PiezoPiano com Raspberry Pi Pico W

4Ligação de um piezo

O piezo não deve ser ligado directamente ao GPIO. Como pode gerar picos de tensão superiores a 3,3 V, é usado um circuito simples de limitação e descarga.

Piezo (+)
   |
 [10 kΩ]
   |
   ●------[1 kΩ]------ GPIO/ADC do Pico
   |
 [1 MΩ]
   |
  GND

● ---- cátodo do zener 3,3 V
GND -- ânodo do zener 3,3 V

Piezo (-) ---- GND

5Função dos componentes

6Orientação do zener

O díodo zener deve ser ligado inversamente polarizado: a faixa preta, que identifica o cátodo, fica do lado do sinal; o outro terminal fica ligado ao GND.

SINAL / ponto ● ----|<|---- GND
                  zener 3,3 V

7Entradas analógicas usadas

8Importância do GND comum

Todos os GND do circuito devem estar ligados ao GND do Pico W. Isto inclui o negativo dos piezos, a resistência de 1 MΩ, o ânodo do zener e o GND do DFPlayer Mini.

GND dos piezos
GND do zener
GND do DFPlayer
GND do Pico W
→ todos ligados em comum

9Leitura digital ou analógica?

Com leitura analógica é possível medir a intensidade do impacto. Com leitura digital apenas se detecta se houve ou não toque. Para o estudo de tensão, deve ser usada a entrada analógica GP26.

10Ligações UART

11Ficheiros MP3

No cartão microSD, criar a pasta mp3 e colocar ficheiros numerados:

/mp3/0001.mp3
/mp3/0002.mp3
/mp3/0003.mp3

Cada ficheiro pode corresponder a uma nota musical ou efeito sonoro.

12Objectivo do ensaio

Para caracterizar o comportamento do piezo, foi proposta uma aquisição de dados através da entrada analógica GP26. Durante alguns segundos, são aplicadas pancadas no piezo e o Pico W grava os valores do ADC e a tensão calculada num ficheiro CSV.

13Conversão ADC para tensão

tensao = valor_adc × 3.3 / 65535

O ADC do Pico devolve valores entre 0 e 65535, correspondentes aproximadamente ao intervalo entre 0 V e 3,3 V.

14Ressalva sobre o zener

15Dados recolhidos e gráfico do ensaio

O ensaio realizado no piezo ligado ao GP26 / A0 registou 1553 amostras durante aproximadamente 5 segundos. A tensão máxima medida foi de cerca de 2,158 V, correspondente ao valor ADC 42858, no instante aproximado de 4257 ms.

Ficheiros do ensaio:
Descarregar dados CSV
Descarregar gráfico PNG

Parâmetro	Valor
Amostras	1553
Duração	~5 s
Pico máximo	2,158 V
ADC máximo	42858
Instante do pico	4257 ms

16Interpretação esperada

O gráfico mostra picos rápidos nos momentos de impacto, seguidos de uma descida acentuada e recuperação gradual para a tensão de repouso. Neste ensaio, os picos ficaram abaixo de 3,3 V, mas a leitura continua condicionada pelo circuito de protecção. Caso sejam aplicados impactos mais fortes, o zener pode limitar os valores superiores, protegendo o ADC do Pico W.

17Registo CSV no Pico W

from machine import ADC, Pin
import time

piezo = ADC(Pin(26))
led = Pin("LED", Pin.OUT)

FICHEIRO = "piezo_gp26.csv"
INTERVALO_MS = 2
DURACAO_MS = 5000

def adc_para_tensao(valor_adc):
    return valor_adc * 3.3 / 65535

time.sleep(2)
led.value(1)

inicio = time.ticks_ms()

with open(FICHEIRO, "w") as ficheiro:
    ficheiro.write("tempo_ms,adc,tensao_v\n")

    while time.ticks_diff(time.ticks_ms(), inicio) < DURACAO_MS:
        tempo_ms = time.ticks_diff(time.ticks_ms(), inicio)
        valor_adc = piezo.read_u16()
        tensao = adc_para_tensao(valor_adc)

        ficheiro.write("{{}},{{}},{{:.4f}}\n".format(tempo_ms, valor_adc, tensao))
        time.sleep_ms(INTERVALO_MS)

led.value(0)
print("Ficheiro gravado:", FICHEIRO)

18Gráfico em Python

import csv
import matplotlib.pyplot as plt

FICHEIRO = "piezo_gp26.csv"

tempos = []
tensoes = []
adcs = []

with open(FICHEIRO, "r") as ficheiro:
    leitor = csv.DictReader(ficheiro)

    for linha in leitor:
        tempos.append(float(linha["tempo_ms"]))
        adcs.append(int(linha["adc"]))
        tensoes.append(float(linha["tensao_v"]))

tensao_maxima = max(tensoes)
indice_pico = tensoes.index(tensao_maxima)
tempo_pico = tempos[indice_pico]
adc_maximo = adcs[indice_pico]

print("Resumo do ensaio")
print("----------------")
print("Tensão máxima medida:", round(tensao_maxima, 3), "V")
print("ADC máximo:", adc_maximo)
print("Tempo do pico máximo:", tempo_pico, "ms")
print("Número de amostras:", len(tensoes))

plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.plot(tempos, tensoes, label="Tensão medida")
plt.scatter(tempo_pico, tensao_maxima, label="Pico máximo")

plt.title("Resposta do piezo ligado ao GP26")
plt.xlabel("Tempo (ms)")
plt.ylabel("Tensão no ADC (V)")
plt.grid(True)
plt.legend()
plt.tight_layout()

plt.savefig("grafico_piezo_gp26.png", dpi=300)
plt.show()

