Leitura de sensores analógicos com um pino GPIO

Ao contrário de alguns outros dispositivos, o Raspberry Pi não possui entradas analógicas. Todos os 17 pinos GPIO são digitais. Eles podem produzir níveis altos e baixos ou ler níveis altos e baixos. Isso é ótimo para sensores que fornecem uma entrada digital para o Pi, mas não tão bom se você quiser usar um sensor que não forneça.

Para sensores que atuam como resistores variáveis, como LDRs (Light Dependent Resistors) ou termistores (sensores de temperatura), existe uma solução simples. Ele permite que você meça vários níveis usando um único pino GPIO. No caso de um sensor de luz, isso permite medir diferentes níveis de luz.

Ele usa um circuito de carga “RC” básico (artigo da Wikipedia), que costuma ser usado como uma introdução à eletrônica. Neste circuito você coloca um resistor em série com um capacitor. Quando uma tensão é aplicada a esses componentes, a tensão no capacitor aumenta. O tempo que leva para a tensão atingir 63% do máximo é igual à resistência multiplicada pela capacitância. Ao usar um resistor dependente de luz, este tempo será proporcional ao nível de luz. Esse tempo é chamado de constante de tempo:

  t =RC  onde t é o tempo, R é a resistência (ohms) e C é a capacitância (farads) 

Portanto, o truque é cronometrar quanto tempo leva para um ponto no circuito atingir uma tensão que seja grande o suficiente para ser registrada como “Alta” em um pino GPIO. Essa tensão é de aproximadamente 2 volts, o que é perto o suficiente de 63% de 3,3 V para o meu gosto. Portanto, o tempo que leva para o circuito mudar uma entrada GPIO de baixo para alto é igual a 't'.

Com um resistor de 10Kohm e um capacitor de 1uF, t é igual a 10 milissegundos. No escuro, nosso LDR pode ter uma resistência de 1Mohm, o que daria um tempo de 1 segundo. Você pode calcular outros valores usando uma calculadora de constante de tempo online.

Para garantir que há sempre alguma resistência entre 3,3 V e o pino GPIO, inseri um resistor de 2,2 Kohm em série com o LDR.

Teoria

Aqui está a sequência de eventos:

• Defina o pino GPIO como uma saída e defina-o como baixo. Isso descarrega qualquer carga no capacitor e garante que ambos os lados do capacitor sejam 0 V.
• Defina o pino GPIO como uma entrada. Isso inicia um fluxo de corrente através dos resistores e do capacitor para o aterramento. A tensão no capacitor começa a aumentar. O tempo que leva é proporcional à resistência do LDR.
• Monitore o pino GPIO e leia seu valor. Aumente um contador enquanto esperamos.
• Em algum ponto, a tensão do capacitor aumentará o suficiente para ser considerada alta pelo pino GPIO (aproximadamente 2v). O tempo gasto é proporcional ao nível de luz visto pelo LDR.
• Defina o pino GPIO como uma saída e repita o processo conforme necessário.

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