Ter controle da umidade do solo é importante para os mais diversos tipos de hortas ou plantações. Sendo assim, vamos ver como utilizar, possivelmente, o melhor sensor de umidade de fácil acesso atualmente (2019).
Recomendo ler este post, onde mostro como fazer a leitura da umidade do solo sem sensor ou módulo.
Informações importantes
Vantagem do sensor capacitivo
O sensor de umidade capacitivo (imagem abaixo) é uma excelente solução para medir a umidade do solo. Isso porque ele evita o principal problema que existe em um sensor comum de umidade do solo: a corrosão.
Normalmente, os sensores de umidade do solo fazem a leitura da umidade com base na condutividade do solo. Isto é, quanto mais corrente elétrica está circulando entre dois condutores metálicos conectados no solo, maior é o valor da umidade. Veja como são os condutores metálicos na imagem abaixo:
O problema disto é que os condutores ficam em contato direto com o solo e, portanto, estão sujeitos à corrosão. Isso é tão grave que os sensores deixam de funcionar em alguns meses. Sei de um caso que ele parou de funcionar em 2 meses.
Por outro lado, o sensor de umidade capacitivo é excelente, pois a medição da umidade não é feita em contato direto com nenhum elemento metálico do sensor (abaixo explico como isso é feito). Logo, é possível aplicar uma camada externa anticorrosiva para proteger o sensor e fazer ele durar anos.
Funcionamento do sensor
O funcionamento do sensor se baseia na alteração da capacitância a partir da umidade do solo. Para isso, existem dois eletrodos na placa do sensor que ficam distantes um do outro. É possível notar estes dois eletrodos no sensor reparando que eles formam um relevo na superfície da placa.
Além disso, é depositado uma camada de um material dielétrico ao redor deles. Essa camada garante a proteção contra a corrosão e forma um capacitor com os dois eletrodos. Entretanto, a camada não preenche todo o espaço entre os eletrodos. Veja a imagem abaixo para entender:
Referência de criação da imagem: Electronics Hub
Sendo assim, o solo pode preencher este espaço sem problemas. E, como o meio entre os dois capacitores dita o valor da capacitância, o solo é capaz de alterar a capacitância do circuito.
Por fim, o solo úmido e o solo seco irão provocar variações diferentes na capacitância, resultando em leituras diferentes para os dois casos. Com isso, podemos ler o valor da umidade a partir da capacitância.
E é claro que não é só o solo que altera a leitura, a água, o ar e outros elementos também irão, mas o sensor é feito especificamente para o solo.
Implementação
Circuito
O sensor é muito fácil de utilizar, pois o circuito dele já converte a capacitância em tensão. Então, basta ler esse valor da tensão ligando o pino “OUT” ou “AVOT” em um pino analógico do Arduino (o A0 neste caso).
Em relação aos demais pinos: é só conectar o Vcc no 5v (ou 3.3v) e o GND no GND do Arduino. Veja abaixo:
Programação
Como é necessário apenas ler o valor da tensão, é só fazer a leitura da porta analógica com o comando “analogRead(A0)”. No código abaixo, a leitura é feita constantemente a cada 1 segundo e o valor é exibido no monitor serial.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | void setup() { // Inicia a comunicação serial Serial.begin(9600); } void loop() { // Faz a leitura do sensor int leitura = analogRead(A0); // Exibe o valor lido no monitor serial Serial.println(leitura); //Cria um pequeno atraso entre cada medição delay(1000); } |
Resultados
Após rodar os códigos acima, obtive o seguinte resultado:
Com o sensor no ar, sem contato com qualquer objeto, o valor ficou próximo de 660-670. Ao pressionar o dedo no sensor, o valor diminuiu. Com alguns testes, é possível concluir que, quanto mais úmido o solo, mais baixo será o valor.
Em relação a estes valores de leitura, darei algumas dicas no tópico abaixo com base em vários testes que fiz.
Dicas de utilização e interpretação dos valores
Adiante, darei algumas dicas sobre a utilização do sensor de um modo geral e de como interpretar os valores.
Fixação
Na hora de posicionar o sensor na terra, é importante lembrar de dois fatores: qual profundidade o sensor deve ficar e como você deve proteger ele.
Em relação ao primeiro ponto, é recomendável cravar o sensor até que o circuito visível (resistores, CI etc) fique de 1 a 2 dedos acima do solo. Dessa forma, não corre risco do circuito entrar em contato com a terra e ser danificado e também garante uma boa área de contato entre os eletrodos e o solo.
Agora, sobre o segundo ponto, uma boa prática é criar alguma camada de proteção para o circuito visível (os resistores, CI etc). Para fazer isso de forma simples, você pode passar uma camada de cola quente em cima deles ou, se for possível, silicone.
Essa camada irá proteger contra possíveis curtos-circuitos devido a água que pode entrar em contato com o sensor. E também protegerá o circuito contra corrosão e impactos.
Interpretação dos valores
Para saber como interpretar os valores lidos pelo sensor, recomendo 2 testes:
1 – Deixe o sensor no ar sem entrar em contato com nenhum objeto e anote o valor. Depois mergulhe ele na água (cuidado para não molhar o circuito) e anote o valor.
