Você já fez o Arduino ler sensores, controlar saídas e movimentar um servo. Agora o desafio é outro: transformar leituras em informação útil, criar movimentos calculados, produzir mensagens compreensíveis e testar o programa com diferentes entradas.
Funções matemáticas ajudam a transformar uma leitura isolada em informação útil para acompanhar o comportamento do sistema.
Durante o teste de um sistema de aproximação, definimos 30 cm como distância de referência. O HC-SR04 informa a distância atual, mas queremos responder a três perguntas: quanto a leitura se afastou da referência, qual foi a menor distância observada e qual foi a maior?
Essas informações permitem analisar o teste sem anotar manualmente cada leitura.
O HC-SR04 envia um pulso pelo TRIG, recebe o eco pelo ECHO e permite calcular a distância. O Monitor Serial já pode mostrar o valor medido.
Precisamos comparar valores sem escrever toda a lógica matemática manualmente. É aí que entram funções prontas que devolvem um resultado.
abs(valor)Retorna o valor absoluto. Aqui mostra o tamanho da diferença para 30 cm sem importar se o objeto está antes ou depois da referência.
min(a, b)Retorna o menor dos dois valores. Usaremos para guardar a menor distância encontrada desde o início do teste.
max(a, b)Retorna o maior dos dois valores. Usaremos para guardar a maior distância encontrada.
const int pinoTrig = 3;
const int pinoEcho = 2;
const int referencia = 30;
int menorDistancia = 400;
int maiorDistancia = 0;
int medirDistancia() {
digitalWrite(pinoTrig, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pinoTrig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(pinoTrig, LOW);
long duracao = pulseIn(pinoEcho, HIGH);
return duracao / 58;
}
void setup() {
pinMode(pinoTrig, OUTPUT);
pinMode(pinoEcho, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int distancia = medirDistancia();
int diferenca = abs(distancia - referencia);
menorDistancia = min(menorDistancia, distancia);
maiorDistancia = max(maiorDistancia, distancia);
Serial.print("Distancia: ");
Serial.print(distancia);
Serial.print(" cm | Diferenca para 30 cm: ");
Serial.print(diferenca);
Serial.print(" cm | Menor: ");
Serial.print(menorDistancia);
Serial.print(" cm | Maior: ");
Serial.print(maiorDistancia);
Serial.println(" cm");
delay(500);
}abs(distancia - referencia) transforma uma diferença que poderia ser negativa em uma medida de afastamento sempre positiva.
min(menorDistancia, distancia) compara a menor leitura já guardada com a leitura atual e mantém a menor.
max(maiorDistancia, distancia) faz o mesmo para a maior leitura.
Os valores de mínimo e máximo permanecem acumulados enquanto o programa estiver executando. Reiniciar a simulação inicia um novo teste.
Se a leitura for 18 cm, a diferença para a referência de 30 cm será 12 cm. Se depois a leitura passar para 45 cm, a diferença será 15 cm. O programa também continuará lembrando os extremos observados.
| Problema | O que conferir |
|---|---|
| A distância não varia | Confira a simulação do HC-SR04 e as ligações TRIG/ECHO. |
| O mínimo parece não aumentar | Isso é esperado: ele guarda a menor leitura já observada até reiniciar o teste. |
| A diferença fica sempre positiva | Também é esperado: essa é justamente a finalidade de abs() neste problema. |
abs(), min() e max()Uma função trigonométrica pode gerar um comportamento periódico e suave que se torna visível no próprio hardware.
Imagine um pequeno mecanismo que precisa fazer um movimento contínuo de um lado para o outro. Mandar o servo diretamente para 30°, depois 90° e depois 150° produz mudanças em etapas. Queremos gerar uma sequência de posições que aumente, diminua e se repita suavemente, sem escrever centenas de ângulos à mão.
O projeto anterior de Servo já ensinou a biblioteca Servo, o comando attach() e o envio de posições com write(). Não vamos ensinar biblioteca novamente.
Seno e cosseno produzem valores que variam periodicamente. Isso permite transformar uma sequência matemática em movimento, sinal ou outra grandeza que sobe e desce de forma repetitiva.
sin(x)Calcula o seno. Seus valores variam entre -1 e 1 e serão usados para controlar o movimento deste projeto.
cos(x)Calcula o cosseno. Também varia periodicamente entre -1 e 1, mas começa o ciclo em outra posição.
tan(x)Calcula a tangente. Pode crescer muito perto de certos ângulos e, por isso, não é adequada para limitar diretamente a posição deste servo.
Atenção: sin(), cos() e tan() recebem o ângulo em radianos. Por isso converteremos graus usando graus * PI / 180.0.
#include <Servo.h>
Servo meuServo;
const int pinoServo = 6;
void setup() {
meuServo.attach(pinoServo);
}
void loop() {
for (int graus = 0; graus <= 360; graus += 5) {
float radianos = graus * PI / 180.0;
float valorSeno = sin(radianos);
int anguloServo = 90 + valorSeno * 60;
meuServo.write(anguloServo);
delay(30);
}
}graus * PI / 180.0 converte graus para radianos.
sin(radianos) gera valores entre aproximadamente -1 e 1 ao longo do ciclo.
90 + valorSeno * 60 transforma essa faixa em posições aproximadas entre 30° e 150° para o servo.
O for percorre um ciclo de 0° a 360° da função matemática. Ele não representa diretamente o ângulo físico do servo; quem define a posição física é anguloServo.
