Medindo a Pressão atmosférica com Arduino

Introdução

Você conhece o barômetro? Sabia que seu funcionamento é baseado na pressão atmosférica? Hoje vamos apresentar um módulo para Arduino composto por um barômetro e um sensor de temperatura, mas antes, vamos explicar rapidamente o que é um barômetro e o seu funcionamento:

Barômetro

O barômetro é um sensor capaz de identificar a diferença de pressão. Como sabemos, a atmosfera exerce uma força sobre tudo o que está na superfície do planeta e essa força pode variar conforme a altitude em que estamos, bem como conforme as variações de temperatura e umidade do ambiente.

Tipos de barômetro e seus respectivos funcionamentos

Barômetro de Mercúrio: É considerado o modelo de barômetro mais preciso e foi desenvolvido por Torricelli em 1643. Consiste em um tubo de vidro medindo cerca de 1m de comprimento, fechado numa extremidade e aberto na outra e preenchido com mercúrio (Hg). A extremidade aberta do tubo é invertida num pequeno recipiente com mercúrio. A coluna de mercúrio desce para dentro do recipiente até que o peso da coluna iguale o peso de uma coluna de ar de igual diâmetro, que se estende da superfície até o topo da atmosfera. O comprimento da coluna de mercúrio, portanto, torna-se uma medida da pressão atmosférica.

Créditos: UFPR

Barômetro Aneróide: É um modelo de barômetro menos preciso, porém mais portátil que o barômetro de mercúrio. Consiste em uma câmara de metal parcialmente evacuada, com uma mola no seu interior para evitar o seu esmagamento. A câmara se comprime quando a pressão cresce e se expande quando a pressão diminui. Estes movimentos são transmitidos a um ponteiro sobre um mostrador que está calibrado em unidades de pressão.

Créditos: UFPR

Aplicações

O barômetro possui uma infinidade de aplicações. Dentre eles, podemos citar o barógrafo, que é um instrumento utilizado em estações meteorológicas para análise e previsão de fenômenos atmosféricos.

Barógrafo

Também possui aplicações importantes na aviação, seja ela tripulada ou não. Em aeronaves tripuladas, o barômetro compõe um instrumento chamado Altímetro, que pode ser calibrado para ler a altitude (distância da aeronave e o nível do mar) ou a altura (distância da aeronave ao solo), além de compor os sistemas anticolisão da aeronave. Através dos dados de pressão informados pelo piloto, o instrumento calcula a altitude e a altura do avião, retornando esses dados em pés (FT).

Altímetro para aeronaves

Nos drones, o barômetro informa ao piloto a altitude e a altura da aeronave através do sistema de telemetria e atua juntamente com o sistema de posicionamento, sendo possível manter o drone estável sem variar a altura do vôo.

Barômetro em uma controladora de vôo APM 2.6 para drones

Unidades de medida de pressão

- Atmosfera (atm); - Pascal e seus múltiplos e submúltiplos (Pa); - Milímetro de mercúrio (mmHg); - Polegada de mercúrio (inHg); - Bar e seus múltiplos e submúltiplos (b) - Este por sua vez foi substituído pela unidade Pascal, que é a unidade de medida padrão pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) e sendo o padrão 1 milibar = a 1 hectopascal (hPa). Ao nível do mar, consideramos que a pressão é de 1 atm, ou seja, existe 1 atmosfera completa exercendo pressão sobre nós. Convertendo esse valor nas demais unidades, temos: - 101.325 Pa (Pascal), ou 101,325 kPa (kilopascal) - 760 mmHg (milímetros de mercúrio); - 29,9213 inHg (polegadas de mercúrio); - 1013,25 mb (milibar), ou 1013,25 hPa (hectopascal). Conforme a altitude aumenta, a pressão cai a uma taxa de 1 hPa a cada 9m (30 ft), já que perdemos uma parcela considerável de ar acima do referencial. Por esse motivo dizemos que, em locais como o Monte Everest, o ar é rarefeito, ou seja, existe menos moléculas de ar e, consequentemente, uma menor pressão atmosférica. Dito isso, vamos mostrar como utilizar o módulo BMP180 com o Arduino. Veja só:

Módulo BMP180

O BMP180 é um módulo para Arduino capaz de medir a pressão atmosférica e a temperatura ambiente com boa precisão. Ele é capaz de medir a pressão absoluta do ar ao seu redor e possui uma faixa de medição entre 300 hPa e 1100 hPa, com precisão de 0,02 hPa. Veja abaixo suas especificações: - Chip: BMP180 - Tensão de alimentação: 1,8-3,6V - Faixa: 300-1100hPa (Altitude +9.000m a -500m) - Precisão: 0,02hPa - Consumo de corrente: 5uA - Tempo de resposta: 7,5ms - Interface: I2C - Saída para Temperatura

Montagem e programação

A montagem do módulo é muito simples. Você precisará dos seguintes itens: Materiais necessários para o projeto Medindo a Pressão Atmosférica com o Arduino

• 1x Uno R3 + Cabo Usb para Arduino
• 1x Sensor de Pressão Barométrico BMP180
• 1x Mini Protoboard 170 Pontos
• 1x Jumpers - Macho/Macho - 20 Unidades de 20cm

Siga o diagrama e a tabela de pinos abaixo para a montagem do circuito VCC -> 3.3V GND -> GND SDA -> A4 SCL -> A5

Código

Para programar o módulo, você deve instalar a biblioteca SFE_180. Para fazer o download, clique aqui. Feito isso, instale a biblioteca em sua IDE do Arduino clicando em Sketch >Incluir biblioteca > Adicionar biblioteca .zip e localizar o arquivo baixado.   Agora vá em Arquivo > Exemplos > Sparkfun BMP180 e abra o item SFE_BMP180_exemple. Esse será o código que vamos usar em nossos testes.

Configurando a altitude

Antes de enviar o código, você precisa configurar sua altitude atual. Para isso, localize seu endereço no Google Maps e anote as coordenadas de latitude e longitude. Em seguida, vá para o site CalcMaps e insira as coordenadas encontradas anteriormente. O serviço retornará a altitude em metros e em pés: Com o valor em mãos, localize a linha 72, onde você deve inserir a altitude (em metros) encontrada para que haja o correto funcionamento do sensor. Feito isso, carregue o código em seu Arduino e abra o monitor serial, onde receberá informações como altitude fornecida (em metros e pés), temperatura (em ºC e em ºF), pressão absoluta (local), pressão relativa (nível do mar) e altitude medida (em metros e pés).

Conclusão

O BMP180 é um sensor que nos permite ter uma gama de informações relacionadas à atmosfera, bem como fazer a leitura da altitude. Esperamos que o post lhe traga muito aprendizado e aumente ainda mais os seus conhecimentos sobre o fantástico mundo do Arduino. Um forte abraço e até a próxima!

Referências

https://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap4/cap4-6.html https://www.businessinsider.com/how-to-find-elevation-on-google-maps https://www.youtube.com/watch?v=-HNdFctbR1k

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Sobre o Autor

Samuel Martins @samuel.martins192 Cursando Eletroeletrônica no SENAI CETEL. Fanático por eletrônica, automação, impressão 3D e afins, dedico meu tempo livre a pesquisas e projetos ligados às principais áreas de interesse, pratico aeromodelismo e sou curioso por astrofotografia.