Medindo Sensores Analógicos no Raspberry Pi com um Único Pino GPIO

Diferente de muitos microcontroladores, o Raspberry Pi oferece apenas pinos GPIO digitais. Eles podem fornecer ou drenar níveis lógicos alto (3.3 V) e baixo (0 V), mas não podem ler tensões analógicas diretamente. Felizmente, uma técnica simples de carregamento RC permite extrair uma faixa de valores de sensores de resistência variável, como LDRs e termistores, usando apenas um pino GPIO.

Por Que Funciona

Em um circuito RC clássico, um resistor e um capacitor são conectados em série. Quando uma tensão é aplicada, a tensão no capacitor sobe exponencialmente. O tempo que leva para atingir 63% da tensão de alimentação é dado pela constante de tempo t = RC, onde t é tempo (segundos), R é resistência (ohms) e C é capacitância (farads). Medindo quanto tempo o capacitor leva para carregar até o limiar de nível alto do GPIO (≈2 V em um Pi de 3.3 V), você obtém um valor proporcional à resistência do sensor – e, portanto, à grandeza física que ele mede.

Por exemplo, com um resistor de 10 kΩ e um capacitor de 1 µF, a constante de tempo é 10 ms. Um LDR que lê 1 MΩ no escuro produzirá uma constante de tempo de aproximadamente 1 s, tornando trivial distinguir entre condições de luz e escuro.

Implementação Prática

Para garantir uma resistência definida entre a alimentação de 3.3 V e o pino GPIO, insira um resistor de 2.2 kΩ em série com o LDR. A sequência completa de medição é:

• Descarregue o capacitor: Configure o GPIO como saída e leve a baixo.
• Inicie o carregamento: Reconfigure o GPIO como entrada. A corrente flui através da rede de resistores para o capacitor, fazendo sua tensão subir.
• Meça o tempo de subida: Incremente um contador (ou use um temporizador de alta resolução) até que o GPIO leia alto (≈2 V). O tempo decorrido equivale à constante de tempo RC do sensor.
• Repita: Configure o GPIO de volta para saída, leve a baixo e repita conforme necessário para monitoramento contínuo.

Para orientação mais detalhada, veja a documentação oficial GPIO do Raspberry Pi e o artigo sobre circuito RC na Wikipedia. Uma calculadora online de constante de tempo RC pode ajudar a escolher valores de componentes que correspondam à faixa do seu sensor.