Lectura de sensores analógicos con un pin GPIO

A diferencia de otros dispositivos, la Raspberry Pi no tiene entradas analógicas. Los 17 pines GPIO son digitales. Pueden generar niveles altos y bajos o leer niveles altos y bajos. Esto es excelente para los sensores que brindan una entrada digital al Pi, pero no tanto si desea utilizar un sensor que no lo haga.

Para los sensores que actúan como una resistencia variable, como LDR (resistencias dependientes de la luz) o termistores (sensores de temperatura), existe una solución simple. Le permite medir varios niveles usando un solo pin GPIO. En el caso de un sensor de luz, esto le permite medir diferentes niveles de luz.

Utiliza un circuito de carga básico "RC" (artículo de Wikipedia) que se utiliza a menudo como introducción a la electrónica. En este circuito colocas una resistencia en serie con un condensador. Cuando se aplica un voltaje a través de estos componentes, el voltaje a través del capacitor aumenta. El tiempo que tarda el voltaje en alcanzar el 63% del máximo es igual a la resistencia multiplicada por la capacitancia. Cuando utilice una resistencia dependiente de la luz, este tiempo será proporcional al nivel de luz. Este tiempo se llama constante de tiempo:

  t =RC  donde t es el tiempo, R es la resistencia (ohmios) y C es la capacitancia (faradios) 

Entonces, el truco consiste en medir el tiempo que tarda un punto en el circuito en alcanzar un voltaje que sea lo suficientemente grande como para registrarse como "Alto" en un pin GPIO. Este voltaje es de aproximadamente 2 voltios, que es lo suficientemente cercano al 63% de 3.3V para mi gusto. Entonces, el tiempo que le toma al circuito cambiar una entrada GPIO de Baja a Alta es igual a 't'.

Con una resistencia de 10Kohm y un capacitor de 1uF, t es igual a 10 milisegundos. En la oscuridad, nuestro LDR puede tener una resistencia de 1 Mohm que daría un tiempo de 1 segundo. Puede calcular otros valores utilizando una calculadora de constante de tiempo en línea.

Para garantizar que siempre haya algo de resistencia entre 3.3V y el pin GPIO, inserté una resistencia de 2.2Kohm en serie con el LDR.

Teoría

Aquí está la secuencia de eventos:

• Establezca el pin GPIO como salida y configúrelo en Bajo. Esto descarga cualquier carga en el capacitor y asegura que ambos lados del capacitor sean 0V.
• Establezca el pin GPIO como entrada. Esto inicia un flujo de corriente a través de las resistencias y del condensador a tierra. El voltaje a través del capacitor comienza a subir. El tiempo que tarda es proporcional a la resistencia del LDR.
• Supervise el pin GPIO y lea su valor. Incrementa un contador mientras esperamos.
• En algún momento, el voltaje del capacitor aumentará lo suficiente como para ser considerado como Alto por el pin GPIO (aproximadamente 2v). El tiempo necesario es proporcional al nivel de luz visto por el LDR.
• Establezca el pin GPIO como salida y repita el proceso según sea necesario.

Para más detalles:Lectura de sensores analógicos con un pin GPIO