60 por 30 e compare a amplitude do movimento.60 antes de seguir.O eixo deverá oscilar aproximadamente entre 30° e 150°, passando pela região de 90° durante o ciclo. A posição muda em pequenos passos calculados, em vez de usar uma lista fixa de ângulos.
| Problema | O que conferir |
|---|---|
| O servo não se move | Confira sinal no D6, 5V, GND, #include <Servo.h> e attach(). |
| Os valores de seno parecem errados em outro teste | Verifique se o ângulo foi convertido de graus para radianos. |
| O servo tenta ultrapassar sua faixa | Não aumente a amplitude sem calcular antes os limites de posição. |
sin(), cos() e tan() em seu papel corretosin() para gerar movimento periódicoUma leitura numérica é útil para a máquina; uma mensagem organizada é muito mais útil para quem acompanha o sistema.
No Monitor Serial, ver apenas 18 obriga a pessoa a lembrar o que esse número significa e se ele exige atenção. Queremos que o próprio programa produza algo como DISTANCIA: 18 cm | ESTADO: MUITO PROXIMO.
Além de facilitar o acompanhamento agora, essa mensagem já prepara uma ideia importante para o próximo bloco: informações que poderão ser enviadas a outro dispositivo.
Já sabemos medir a distância e usar condições para tomar decisões. Também sabemos mostrar valores com Serial.print().
Precisamos criar textos, juntar texto com números e medir o tamanho da mensagem produzida. Para isso usaremos o tipo String e funções associadas a ele.
String(valor)Converte um valor numérico para texto, permitindo incluí-lo em uma mensagem.
+Quando trabalhamos com String, permite concatenar partes e formar uma mensagem maior.
.length()Informa quantos caracteres a mensagem possui. Isso permite conhecer o tamanho do texto que estamos produzindo.
const int pinoTrig = 3;
const int pinoEcho = 2;
int medirDistancia() {
digitalWrite(pinoTrig, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(pinoTrig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(pinoTrig, LOW);
long duracao = pulseIn(pinoEcho, HIGH);
return duracao / 58;
}
String classificarDistancia(int distancia) {
if (distancia <= 15) {
return "MUITO PROXIMO";
}
if (distancia <= 40) {
return "PROXIMO";
}
return "AREA LIVRE";
}
void setup() {
pinMode(pinoTrig, OUTPUT);
pinMode(pinoEcho, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int distancia = medirDistancia();
String estado = classificarDistancia(distancia);
String mensagem = "DISTANCIA: " + String(distancia)
+ " cm | ESTADO: " + estado;
Serial.println(mensagem);
Serial.print("Caracteres da mensagem: ");
Serial.println(mensagem.length());
delay(500);
}String classificarDistancia(...) cria uma função que devolve texto de acordo com a leitura.
String(distancia) converte o número medido para que ele possa fazer parte da mensagem.
O operador + junta as partes do texto.
mensagem.length() informa a quantidade de caracteres da mensagem final.
Em vez de receber apenas números, a pessoa passa a enxergar uma leitura com unidade e estado. O sistema começa a separar dado de informação compreensível.
| Problema | O que conferir |
|---|---|
| Erro ao montar a mensagem | Confira a conversão String(distancia) e os sinais de +. |
| Estado diferente do esperado | Confira a ordem e os limites das condições: até 15, até 40 e acima de 40. |
| O número de caracteres muda | Isso é normal: valores com mais dígitos e estados com tamanhos diferentes alteram o comprimento da mensagem. |
Stringlength()Números pseudoaleatórios podem funcionar como entradas de teste quando queremos verificar rapidamente vários comportamentos do programa.
Para conferir a classificação de distância, podemos mover o objeto repetidamente no simulador. Mas, antes de evoluir o sistema, queremos executar muitos testes de lógica sem depender de uma posição física específica do sensor a cada vez.
Nesta etapa, o circuito deixa de ser necessário: o próprio programa fornecerá leituras simuladas para verificar as decisões.
Não existe uma nova montagem para executar. Inserir um desenho ou uma imagem decorativa não ajudaria a realizar a prática. Basta um Arduino no Tinkercad e o Monitor Serial.
random(minimo, maximo) gera números pseudoaleatórios. O limite mínimo pode aparecer; o limite máximo fica de fora.
Assim, random(5, 81) pode gerar valores de 5 até 80.
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int distanciaTeste = random(5, 81);
String estado;
if (distanciaTeste <= 15) {
estado = "MUITO PROXIMO";
} else if (distanciaTeste <= 40) {
estado = "PROXIMO";
} else {
estado = "AREA LIVRE";
}
Serial.print("Distancia simulada: ");
Serial.print(distanciaTeste);
Serial.print(" cm | Estado: ");
Serial.println(estado);
delay(700);
}random(5, 81) fornece uma entrada de teste entre 5 e 80 cm.
A lógica de classificação é a mesma que seria usada com uma distância recebida do sensor. Isso permite testar o programa separadamente da montagem física.
Os valores são pseudoaleatórios: são produzidos por um algoritmo. Neste laboratório, isso é suficiente porque o objetivo não é segurança nem sorteio real; é exercitar diferentes faixas de entrada.
O Monitor Serial exibirá diferentes distâncias simuladas e classificará cada uma. O foco não é prever qual número virá, mas confirmar se a regra responde corretamente a diferentes entradas.
| Problema | O que conferir |
|---|---|
| Esperar o valor 81 | O segundo argumento de random() não entra na faixa gerada. |
Usar random() como se fosse um sensor real | Aqui ele serve apenas para teste de software. No sistema real, a entrada volta a vir do sensor. |
| Achar que pseudoaleatório significa imprevisível para qualquer finalidade | Não. Este recurso não deve ser confundido com geração adequada para segurança ou criptografia. |
random()Até aqui, o sistema mede, calcula, organiza informações e pode testar sua própria lógica. Mas tudo continua acontecendo no Arduino e no computador ligado a ele. Como acompanhar ou controlar esse sistema a partir de outro dispositivo?
Essa necessidade abre o próximo bloco: Conectividade.