Sistema IoT de Calidad de Agua con Arduino – Monitorización en Tiempo Real

Componentes y materiales

• Arduino UNO – 1 ud.
• Cables jumper macho/hembra – 1 ud.
• Módulo Bluetooth HC-05 – 1 ud.
• LED RGB cátodo común difuso – 1 ud.
• Resistencia 330 Ω – 3 uds.
• Potenciómetro rotatorio genérico – 1 ud.
• Kit shield LCD RGB 16x2 – 1 ud.
• Resistencia 1 kΩ – 1 ud.

Herramientas necesarias

• Pelacables y cortador 26–14 AWG

Software y servicios online

• Arduino IDE
• Aplicación Ardutooth (para visualización móvil vía Bluetooth)

Sobre el proyecto

El agua es un recurso esencial. Debemos asegurar su calidad para el consumo.

¿Qué es TDS?

TDS = Total Dissolved Solids (Sólidos Totales Disueltos). Indica la cantidad de sólidos disueltos en agua, en ppm (partes por millón). Se calcula a partir de la conductividad eléctrica [S/m]: mayor conductividad → mayor TDS.

• Agua pura: 80–150 ppm
• Agua de grifo: 250–350 ppm
• Agua subterránea: 500–1000 ppm
• Agua de mar: ~30 000 ppm

La OMS recomienda TDS < 300 ppm para agua potable. Por debajo de 100 ppm carece de minerales esenciales; por encima de 300 se considera «dura» (exceso de minerales).

Normalmente se usa un medidor TDS de bolígrafo, pero no se integra con Arduino. Existen medidores TDS compatibles, pero he optado por hacerlo sin medidor dedicado.

El circuito

Arduino

• 5 V → rail de alimentación protoboard
• GND → otro rail
• Resistencia 1 kΩ: un extremo a GND, otro a protoboard. Pin A0 al nodo entre resistencia y cable libre. Un cable a 5 V, otro al nodo; extremos libres a pinzas de cocodrilo (electrodos).

Pantalla LCD

• VSS → GND
• VDD → 5 V
• V0 → pin central potenciómetro (extremos a 5 V y GND)
• RS → pin 7
• R/W → GND
• E → pin 8
• D4–D7 → pines 10–13

Módulo Bluetooth HC-05

• VCC → 5 V
• GND → GND
• TX → pin 3 (RX software)
• RX → pin 2 (TX software)

LED RGB

• Cátodo común (pata larga) → GND
• Rojo (derecha cátodo) → PWM pin 9 vía 330 Ω
• Verde (izquierda cátodo) → PWM pin 6 vía 330 Ω
• Azul (extremo izq.) → PWM pin 5 vía 330 Ω

Deducción para calcular resistencia entre cables libres

Usamos la ley de Ohm: V = I·R.

La resistencia del cable al pin A0 es despreciable → corriente mínima → R₁ (1 kΩ) y R₂ (agua) en serie.

V₁ = I·R₁, V₂ = I·R₂ → V₂/V₁ = R₂/R₁.

En serie: V₁ + V₂ = 5 V → V₂ = 5 - V₁.

Sustituyendo: (5 - V₁)/V₁ = R₂/R₁. Definimos buffer = (5 - V₁)/V₁ → R₂ = buffer * R₁.

Funcionamiento

Calculamos resistencia del agua, luego resistividad, conductividad y finalmente TDS.

R = r·L/A  →  r = R·A/L
c = 1/r
TDS = c * 7000

Donde L = distancia entre electrodos (m), A = sección transversal (m²).

Librerías

• LiquidCrystal: arduinolibraries.info
• SoftwareSerial: pdfpunk.weebly.com

Instalar vía Gestor de librerías (Herramientas → Gestionar librerías).

Código

Código de monitorización de calidad de agua

//include libraries
#include <SoftwareSerial.h>
#include <LiquidCrystal.h>

// Bluetooth: RX=3, TX=2
SoftwareSerial BTserial(3,2);

float reads;
int pin = A0;
float vOut = 0;
float vIn = 5;
float R1 = 1000;
float R2 = 0;
float buffer = 0;
float TDS;
float R = 0;
float r = 0;
float L = 0.06; // distancia entre electrodos (m)
double A = 0.000154; // sección cable (m²)
float C = 0; // conductividad S/m
float Cm = 0; // conductividad mS/cm

int rPin = 9, bPin = 5, gPin = 6;
int rVal = 255, bVal = 255, gVal = 255;

LiquidCrystal lcd(7,8,10,11,12,13);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  BTserial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2);
  pinMode(rPin,OUTPUT);
  pinMode(bPin,OUTPUT);
  pinMode(gPin,OUTPUT);
  pinMode(pin,INPUT);
  lcd.print("Conductivity: ");
}

void loop() {
  reads = analogRead(A0);
  vOut = reads * 5.0 / 1023.0;
  Serial.println(reads);
  buffer = (vIn / vOut) - 1;
  R2 = R1 * buffer;
  Serial.println(R2);
  delay(500);

  r = R2 * A / L;
  C = 1 / r;
  Cm = C * 10;
  TDS = Cm * 700;

  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(C);

  // LED RGB según lectura
  if (reads < 600) {
    if (reads <= 300) setColor(255, 0, 255);
    else if (reads > 200) setColor(200, 0, 255);
  } else {
    if (reads <= 900) setColor(0, 0, 255);
    else if (reads > 700) setColor(0, 255, 255);
  }

  // Enviar a app Ardutooth vía Bluetooth
  BTserial.print(C); BTserial.print(",");
  BTserial.print(TDS); BTserial.print(";");
  delay(500);
}

void setColor(int red, int green, int blue) {
  analogWrite(rPin, 255 - red);
  analogWrite(gPin, 255 - green);
  analogWrite(bPin, 255 - blue);
}

Piezas personalizadas y cajas

Usé un tubo de ensayo viejo: agujereé ambos extremos, pasé cables y fijé con masilla.

Esquemáticos