Medidor de Ph do Solo usando Sensor de Ph do Solo e Arduino

Neste projeto, faremos nosso próprio Medidor de Ph do Solo usando o Sensor Ph do Solo e Arduino para a medição do Ph do Solo. Os solos podem ser naturalmente ácidos ou alcalinos e podem ser medidos testando seu valor de pH. O pH do solo é uma medida da acidez ou alcalinidade do solo.

O solo é considerado um meio natural para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Muitas pesquisas estão em andamento para determinar os fatores internos de falha na produção da safra dos agricultores. Um dos fatores é o equilíbrio da natureza em solo instável ou não fértil que inibe o crescimento e o desenvolvimento das raízes das plantas. O Ph é a acidez ou basicidade do material medido em uma escala entre 0 e 14. O valor de Ph menor que 7 é considerado ácido e maior que 7 é considerado básico. Se a escala de pH for 7, o material é neutro. As condições de solo mais ideais para o crescimento e desenvolvimento das plantas são solos neutros. No entanto, alguns tipos de plantas ainda são tolerantes a solos com pH levemente ácido com pH máximo de 5.

Além do Ph do solo, o conteúdo de nitrogênio, fósforo e potássio do solo também é útil para o crescimento das plantas. Para a medição do conteúdo NPK, podemos usar o sensor NPK. Mas o Ph do solo é um fator completamente diferente em comparação com o NPK do solo. Já discutimos sobre o sensor de pH da água em um de nossos post anteriores, mas o sensor de pH da água não pode ser usado para medir o pH do solo devido ao fator de construção e limitações. É por isso que precisamos de um Sensor de Ph do solo especial para medir o Ph de um solo.

Enquanto navegava pela internet, encontrei um ótimo sensor de pH fabricado por algum fabricante chinês de P&D. O sensor é fabricado por uma empresa chamada HONDETEC e você pode conferir no Alibaba. O sensor funciona perfeitamente com Modbus RS485 e o resultado é altamente impressionante. Portanto, neste artigo, aprenderemos sobre o sensor de ph do solo e a interface do Arduino e projetaremos nosso próprio medidor de ph do solo do Arduino. Exibiremos o valor de Ph do solo em uma tela OLED de 0,96″.

Lista de Materiais

A lista de materiais para fazer seu próprio Medidor de Ph do Solo é fornecida abaixo. Todos os componentes podem ser facilmente adquiridos na Amazon, exceto o sensor de medição de pH do solo.

Medição do pH do solo e é importante

O que é Ph do solo?

O pH do solo é uma medida da acidez ou alcalinidade do solo. Um valor de pH é, na verdade, uma medida da concentração de íons de hidrogênio. Como a concentração de íons de hidrogênio varia em uma ampla faixa, uma escala logarítmica (pH) é usada

A maioria dos solos tem valores de pH entre 3,5 e 10. Em áreas de maior precipitação, o pH natural dos solos normalmente varia de 5 a 7, enquanto em áreas mais secas a faixa é de 6,5 a 9. Os solos podem ser classificados de acordo com seu valor de pH:

1. 6,5 a 7,5 – neutro
2. acima de 7,5 – alcalino
3. menos de 6,5 – ácidos, e solos com pH inferior a 5,5 são considerados fortemente ácidos

Origens

O pH natural do solo depende da rocha a partir da qual o solo foi formado e dos processos de intemperismo que agiram sobre ela, ou seja, clima, vegetação, topografia e tempo. Esses processos tendem a causar uma redução do pH (aumento da acidez) ao longo do tempo.

A chuva também é considerada um dos fatores significativos para o aumento da acidez do solo. Alguns fertilizantes podem alterar o pH do solo e aumentar ou reduzir o número de nutrientes disponíveis para as plantas.

Efeitos

O pH do solo afeta a quantidade de nutrientes e produtos químicos solúveis na água do solo. Alguns nutrientes estão mais disponíveis em condições ácidas, enquanto outros estão mais disponíveis em condições alcalinas. No entanto, a maioria dos nutrientes minerais estão prontamente disponíveis para as plantas quando o pH do solo é quase neutro.

O desenvolvimento de solos fortemente ácidos pode resultar em baixo crescimento das plantas como resultado da toxicidade de Alumínio e Manganês ou deficiência de cálcio e magnésio. Solos alcalinos podem ter problemas com deficiências de nutrientes como zinco, cobre, boro e manganês.

Sensor Ph do Solo

Este é um Sensor Ph do solo à prova d’água e poeira que pode medir o valor do Ph do solo de 3 a 9 com alta precisão de até ± 0,3PH. O sensor tem uma caixa de proteção IP68 e é selado com resina epóxi de alta densidade, que pode impedir a entrada de umidade na parte interna do corpo. O sensor é adequado para cultivo agrícola, produção industrial, monitoramento ambiental, pecuária e tratamento de esgoto.

Especificações

1. Tipo de sonda: eletrodo de sonda
2. Faixa de medição: 3~9 PH
3. Precisão de medição: ±0,3PH
4. Resolução: 0,1 PH
5. Sinal de saída: saída RS485/0-5V/0-10V/4-20mA
6. Tensão de alimentação: 5V~30VDC
7. Faixa de temperatura de trabalho: -30°C~70°C
8. Tempo de estabilização: 5-10 minutos após ligar
9. Velocidade de resposta: ≤15S
10. Cabo padrão de 2 metros
11. Estabilidade de longo prazo: ≤5%/y

Pinagem

O Soil Ph Sensor possui 4 pinos, pois precisa ser conectado ao Módulo RS485 ou MAX485. Os quatro fios coloridos são amarelo, azul, preto e marrom.

