Medición de Sensores Analógicos en Raspberry Pi con un Solo Pin GPIO

A diferencia de muchos microcontroladores, la Raspberry Pi ofrece solo pines GPIO digitales. Pueden suministrar o absorber niveles lógicos alto (3.3 V) y bajo (0 V), pero no pueden leer voltajes analógicos directamente. Afortunadamente, una técnica simple de carga RC permite extraer una gama de valores de sensores de resistencia variable como LDRs y termistores usando solo un pin GPIO.

Por Qué Funciona

En un circuito RC clásico, un resistor y un capacitor se conectan en serie. Cuando se aplica un voltaje, la tensión del capacitor sube exponencialmente. El tiempo que tarda en alcanzar el 63% del voltaje de alimentación viene dado por la constante de tiempo t = RC, donde t es el tiempo (segundos), R es la resistencia (ohmios) y C es la capacitancia (faradios). Midiendo cuánto tarda el capacitor en cargarse hasta el umbral de nivel alto del GPIO (≈2 V en una Pi de 3.3 V), obtiene un valor proporcional a la resistencia del sensor –y por tanto a la magnitud física que mide.

Por ejemplo, con un resistor de 10 kΩ y un capacitor de 1 µF la constante de tiempo es 10 ms. Un LDR que lee 1 MΩ en la oscuridad producirá una constante de tiempo de aproximadamente 1 s, facilitando distinguir entre condiciones de luz y oscuridad.

Implementación Práctica

Para garantizar una resistencia definida entre la alimentación de 3.3 V y el pin GPIO, inserte un resistor de 2.2 kΩ en serie con el LDR. La secuencia completa de medición es:

• Descargue el capacitor: Configure el GPIO como salida y póngalo a nivel bajo.
• Inicie la carga: Reconfigure el GPIO como entrada. La corriente fluye a través de la red de resistores hacia el capacitor, elevando su voltaje.
• Mida el tiempo de subida: Incremente un contador (o use un temporizador de alta resolución) hasta que el GPIO lea alto (≈2 V). El tiempo transcurrido equivale a la constante de tiempo RC del sensor.
• Repita: Vuelva a poner el GPIO como salida, baje a nivel bajo y repita según necesite para monitorización continua.

Para una guía más detallada, consulte la documentación oficial GPIO de Raspberry Pi y el artículo sobre circuitos RC en Wikipedia. Una calculadora online de constante de tiempo RC puede ayudarle a elegir valores de componentes que coincidan con el rango de su sensor.