um sistema de calibração automática para leituras mais precisas ao longo do tempo.

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