Monitoração embarcada de temperatura, pH e nível capacitivo: simulação e análise

Abstract

Sistemas de monitoração embarcados têm sido cada vez mais empregados em contextos industriais, ambientais e científicos, possibilitando o acompanhamento em tempo real de variáveis físicas e químicas. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a simulação de três circuitos de sensores integrados a um sistema microcontrolado baseado na plataforma Arduino Uno: sensores de temperatura (LM35, TMP36 e DS18B20), um sensor de pH e um sensor capacitivo para medição de nível. As simulações foram realizadas nos ambientes Proteus e Arduino IDE, e os dados processados por funções de conversão ajustadas a partir do coeficiente de determinação (R²). Os resultados evidenciam que os sensores de temperatura operam de forma eficiente na faixa de 30 °C a 130 °C, com erros inferiores a 1% para o LM35 e TMP36, e erro praticamente nulo para o DS18B20. O sensor de pH foi submetido a um processo de calibração utilizando soluções-tampão de pH 4, 7 e 10 em diferentes temperaturas, o que permitiu avaliar sua estabilidade térmica e ajustar a resposta do circuito. A curva de calibração obtida apresentou comportamento linear altamente preciso (R² = 1), confirmando a confiabilidade do método, ainda que maior sensibilidade térmica tenha sido observada em soluções neutras. O sensor capacitivo de nível, por sua vez, apresentou funções de conversão com R² superiores a 0,997 e erro máximo inferior a 6%. Conclui-se que os circuitos simulados operam de maneira confiável, em consonância com os dados dos fabricantes, e que a integração dos sensores avaliada nesta pesquisa possui elevado potencial de aplicação em sistemas de monitoramento, sobretudo quando associada a tecnologias emergentes como IoT e AIoT.

Embedded monitoring systems have been increasingly employed in industrial, environmental, and scientific contexts, enabling real-time tracking of physical and chemical variables. This dissertation presents the development and simulation of three sensor circuits integrated into a microcontrolled system based on the Arduino Uno platform: temperature sensors (LM35, TMP36, and DS18B20), a pH sensor, and a capacitive sensor for level measurement. Simulations were carried out using Proteus and Arduino IDE, and the data were processed through conversion functions adjusted according to the coefficient of determination (R²). The results show that the temperature sensors operate efficiently within the range of 30 °C to 130 °C, with errors below 1% for LM35 and TMP36, and virtually no error for the DS18B20. The pH sensor was calibrated using buffer solutions at pH 4, 7, and 10 across different temperature ranges, which allowed for the evaluation of its thermal stability and the adjustment of the circuit response. The calibration curve exhibited a highly accurate linear behavior (R² = 1), validating the reliability of the method, although greater thermal sensitivity was observed in neutral solutions. The capacitive level sensor achieved conversion functions with R² values above 0.997 and maximum errors below 6%. It is concluded that the simulated circuits operate reliably and in agreement with manufacturer specifications, and that the integration of the evaluated sensors presents high potential for application in monitoring systems, especially when combined with emerging technologies such as IoT and AIoT.