19Reprodução MP3 com três piezos

Este código permite associar cada piezo a uma música diferente no DFPlayer Mini. Assim, ao tocar no piezo ligado ao GP26, é reproduzido o ficheiro 0001.mp3; ao tocar no piezo ligado ao GP27, é reproduzido o ficheiro 0002.mp3; e ao tocar no piezo ligado ao GP28, é reproduzido o ficheiro 0003.mp3.

/mp3/0001.mp3  → Piezo 1 / GP26
/mp3/0002.mp3  → Piezo 2 / GP27
/mp3/0003.mp3  → Piezo 3 / GP28

from machine import Pin, ADC, UART
import time

# -------------------------------------------------
# Piezos ligados às entradas analógicas do Pico W
# -------------------------------------------------
piezo1 = ADC(Pin(26))   # A0 / GP26
piezo2 = ADC(Pin(27))   # A1 / GP27
piezo3 = ADC(Pin(28))   # A2 / GP28

# LED interno do Pico W
led = Pin("LED", Pin.OUT)

# -------------------------------------------------
# DFPlayer Mini ligado à UART0
# GP0 = TX do Pico  -> RX do DFPlayer
# GP1 = RX do Pico  <- TX do DFPlayer
# -------------------------------------------------
uart = UART(0, baudrate=9600, tx=Pin(0), rx=Pin(1))


def dfplayer_cmd(cmd, param=0):
    start = 0x7E
    version = 0xFF
    length = 0x06
    feedback = 0x00
    end = 0xEF

    param_high = (param >> 8) & 0xFF
    param_low = param & 0xFF

    checksum = 0 - (version + length + cmd + feedback + param_high + param_low)
    checksum &= 0xFFFF

    packet = bytes([
        start,
        version,
        length,
        cmd,
        feedback,
        param_high,
        param_low,
        (checksum >> 8) & 0xFF,
        checksum & 0xFF,
        end
    ])

    uart.write(packet)


def set_volume(volume):
    # Volume entre 0 e 30
    dfplayer_cmd(0x06, volume)


def play_track(track_number):
    # Toca /mp3/0001.mp3, /mp3/0002.mp3, etc.
    dfplayer_cmd(0x12, track_number)


# -------------------------------------------------
# Configuração dos toques
# -------------------------------------------------
LIMIAR = 8000          # baixa se não detectar; aumenta se disparar sozinho
BLOQUEIO_MS = 350     # evita várias leituras do mesmo toque

ultimo_toque_1 = 0
ultimo_toque_2 = 0
ultimo_toque_3 = 0

# Espera pelo arranque do DFPlayer Mini
time.sleep(2)
set_volume(24)

print("Sistema pronto.")
print("Piezo 1 / GP26 -> 0001.mp3")
print("Piezo 2 / GP27 -> 0002.mp3")
print("Piezo 3 / GP28 -> 0003.mp3")


# -------------------------------------------------
# Ciclo principal
# -------------------------------------------------
while True:
    agora = time.ticks_ms()

    valor1 = piezo1.read_u16()
    valor2 = piezo2.read_u16()
    valor3 = piezo3.read_u16()

    # Valores no terminal para afinar o limiar
    print("P1:", valor1, " P2:", valor2, " P3:", valor3)

    if valor1 > LIMIAR and time.ticks_diff(agora, ultimo_toque_1) > BLOQUEIO_MS:
        print("Piezo 1 tocado -> Música 1")
        led.value(1)
        play_track(1)
        time.sleep_ms(80)
        led.value(0)
        ultimo_toque_1 = agora

    if valor2 > LIMIAR and time.ticks_diff(agora, ultimo_toque_2) > BLOQUEIO_MS:
        print("Piezo 2 tocado -> Música 2")
        led.value(1)
        play_track(2)
        time.sleep_ms(80)
        led.value(0)
        ultimo_toque_2 = agora

    if valor3 > LIMIAR and time.ticks_diff(agora, ultimo_toque_3) > BLOQUEIO_MS:
        print("Piezo 3 tocado -> Música 3")
        led.value(1)
        play_track(3)
        time.sleep_ms(80)
        led.value(0)
        ultimo_toque_3 = agora

    time.sleep_ms(20)

20Comandos úteis

cd /home/alvaro/Documentos/Escola/piezo
nano grafico_piezo.py
python3 grafico_piezo.py
xdg-open grafico_piezo_gp26.png