AUTOMAÇÃO DE RESERVATÓRIO UTILIZANDO O ARDUINO CONNEPI 2016

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MONITORAMENTO DE NÍVEL UTILIZANDO O ARDUINO
 
 
 
RESUMO: Este trabalho apresenta uma solução de baixo custo para monitoramento de nível 1 
de reservatórios de água com objetivo de informar aos usuários em tempo real o nível do seu 2 
reservatório para que com essa informação o usuário possa tomar as medidas necessárias 3 
evitando desperdício e utilizando de forma racional a água. A solução de baixo custo 4 
desenvolvida utiliza a plataforma open source arduino, sensores ultrasonicos, display LCD no 5 
qual o morador da residência pode visualizar o nível do seu reservatório em tempo real 6 
através do display de LCD. 7 
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Palavras–chave: Sensor ultrasônico, reservatório, controle de fluxo. 9 
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LEVEL MONITORING USING ARDUINO 11 
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ABSTRACT: This paper presents a low-cost solution for monitoring water level of reservoirs 14 
in order to inform users in real time the level of its reservoir so that with this information you 15 
can take the necessary measures to avoid waste and using rationally the Water. The low cost 16 
solution developed using the open source Arduino platform , ultrasonic sensors , LCD display 17 
in which the resident of the house can see the level of its reservoir in real time through the 18 
LCD display 19 
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KEYWORDS: ultrasonic sensor , reservoir, flow control. 21 
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INTRODUÇÃO 23 
A popularização dos Microcontroladores, junto com a queda dos custos de 24 
componentes eletrônicos, baterias e motores, possibilitaram o desenvolvimento de pequenas 25 
plataformas robóticas de custo acessível e diversos tipos de controles inteligentes. 26 
A implementação de um controle de nível envolve conceitos de eletrônica, 27 
computação e mecânica que, integrados de forma sincronizada, possibilitam a construção de 28 
um sistema embarcado de controle de nível. 29 
Para realizar a integração entre sensores e atuadores é utilizado um Microcontrolador 30 
para gerenciar o funcionamento de todos os dispositivos ligados a ele, e garantir a sincronia 31 
necessária para o funcionamento de todos os elementos do sistema. 32 
 
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O controle de nível de agua é muito importante em processos industriais. Em muitos 33 
casos um controle preciso e eficiente é fator determinante para o sucesso produtivo Dessa 34 
forma, obter modelos de controle automáticos é muito interessante (SCHMIDT, 2008). 35 
Pensando nessa situação o objetivo deste trabalho é criar um sistema de 36 
monitoramento do nível dos reservatórios para que o usuário possa acompanhar em tempo 37 
real o volume armazenado em seu reservatório. Para isso utilizou-se a plataforma arduino, 38 
com esse sistema pode-se interligar dois ou mais reservatórios e monitorá-los de forma 39 
simultânea. Através de um LCD pode-se visualizar a quantidade de água contida em cada 40 
reservatório em tempo real, obtendo-se esses dados através de sensores ultrassonicos 41 
instalados no topo de cada reservatório sem contato direto com a água. Com esse sistema de 42 
controle automático enviando informações para o LCD do volume do reservatório espera-se 43 
que o usuário tenha uma melhor conscientização no intuito de tomar decisões que reduzam o 44 
consumo de água em sua residência. 45 
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MATERIAL E MÉTODOS 47 
O sistema de monitoramento de nível de reservatórios como mostrado na Figura 1, 48 
consiste dos seguintes componentes. S1 e S2 são sensores ultrassonicos responsáveis pela 49 
medição indireta do nível dos reservatórios 1 e 2. Uma caixa com o comando onde ficam os 50 
contactores que serão utilizados para acionar a bomba está responsável pelo bombeamento do 51 
reservatório 1 para o 2. E por fim, o arduino onde será programada toda a parte lógica do 52 
sistema e o display LCD no qual o usuário poderá acompanhar o nível do reservatório em 53 
tempo real. 54 
 
