A estação
Concebida e construída pelos alunos no Ribalab: modular, de baixo custo e totalmente replicável. Alimentada por energia solar, mede parâmetros físico-químicos da água e envia os dados por rede móvel NB-IoT, sem depender de Wi-Fi, nem de gateways próprios.
Quatro componentes, um sistema
A estação organiza-se numa arquitetura de dois níveis que separa a aquisição de dados da comunicação e da gestão de energia — cada nível na sua própria placa, testável e substituível de forma independente.
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Caixa
Invólucro impresso em 3D em filamento ASA, desenhado para proteger as componentes eletrónicas junto da água, garantindo-se a sua estanquidade.
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AquaNode
O nó sensorial submerso: recolhe as leituras dos sensores de água e envia-as por cabo, através de um barramento RS-485.
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NB-IoT
Ligação móvel de baixo consumo que transmite os dados para o portal, sem Wi-Fi e sem gateways próprios.
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Painel solar
O painel solar carrega uma bateria 18650, que armazena energia para alimentar a estação de forma contínua — mantendo-a em funcionamento durante a noite e em períodos de menor luz solar.
Dois níveis, duas placas
Isolar a aquisição de sensores num chip dedicado de consumo ultra-baixo mantém o orçamento energético no mínimo — e permite evoluir cada placa sem tocar na outra.
AquaNode PCB
A placa de interface com os sensores. Um microcontrolador STM32L053R8 executa firmware bare-metal, consulta ambos os sensores a cada minuto e envia as leituras por RS-485 — imune a ruído em cabos de grande comprimento.
- MicrocontroladorSTM32L053R8
- Sensor de turbidezDFRobot SEN0554
- Sensor de temperaturaDS18B20
- LigaçãoRS-485
- Amostragema cada minuto
Caixa · PCB Principal
O núcleo da estação, alojado numa caixa à prova de intempéries. Um ESP32-WROOM-32D acorda a cada ~5 minutos, lê os dados mais recentes do AquaNode, transmite-os por NB-IoT e volta a hibernar — gerindo também a bateria e a segurança física.
- MicrocontroladorESP32-WROOM-32D
- ComunicaçãoM5Stack NB-IoT2 (SIM7028)
- EnergiaSolar + 18650
- SegurançaSensor de abertura (tamper)
- Transmissãoa cada ~5 min
Do rio à nuvem
O AquaNode, submerso, consulta os sensores de turbidez e temperatura a cada minuto e envia as leituras por RS-485 até à caixa. Aí, o ESP32 sai do modo de hibernação a cada cinco minutos, lê os dados mais recentes, ativa o módulo NB-IoT e transmite-os para o nosso servidor — voltando de imediato a hibernar. Este ciclo de trabalho, inferior a 1%, é o que torna viável a operação autónoma a energia solar.
Na nuvem, cada leitura é validada por uma API REST e guardada numa base de dados de séries temporais InfluxDB, que alimenta os painéis Grafana do portal público data.guarda-rios.pt — acessível a qualquer pessoa, sem registo.
A tecnologia NB-IoT foi escolhida por operar na rede celular existente e reduzir a necessidade de infraestrutura local: uma estação pode transmitir em locais onde exista cobertura NB-IoT adequada.
Visão a longo prazo do projeto: várias estações ao longo do mesmo curso de água, a transmitir para um único portal, capazes de ajudar a localizar geograficamente a origem de uma descarga poluente. A distância entre estações irá depender da extensão e do caudal do curso de água em monitorização.
Dois parâmetros
Atualmente medimos temperatura e turbidez — dois parâmetros físico-químicos que são indicadores fundamentais para avaliar a qualidade da água. O sistema é modular: pH, oxigénio dissolvido e condutividade podem ser integrados sem alterar a placa principal.
Temperatura
Fator crítico para a biodiversidade aquática: determina a capacidade da água em reter gases vitais, como o oxigénio dissolvido. Sendo os organismos fluviais maioritariamente poiquilotérmicos (a temperatura corporal varia com a do meio), tornam-se muito vulneráveis a oscilações térmicas bruscas. Picos invulgares funcionam como alerta imediato de poluição térmica, associada a descargas industriais de água quente. No âmbito do Decreto-Lei n.º 236/98, o Valor Máximo Admissível é de 25 ºC e o recomendável de 22 ºC; as descargas não devem alterar a temperatura natural do rio em mais de 1,5 a 3 ºC.
Turbidez
Quantidade de partículas sólidas em suspensão na água. Afeta a penetração da luz solar, prejudicando a fotossíntese e toda a cadeia alimentar. Mede-se em NTU (Unidades Nefelométricas de Turbidez): para consumo humano, o valor legal é de 1 NTU à saída das ETA, tolerando-se até 4 NTU na torneira (Decreto-Lei n.º 69/2023). Nos rios não há valor fixo, mas como referência ecológica: < 5 NTU indica água muito limpa, 5–25 NTU água moderadamente clara (comum em rios saudáveis) e > 50 NTU água muito turva — alerta para arrastamento de terras ou poluição.
Tudo aberto, tudo replicável.
Esquemas eletrónicos, firmware, ficheiros de impressão 3D e configuração de servidor — está tudo disponível para qualquer escola ou comunidade replicar a estação.