O pilar deste projeto é a utilização do protocolo I2C para gerenciar múltiplos dispositivos. Compreender seu funcionamento e como expandir suas conexões físicas é essencial.

O I2C é um barramento de comunicação serial síncrono, projetado para a comunicação de curta distância entre circuitos integrados. Sua popularidade em sistemas embarcados deve-se à sua simplicidade e eficiência, exigindo apenas duas linhas de sinal.

• Arquitetura Mestre-Escravo: A comunicação opera com um dispositivo Mestre (o Raspberry Pi Pico), que controla o barramento, e um ou mais dispositivos Escravos (sensores, displays), que respondem às solicitações do mestre.
• Linhas de Sinal:
  • SCL (Serial Clock Line): Linha de clock que sincroniza a transferência de dados, gerada exclusivamente pelo Mestre.
  • SDA (Serial Data Line): Linha bidirecional por onde os dados são efetivamente transferidos.
• O Mecanismo de Endereçamento: A característica que permite a coexistência de múltiplos escravos em um mesmo par de fios é o endereçamento. Cada dispositivo escravo possui um endereço de 7 bits único (fixado pelo fabricante ou configurável por hardware). Toda comunicação iniciada pelo Mestre começa com a transmissão do endereço do escravo alvo. Apenas o escravo que reconhece seu endereço participa da transação de dados subsequente, enquanto os demais permanecem inativos.

O Hub Extensor I2C, é um componente fundamental para a organização física de múltiplos dispositivos em um único barramento.

• Função Principal: O hub atua como um divisor de barramento passivo. Ele não contém lógica digital, microcontroladores ou "inteligência". Sua função é puramente elétrica: conectar um ponto de entrada a múltiplos pontos de saída em paralelo.
• Operação Interna: Internamente, a placa do hub consiste em trilhas que conectam todos os pinos correspondentes. O pino SCL da porta de entrada está fisicamente ligado a todos os pinos SCL das portas de saída. O mesmo ocorre para SDA, VCC e GND.
• Analogia Funcional: Pode-se pensar no hub como uma "régua de tomadas" para o barramento I2C. Ele transforma uma única porta I2C do microcontrolador em várias portas fisicamente acessíveis.
• Por que Funciona? Como explicado no mecanismo de endereçamento, mesmo que o sinal elétrico do Mestre chegue a todos os sensores simultaneamente através do hub, apenas o sensor cujo endereço foi chamado responderá. Portanto, o hub não gera conflitos, apenas simplifica a fiação que, de outra forma, teria que ser feita manualmente (soldando fios em comum). Isso significa que qualquer sensor pode ser conectado a qualquer porta do hub, pois todas são eletricamente idênticas.

Compreendidos os fundamentos, este documento detalha a arquitetura de um sistema embarcado que utiliza os conceitos acima. O projeto integra um acelerômetro (MPU-6050) e um sensor de luminosidade (BH1750), conectados a um Hub I2C, com um servo motor (SG90) e um display OLED (SSD1306), no qual, todos os sensores são conectados e configurados no mesmo barramento i2C, no caso o I2c0 e somente o display está ligado ao I2c1 por padrão da BitDogLab . O sistema lê os dados dos sensores, controla o servo com base na inclinação do acelerômetro e exibe todas as informações em tempo real no display.

A implementação física utiliza as duas interfaces I2C do Raspberry Pi Pico para segregar os periféricos de forma lógica e eficiente.

• Pinos do Pico: GPIO 8 (SDA) e GPIO 9 (SCL).
• Conexão: A saída i2c0 do Pico é conectada à porta de entrada do Hub Extensor I2C.
• Periféricos Conectados ao Hub:
  • MPU-6050 (Acelerômetro/Giroscópio): Endereço I2C 0x68.
  • BH1750 (Sensor de Luminosidade): Endereço I2C 0x23.

• Pinos do Pico: GPIO 14 (SDA) e GPIO 15 (SCL).
• Dispositivo:
  • SSD1306 (Display OLED): Endereço I2C 0x3C.

• Pino do Pico: GPIO 2.
• Dispositivo:
  • Servo Motor SG90: Controlado via sinal PWM.

O firmware é modular, com drivers dedicados para cada periférico, um módulo de inicialização centralizado.

• Drivers de Periféricos: Módulos (.c/.h) para MPU-6050, BH1750, SSD1306 e Servo encapsulam a comunicação de baixo nível.
• Módulo de Inicialização (init.c): A função initializeSystem() configura ambos os barramentos I2C, o PWM e chama as rotinas de inicialização de cada driver.
• Aplicação Principal (main.c): Contém o loop principal que sequencialmente lê os sensores, processa os dados, comanda o servo e atualiza o display.