Protocolo de comunicação e endereço de registro

O protocolo de comunicação que utiliza é o Modbus. O dispositivo funciona como um escravo com o endereço do dispositivo conforme mostrado abaixo. Você pode enviar esta instrução ou quadro de consulta e ler PH do solo no endereço do dispositivo 0x01.

Você obterá o quadro de resposta da seguinte maneira. A partir do quadro de resposta, você pode calcular o valor de pH.

A partir da resposta recebida, você pode calcular o valor de pH. O 4º bit (começando do 0º bit) é o valor de Ph. Por exemplo, temos 0047H (hexadecimal) = 71 Decimal => pH = 7,1pH

Interface do sensor de ph do solo com Arduino e display OLED

Agora, vamos fazer a interface do Sensor Ph do solo com a placa Arduino Nano usando o módulo Modbus MAX485. O diagrama de conexão é fornecido abaixo.

O pino R0 e DI do Modbus é conectado ao D2 e D3 do Arduino usando o software serial. Da mesma forma, temos que habilitar DE & RE alto, o que é feito conectando-os ao pino D7 e D8 do Arduino. O Sensor NPK possui 4 fios. O marrom é VCC que precisa de uma fonte de alimentação de 5V-30V e pode ser conectado a 5V do Arduino. O pino GND preto precisa ser conectado ao GND do Arduino. O fio azul, que é o pino B, está conectado ao pino B do MAX485 e o fio amarelo, que é o pino A, está conectado ao pino A do MAX485.

O Display OLED SSD1306 de 0,96″ é um Módulo I2C. O display OLED VCC e GND estão conectados a 3,3V e GND do Arduino. Da mesma forma, seus pinos SDA e SCL são conectados ao A4 e A5 do Arduino. Você pode seguir o diagrama de circuito e montar o circuito em uma placa de ensaio ou fazer um PCB de design personalizado.

Código Fonte / Programa

O código-fonte para fazer a interface do Sensor Ph do solo com o Arduino e recuperar o valor do Ph do solo do sensor por meio do comando Modbus é fornecido abaixo. Você pode enviar o comando e recuperar o valor em Código HEX. O código HEX precisa ser convertido em decimal para obter os dados de conteúdo de Ph do solo medido.

Como estamos usando o display OLED para exibição, você precisará da Biblioteca OLED. Baixe a seguinte Biblioteca OLED e adicione-a ao Arduino IDE.
1. Biblioteca Adafruit SSD1306: Download
2. Biblioteca Adafruit GFX: Download

Aqui está o código-fonte completo. Compile e faça upload para a placa Arduino Nano.

#include <SoftwareSerial.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
 
#define RE 8
#define DE 7
 
const byte ph[] = {0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x84, 0x0A};
byte values[11];
SoftwareSerial mod(2, 3);
 
#define SCREEN_WIDTH 128  // Largura da tela OLED, em pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64  // Altura da tela OLED, em pixels
#define OLED_RESET    -1  // Redefina o pino nº (ou -1 se estiver compartilhando o pino de redefinição)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
 
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  mod.begin(4800);
  pinMode(RE, OUTPUT);
  pinMode(DE, OUTPUT);
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C))
  {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;); // Não continue, faça um loop para sempre
  }
  display.display();
  delay(100);
  display.clearDisplay();
 
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(20, 20);
  display.print("PH Meter");
  display.display();
  delay(3000);
}
 
void loop()
{
  byte val;
  digitalWrite(DE, HIGH);
  digitalWrite(RE, HIGH);
  delay(10);
  if (mod.write(ph, sizeof(ph)) == 8)
  {
    digitalWrite(DE, LOW);
    digitalWrite(RE, LOW);
    for (byte i = 0; i < 11; i++)
    {
      values[i] = mod.read();
      Serial.print(values[i], HEX);
    }
    Serial.println();
  }
  float soil_ph = float(values[4]) / 10;
  Serial.print("Soil Ph: ");
  Serial.println(soil_ph, 1);
 
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(20,0);
  display.println("Ph Value");
 
  display.setTextSize(3);
  display.setCursor(35,30);
  display.print(soil_ph, 1);
 
  display.display();
  
  delay(3000);
}

Teste e monitoramento de dados de ph do solo em display OLED

Assim que o código for carregado, o OLED será inicializado junto com o sensor. O sensor levará algum tempo para se estabilizar e a leitura pode ficar incorreta por alguns segundos inicialmente.

Assim que o sensor se estabilizar, você está pronto para começar. O sensor quando exposto ao ar dá 7.0 como um Ph que pode ser observado em um display OLED.

Portanto, é assim que você faz a interface do sensor de medição de ph do solo com o Arduino e obtém a leitura de pH. Da mesma forma, coloque o sensor em diferentes amostras de solo. Você verá uma variação no valor de pH dependendo do tipo de solo. O valor aumenta ou diminui como um Sensor Analógico de Ph do Solo e também pode ser usado como Sensor de Ph do Solo IoT.