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Robótica Dinâmica · Aula 13 — Missão Ultrassônica: Alerta Vermelho!

Sensores e sistemas de controle — entrada, decisão e saída

⏱ 50 min 🎓 6º ano · 7º ano · 8º ano · 9º ano 🧭 EF67CO02🧭 EF67CO03🧭 EF67CO04🧭 EF89CO02🧭 EF89CO03

🎯 Nossa missão hoje

O que vamos conseguir fazer

1

Explicar como o sensor ultrassônico mede distância (emite onda, mede o tempo de ida e volta) usando a comparação com o morcego.

2

Montar um circuito com sensor de entrada (HC-SR04) e atuador de saída (LED + resistor) numa protoboard alimentada pelo Arduino.

3

Programar, em blocos, um laço infinito com decisão condicional que aciona o LED quando a distância fica abaixo de um limiar.

4

Reconhecer a estrutura ENTRADA → DECISÃO → SAÍDA como o esqueleto de qualquer sistema de controle (ar-condicionado, porta automática, robô autônomo).

🧰 O que temos na bancada

Peças e materiais

Placa Arduino (Uno / Nano / Mega)

Cabo USB

Protoboard

Sensor Ultrassônico (HC-SR04)

LEDs (cores variadas)

Resistores

Jumpers (M/M e M/F)

🔌 Como as peças se ligam

O mapa do nosso robô

pinoscorrente⬇ baixar SVG

cada fio colorido é uma ligação de verdade — o diagrama completo está na página da aula

Momento 1 de 5

Introdução

Até aqui a turma mandava o circuito FAZER coisas. Nesta aula o circuito passa a PERCEBER o mundo. Abra segurando o HC-SR04 entre os dedos, virado para a turma — ele parece um par de olhos.

Pré-requisitos: a turma já deve ter feito a aula do laço "para sempre" (#11) e a de montagem no Tinkercad (#12).

O CONCEITO — como o sensor "vê": o HC-SR04 emite uma onda sonora que não escutamos, a onda bate no objeto e volta, e o sensor mede o tempo dessa ida e volta. Com o tempo, calcula a distância. É exatamente o que o morcego faz. Mostre os dois cilindros do componente: um é a boca, o outro é o ouvido. Um emite, o outro escuta. Guarde isso — na hora dos fios os nomes vão fazer sentido: TRIG é o que dispara, ECHO é o que escuta.

Momento 2 de 5

Montagem / Hardware

PASSO 1a — ALIMENTAR A PROTOBOARD E O SENSOR

Comece pela energia. Um jumper do 5 V do Arduino para a trilha positiva e um do GND para a trilha negativa. Agora as trilhas inteiras estão energizadas. Diga com estas palavras: a protoboard é o poste de luz da bancada — ninguém liga direto na placa, todos ligam no poste. Em seguida o sensor: VCC do HC-SR04 na trilha positiva, GND do HC-SR04 na trilha negativa. O sensor está alimentado; ainda não sabe o que fazer, mas já tem energia.

PASSO 1b — TRIG E ECHO: A FIAÇÃO CRÍTICA (é aqui que a turma mais erra)

Momento 2 de 5

Montagem / Hardware

TRIG vai no pino digital 9 — repita com a turma: TRIG, nove. É o fio que leva a ordem "emite a onda agora". ECHO vai no pino digital 10 — ECHO, dez. É o fio que traz a resposta "a onda voltou depois de tanto tempo". Use cores diferentes nesses dois jumpers e mantenha o mesmo padrão na turma inteira: quando um aluno chamar, você olha de longe e já vê se está trocado. Invertidos, o circuito não queima — mas a leitura vem errada e o aluno acha que o sensor tem defeito.

PASSO 2 — O LED DE ALERTA

Encaixe o LED na protoboard atento às pernas: a longa é o ânodo (positivo), a curta é o cátodo. Cada perna em uma fileira. O resistor sai da fileira do cátodo e vai até a trilha negativa. Por fim o fio de comando: do ânodo até o pino digital 2. Por que o resistor? Porque o LED sozinho puxa mais corrente do que aguenta — sem ele acende bonito e queima em segundos. Essa é a diferença entre a bancada e o simulador: no Tinkercad aparece um aviso, na mesa some um LED.

Momento 3 de 5

Programação

AMBIENTE — abra o Tinkercad (Circuitos → + Criar). Se a escola usa mBlock ou Ardublock, a lógica é idêntica, só mudam as cores dos blocos. Vale remontar o circuito na tela, mesmo rápido: quando o aluno arrasta o sensor virtual e liga no pino 9, ele confirma na cabeça o que fez com a mão.

LER O SENSOR — comece pelo que a turma já domina: o bloco "para sempre" (Controle). Um alerta que mede uma vez só não serve para nada. Depois o bloco novo, o coração da aula: Entrada → "ler sensor de distância ultrassônico". Configure os dois campos: pino acionador (TRIG) = 9, pino de echo = 10, unidade em centímetros. Chame a atenção: os números que a turma ligou com a mão são os mesmos que ela digita aqui. O programa não adivinha onde o fio está — alguém precisa contar para ele.