Com estas duas leituras, você tem uma noção do valor mínimo e máximo do sensor. Entretanto, o solo encharcado pode gerar uma leitura um pouco mais baixa do que o sensor mergulhado na água.
A imagem abaixo mostra o teste que fiz (adicionei um display LCD ao circuito para exibir o valor da medição):
O valor lido foi de 233.
2 – Anote a leitura de cada uma destas situações: o sensor em uma terra seca e em terra úmida (logo depois de aguar).
Os valores encontrados neste teste são importantes para criar as faixas de umidade: a faixa para terra seca, a faixa para terra úmida e a faixa do valor ideal, que é logo depois de aguar. As faixas que encontrei foram 400-500, 300-400 e 200-300 respectivamente. É importante fazer o teste, pois seus valores podem ser diferentes.
Se o sensor for ligado a um sistema de irrigamento automático, o último valor (logo depois de aguar) serve para saber a hora certa de desligar o sistema e o primeiro (terra seca) para saber a hora de ligá-lo.
Quantos sensores para cada pedaço de terra?
Essa é uma pergunta interessante e varia com o solo. O sensor só consegue cobrir uma pequena área ao seu redor e para descobrir qual área é esta você deve fazer alguns testes:
Em um pedaço de terra considerável (seca ou úmida), defina 4 pontos diferentes com uma distância de no mínimo 30cm entre eles, conforme imagem abaixo (4 pontos em um vaso de planta):
O próximo passo é medir a umidade em cada ponto e verificar se ela é aproximadamente igual. Se sim, quer dizer que há uniformidade na umidade daquela região. Senão, quer dizer que será necessário mais de 1 sensor para medir aquela região.
Para ter certeza que há uniformidade da umidade, águe a terra. Depois disso, faça a medição nos mesmo 4 pontos de antes. Se os valores forem aproximadamente iguais, então, a umidade é de fato uniforme na região e será necessário 1 sensor para cobrir aquela área.
Você pode testar qual é a distância máxima que o sensor para de ler valores uniformes e determinar assim qual é a distância máxima que um sensor pode ficar do outro para você ter boas leituras da umidade geral do solo.
Constância das medições
Quando comprei o sensor, realizei os testes mencionados no tópico acima. Agora, cerca de 3 meses depois da compra do mesmo, refiz alguns testes.
O que pude perceber é que os valores lidos agora possuem uma diferença significativa dos valores medidos há 3 meses. Por exemplo, para o caso do sensor no ar sem estar em contato com qualquer objeto: 3 meses atrás ele marcava ~595, porém, agora ele marca ~660 (como visto no tópico de programação).
De 595 para 660 é uma diferença considerável. Portanto, quando for utilizar o sensor, leve em conta essa variação e crie faixas de umidade amplas.
Medindo a umidade do solo
Interessante. Mas para irrigação seria bom medir vários níveis (10, 25, 40 cm seria uma um bom trio).
Seria possível fazer uma ponta que meça vários níveis?
Operar remotamente seria outro ponto importante: uma antena de IoT operando para leitura. Sensor precisa ser ativo, ou seja, ter energia própria para entrar numa rede de sensores.
Para operação remota precisa de algum empacotamento à prova dágua e de sol.
Não conheço nenhum que meça a umidade em várias profundidades ao mesmo tempo. Acredito que o jeito seria utilizar 3 sensores, um medindo cada profundidade, conforme você falou: um sensor à 10cm de profundidade, outro a 25cm e outro a 40cm.
A ideia da operação remota é bem interessante, mas acredito que seria necessária uma bateria para fornecer a alimentação dos sensores, e também para o sistema que lê os dados e envia para outro ponto distante. E, conforme você bem mencionou, um encapsulamento adequado é extremamente importante para proteger o circuito.
Para o funcionamento do sensor é preciso colocar uma camada de um material dielétrico ao redor dele, ou você já compra ele pronto para uso?
Ele já vem pronto para uso!
compra pronto
Salve, MundoProjetado.com.br! Tudo blza?
Excelente texto! Quase não se acha nada sobre o sensor capacitivo, seu material é bem completo. Agradeço muito por compartilhar o conhecimento!
Estamos desenvolvendo um sistema de irrigação “indoor”, vamos aplicar os conceitos aqui apresentados e, se tudo der certo, retornaremos aqui pra elogiar uma vez mais esse material.
Fiquem na paz e um grande abraço!
Opa, tudo beleza e com você? Muito obrigado! Tomara que dê certo então. Boa sorte com o projeto. Abraço.
Excelente artigo, estou trabalhando em uma horta INDOOR 4.0, com sensores condutivos sem bom resultados, mesmo sendo de inox, pois a corrosão é um problema sério, pois a condução acelera a corrosão e o solo está prá mais ácido. Estou começando a trabalhar com o capacitivo co monitoramento com ARDUÍNO uno, e agora ESP32 para o envio de dados IoT. Seu artigo nos ajudou muito.
Muito obrigado, Jose Eduardo! A corrosão é terrível mesmo. Cheguei a trabalhar em um projeto da faculdade aplicando o sensor de condução e ele corroeu rapidinho. Desejo sucesso no seu projeto!