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Figura 1: Sistema de monitoramento de nível dos reservatórios. IFPB, 2016. 56 
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Inicialmente foram feitas as escolhas dos materiais, como por exemplo: tipo do micro 58 
controlador, tipos de sensores e a forma de integração de todo o sistema, para isso foram 59 
feitas simulações nos laboratórios do IFPB, e com base nas simulações foi desenvolvida um 60 
protótipo que retratasse com fidelidade um sistema real de monitoramento de nível de 61 
reservatório. 62 
Para a medição do nível dos reservatórios escolheu-se um sensor ultrassônico como o da 63 
Figura 2, que mede o nível do reservatório de maneira indireta. O sensor ultrassônico é 64 
largamente utilizado para medir distâncias, mas também pode ser usado para medir nível 65 
(THOMAZINI, 2005). O sensor ultrassônico utilizado nesse trabalho é o modelo HC – SR04, 66 
este modelo de sensor é capaz de medir distâncias de 2 centímetros a 4 metros com excelente 67 
precisão. O sensor ultrassônico já vem com um circuito pronto com emissor e receptor 68 
acoplado. Para começar a medição é necessário alimentar o módulo e colocar o pino Trigger 69 
em nível alto por mais de 10us. Assim o sensor emitirá uma onda sonora que ao encontrar um 70 
obstáculo (lamina de agua) rebaterá de volta em direção ao módulo, sendo que neste tempo de 71 
emissão e recepção do sinal o pino ECHO ficará em nível alto. Logo o calculo da distância 72 
 
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pode ser feito de acordo com o tempo em que o pino ECHO permaneceu em nível alto após o 73 
pino Trigger ter sido colocado em nível alto. 74 
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Figura 2: Sensor Ultrassonico. IFPB, 2016. 76 
 77 
Foi escolhida a plataforma Arduino que segundo Da Silva et all., (2014) trata-se de uma 78 
plataforma open source baseada em hardware e software fáceis de usar. A plataforma Arduino 79 
pode interagir com o sistema recebendo em suas entradas sinais de sensores dos mais variados 80 
tipos e afetar o sistema acionando motores, atuadores e luzes. 81 
Na Figura 3 pode ser observada a plataforma de desenvolvimento baseada no arduino 82 
que utiliza o microcontrolador ATmega2560. Ele possui 54 pinos de entrada/saída digital (dos 83 
quais 15 podem ser utilizados como saídas PWM), 16 entradas analógicas, um oscilador a 84 
cristal de 16 MHz, uma conexão USB para programação, uma tomada de alimentação, um 85 
conector ICSP e um botão de reinicialização (reset). Para sua utilização, basta conectá-lo a um 86 
computador com um cabo USB ou ligá-lo com um adaptador AC/DC ou a uma bateria. 87 
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Figura 3. Plataforma Arduino Mega 2560, utilizada como controlador do sistema de 91 
monitoramento de nível. IFPB, 2016. 92 
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 O acionamento da bomba é feito utilizando-se módulos rele (Figura 4) que 94 
possibilitam ao sistema trabalhar com tensões mais elevadas das que são suportadas pelo 95 
arduino, onde segundo (Alan) sua composição é feita a partir de um eletroímã comutando seu 96 
estado quando o Arduino libera 5 volts na sua entrada. 97 
 98 
Figura 4. Módulo Rele utilizado como auxiliar para o acionamento da bomba. IFPB, 99 
2016. 100 
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A bomba utilizada nesse trabalho é um modelo empregado em residências possui ½ 102 
CV de potencia. Esse modelo precisa de um alimentação de 220V monofásica alternada para 103 
funcionar. Na Figura 5 é mostrada uma imagem dessa bomba. Para o acionamento desse tipo 104 
de bomba é necessária a montagem de um comando utilizando contatores. No qual o contator 105 
é acionado pelo sinal proveniente do módulo rele. 106107 
Figura 5. Bomba usada para o bombeamento do reservatório 1 para o reservatório 2. 108 
IFPB, 2016. 109 
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 O display LCD mostrado na Figura 6 é do tipo 16 x 2, nesse display LCD pode-se 112 
visualizar a informação do nível do reservatório em tempo real captada pelo sensor 113 
ultrassonico e processada pelo arduino. 114 
 