A DECISÃO DOS 40 CENTÍMETROS — Controle → "se... então... senão", encaixado dentro do "para sempre". Na condição: a leitura do sensor é menor que 40? No "então": definir pino 2 como ALTO (acende). No "senão": definir pino 2 como BAIXO (apaga). São quatro blocos. Leia o programa em voz alta com a turma, do jeito que ele funciona: "para sempre: se a distância for menor que quarenta, acende; senão, apaga." Quando o aluno lê o próprio código como uma frase, ele entendeu. E os 40 cm são uma escolha, não uma regra — cada aluno pode calibrar o alerta dele.

Momento 4 de 5

Teste e ajustes

SIMULAR PRIMEIRO — Iniciar Simulação e arrastar o obstáculo virtual para perto do sensor. Observe o número: quando cruza os 40, o LED acende na tela. A lógica está certa.

CARREGAR NA PLACA — conecte o cabo USB, confira se a placa foi reconhecida e mande carregar. Atenção ao detalhe que trava muita aula: erro de porta quase sempre é o cabo ou a porta selecionada, não o código — que a turma já viu funcionando na simulação. Isso poupa vinte minutos de pânico.

TESTE DO SISTEMA INTEGRADO — mão longe, LED apagado. Aproxima... acendeu. Afasta, apagou. Isso é um sistema que percebe o mundo e reage sozinho: ninguém apertou botão.

Momento 4 de 5

Teste e ajustes

DESAFIO DE MEDIDA — peça para descobrirem onde fica a fronteira dos 40 cm: aproximar devagar até acender, marcar com o dedo na mesa, medir com a régua. Depois troque o 40 por 15 no código, carregue de novo e a fronteira se move. Quando o aluno vê o número do programa mexendo uma coisa do mundo real, alguma coisa se conecta que nenhuma explicação substitui.

Momento 5 de 5

Encerramento

NOMEIE O QUE A TURMA CONSTRUIU — o sistema tem três partes. ENTRADA: o sensor mede (o dado que vem do mundo). DECISÃO: o "se menor que 40" (o processamento). SAÍDA: o LED acende ou apaga (a ação no mundo). Isso se chama sistema de controle e está em tudo: no ar-condicionado que mede a temperatura e liga o compressor, na porta de shopping que abre quando alguém chega, no celular que escurece a tela. E é literalmente o que vem a seguir: na cancela automática a saída deixa de ser um LED e passa a ser um motor; no robô autônomo a decisão passa a virar as rodas.

OS 5 ERROS MAIS COMUNS (em ordem de frequência)

1. TRIG e ECHO trocados — o campeão. O LED fica louco ou não reage. Confira 9 e 10.

Momento 5 de 5

Encerramento

2. LED invertido — perna curta no pino 2. Não acende e não queima nada, só frustra.

3. Esqueceu o resistor — acende forte e QUEIMA. É o único que estraga componente.

4. O "se" fora do "para sempre" — mede uma vez, decide uma vez e para.

Momento 5 de 5

Encerramento

5. Sensor apontado para o lugar errado (ou o próprio dedo na frente) — lê 3 cm o tempo todo.

Quatro dos cinco são reversíveis em trinta segundos.

DESAFIO DO LIVRO — acrescente um LED verde indicando distância segura. Parece pequeno, mas exige entender que o ramo "senão" também pode FAZER alguma coisa, não só apagar. Verde aceso quando está longe, vermelho quando está perto, nunca os dois juntos. Para quem terminar rápido: três faixas (verde longe, amarelo intermediário, vermelho perto) — aí são dois "se" encadeados.

Momento 5 de 5

Encerramento

GANCHO — próxima aula: Cancela Automática, o mesmo sensor levantando uma cancela com um servo.

🔀 O plano do robô

Como ele decide o que fazer

flowchart TD A(["Início"]) --> B["Ler distância do sensor ultrassônico"] B --> C{"Distância menor que 40 cm?"} C -->|Sim| D["Acender LED vermelho"] C -->|Não| E["Apagar LED vermelho"] D --> B E --> B

💻 O cérebro do robô

O código da aula

// #13 - Missao Ultrassonica: Alerta Vermelho!
// Robotica Dinamica - Vol. 02 - Trilha 1
// Programa do livro: 4 blocos na tela (para sempre / se-senao / definir pino).

#define TRIG 9          // dispara a onda
#define ECHO 10         // escuta a onda voltar
#define LED_ALERTA 2    // LED vermelho de alerta

const int LIMIAR_CM = 40;   // a fronteira do alerta

void setup() {
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  pinMode(LED_ALERTA, OUTPUT);
}

// No Tinkercad isto e UM bloco: "ler sensor de distancia ultrassonico".
// Aqui dentro fica o cuidado que o bloco pronto ja faz por voce.
long distanciaCm() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  long t = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000);  // desiste depois de 30 ms (~5 m)
  delay(60);                            // o HC-SR04 pede pausa entre medicoes
  if (t == 0) return 999;               // sem eco = esta LONGE, nao perto
  return t / 58;
}

void loop() {
  if (distanciaCm() < LIMIAR_CM) {
    digitalWrite(LED_ALERTA, HIGH);   // perto: acende o alerta
  } else {
    digitalWrite(LED_ALERTA, LOW);    // longe: apaga
  }
}

role dentro da caixa · o código completo está na página da aula

🥊

Bora construir!

dúvidas? a página completa da aula tem tudo: montagem, código e materiais.