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Figura 6. Display LCD utilizado na visualização das informações de nível em tempo real. 116 
IFPB, 2016. 117 
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RESULTADOS E DISCUSSÃO 119 
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 Toda a análise realizada nesse trabalho foi baseada em testes práticos realizados em 121 
laboratório, buscando aperfeiçoar o algoritmo do sistema, precisão da leitura do nível pelos 122 
sensores e acionamento do sistema, com o objetivo de desenvolver um sistema de 123 
monitoramento de nível de reservatório que seja robusto, prático e de baixo custo. Para um 124 
melhor resultado do processo de monitoramento de nível foi montado um protótipo do 125 
sistema que pode ser visualizado na Figura 7. 126 
 127 
Figura 7. Protótipo do sistema de monitoramento de nível montado no laboratório. IFPB, 128 
2016. 129 
Nesse protótipo, foi possível acompanhar a alteração do nível do reservatório 130 
localizado na parte superior da bancada de madeira (Figura 7), tanto quando o reservatório 131 
 
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estava sendo cheio pela bomba e também quando havia o consumo, nesse caso abria-se a 132 
válvula V1 para simular o consumo de uma residência. 133 
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Figura 8. Display LCD mostrando em tempo real a leitura realizada pelo sensor ultrassonico. 135 
IFPB, 2016. 136 
 A alteração do nível do reservatório superior era acompanhada em tempo real através 137 
do display de LCD mostrado na Figura 8. Com essa informação do nível do reservatório 138 
espera-se que o usuário se conscientize quanto ao uso racional da água, atualmente tão escassa 139 
em boa parte do país e principalmente no interior do nordeste brasileiro. 140 
 141 
CONCLUSÕES 142 
Devido às constantes falhas ou erros causados por trabalhos manuais e repetitivos e ao 143 
aumento da demanda de energia elétrica, somado ao frequente processo destrutivo ocorrido 144 
nos elementos das máquinas ao longo do tempo, vem sendo necessário modernizar os 145 
procedimentos de controle de nível nos sistemas que são importantes esta utilização. 146 
 Este trabalho apresentou uma proposta de monitoramento de nível de reservatório de 147 
baixo custo que pode ser implementado de forma prática e com medição de nível com boa 148 
precisão tanto em ambientes residenciais quanto em ambientes industriais. 149 
Conclui-se que o sistema de controle de nível automático de liquido em destaque para 150 
a água, trata-se de uma solução viável e aplicável em qualquer tipo de procedimento que 151 
necessite desse controle, visando sempre o uso sustentável e a economia de energia e esforço 152 
com os trabalhos repetitivos que podem ser automatizados. 153 
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AGRADECIMENTOS 157 
Agradecemos ao PIBICT pela ajuda financeira, ao Connepi e ao IFPB que por acreditar 158 
em nossas pesquisas e nos ajudaram na caminhada. 159 
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REFERÊNCIAS 161 
 162 
Arduino Mega 2560. Disponível em 163 
https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560. Acesso em 14 Set. 2016. 164 
 165 
CAMPOS, Gabriel Franco. Sistema e supervisão de reservatórios de água e esgoto de um 166 
edifício residencial. 2008. 34 f. . Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica 167 
com ênfase em eletrônica. Escola de Enhengaria de São Carlos, Universidade de São Paulo, 168 
São Carlos, 2008. 169 
 170 
DA SILVA, J. T. et all., Controle e monitoramento de nível utilizando plataforma open source 171 
Arduino. Revista Innover, v.1, n.4, p 85 a 92, Dez. 2014. 172 
 173 
SCHMIDT. A. M. Controle de nível de liquido utilizando controlador lógico 174 
programável, Trabalho de Conclusão do Curso de graduação em engenharia de controle e 175 
automação, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto 2008. 176 
 177 
Ultrasonic Ranging Module HC - SR04. Diponível em 178 
http://www.micropik.com/PDF/HCSR04.pdf. Acesso em 13 set. 2016 179 
 180 
THOMAZINI, Daniel. ALBUQUERQUE, Pedro. U. B. Sensores Industriais – 181 
Fundamentos e Aplicações. 5ª ed. São Paulo: Érica, 2005. 222p. 182 
 183 
TSUTYA, M. T., Redução do Custo de Energia Elétrica em Sistemas de Abastecimento 184 
de Água. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. São Paulo, 2006. 185