Countroller

Sistema interativo embarcado com matriz de LEDs, controle por joystick e feedback visual e sonoro

Sobre

Countroller é um sistema embarcado desenvolvido para o Raspberry Pi Pico W que integra hardware de entrada (joystick, botões) com saídas interativas (matriz de LEDs, display OLED, buzzers). O projeto demonstra conceitos fundamentais de sistemas embarcados, programação C modular e integração de componentes eletrônicos.

O projeto foi desenvolvido como trabalho final da Unidade 7 do programa EmbarcaTech, consolidando conhecimentos em programação embarcada, arquitetura de microcontroladores e IoT.

Destaques

• 🎮 Controle por joystick: navegação de cursor em matriz 5×5 de LEDs RGB
• 🔴 Matriz NeoPixel: 25 LEDs endereçáveis individualmente com cores customizáveis
• 📊 Display OLED: feedback visual em tempo real (posição do joystick, contadores de botões)
• 🔘 Sistema de botões: dois botões com contador de pressionamentos e feedback sonoro
• 🔊 Buzzers PWM: dois buzzers para feedback auditivo controlado por modulação de largura de pulso
• 🎨 Padrões pré-programados: exibição de padrões visuais (IF, PI, Coração) na matriz LED
• 🏗️ Arquitetura modular: código organizado em componentes independentes e reutilizáveis

Como Funciona

O sistema opera em um loop principal que realiza continuamente:

1. Leitura de entrada: captura posição do joystick (eixo X e Y via ADC) e estado dos botões
2. Atualização visual: posiciona LED na matriz de acordo com o joystick
3. Processamento de eventos: detecta pressionamentos de botões e incrementa contadores
4. Feedback multissensorial:
   • Exibe informações no display OLED
   • Aciona LEDs RGB de status
   • Toca feedback sonoro via buzzer

Ao inicializar, o sistema exibe três padrões animados (IF, PI, Coração) na matriz de LEDs como confirmação de funcionamento.

Hardware

Componente	Quantidade	Detalhes
Microcontrolador	1	Raspberry Pi Pico W
Matriz de LEDs	1	5×5 NeoPixel (WS2812B) — 25 LEDs RGB endereçáveis
Display	1	SSD1306 OLED 128×64 (I2C)
Buzzers	2	Controle PWM
Botões	2	Push buttons (A e B)
Joystick	1	Analógico com botão integrado
LEDs RGB	3	Vermelho, Verde, Azul para status

Mapeamento de Pinos

Componente	Pino GPIO	Tipo
Matriz NeoPixel	GPIO 7	Digital (PIO)
Display OLED (SDA)	GPIO 14	I2C
Display OLED (SCL)	GPIO 15	I2C
Joystick X	GPIO 26	ADC0
Joystick Y	GPIO 27	ADC1
Botão A	GPIO 5	Digital Input
Botão B	GPIO 6	Digital Input
Joystick Button	GPIO 22	Digital Input
Buzzer 1	GPIO 21	PWM
Buzzer 2	GPIO 10	PWM
LED Azul	GPIO 12	Digital Output
LED Vermelho	GPIO 13	Digital Output
LED Verde	GPIO 11	Digital Output

Tecnologias

Categoria	Tecnologia
Microcontrolador	Raspberry Pi Pico W
Linguagem	C11
Build System	CMake 3.13+
SDK	Raspberry Pi Pico SDK 1.5.1
Padrão	Modular C
Periféricos	I2C, ADC, GPIO, PWM, PIO

Estrutura do Projeto

Countroller/
├── CMakeLists.txt                 # Configuração de build
├── pico_sdk_import.cmake          # Importação do Pico SDK
├── include/                       # Headers
│   ├── buttons.h                 # Controle de botões e LEDs RGB
│   ├── buzzer.h                  # Controle de buzzers PWM
│   ├── display.h                 # Display OLED
│   ├── init.h                    # Inicialização do sistema
│   ├── joystick.h                # Leitura do joystick
│   ├── neopixel.h                # Controle da matriz LED
│   └── ssd1306/                  # Driver OLED
│       ├── ssd1306.h
│       ├── ssd1306_font.h
│       └── ssd1306_i2c.h
├── lib/
│   └── ssd1306/
│       └── ssd1306_i2c.c         # Implementação do driver OLED
├── pio/
│   └── ws2818b.pio               # Código PIO para NeoPixel
├── src/                          # Implementação
│   ├── main.c                    # Loop principal
│   ├── init.c                    # Inicialização
│   ├── buttons.c                 # Lógica de botões
│   ├── buzzer.c                  # Geração de som
│   ├── display.c                 # Saída OLED
│   ├── joystick.c                # Leitura analógica
│   └── neopixel.c                # Controle de LEDs
└── tools/                        # Utilitários
    ├── drawls.c                  # Ferramentas de desenho
    └── piskel_convert.c          # Conversão de padrões

Como Executar

Pré-requisitos

• Raspberry Pi Pico W
• Visual Studio Code com extensão Raspberry Pi Pico
• Raspberry Pi Pico SDK
• CMake 3.13 ou superior
• Compilador ARM GCC
• Hardware conectado conforme o mapeamento de pinos

Build

1. Clone o repositório

   git clone <repositório>
   cd Countroller

2. Configure o CMake

   mkdir build
   cd build
   cmake ..

3. Compile o projeto

   make

4. Transfira para o Pico

   Coloque o Pico em modo bootloader (segure BOOTSEL ao conectar) e copie o arquivo .uf2 gerado para o dispositivo.

Operação

Após o boot:

1. O sistema exibe três padrões animados (IF, PI, Coração) na matriz LED
2. Use o joystick para mover o LED pela matriz
3. Pressione os botões A ou B para incrementar contadores e ouvir feedback sonoro
4. O display OLED mostra posição do joystick e contadores dos botões
5. Os LEDs RGB indicam status do sistema

Demonstração

Confira o sistema em ação neste vídeo de demonstração:

Assista na íntegra

Utilitários

O projeto inclui ferramentas especializadas para geração de padrões visuais:

drawls.c

Arquivo que contém as definições dos padrões visuais (IF, PI, Coração) exibidos na matriz de LEDs durante a inicialização. Foi gerado utilizando Piskel App, uma ferramenta online para criação de pixel art e animações.

piskel_convert.c

Responsável por converter e processar os padrões gerados no Piskel para o formato apropriado de controle da matriz de LEDs. Realiza a transformação dos dados de desenho em comandos compatíveis com o sistema NeoPixel.

Decisões Arquiteturais

O projeto foi estruturado seguindo as melhores práticas para C embarcado:

• Modularização: Cada componente (botões, display, joystick, etc.) é implementado independentemente em seus próprios arquivos .c e .h
• Separação de responsabilidades: Lógica de hardware separada da lógica de aplicação
• Reutilizabilidade: Bibliotecas como SSD1306 podem ser facilmente portadas para outros projetos
• Eficiência: Uso direto do SDK do Pico sem abstrações desnecessárias

Essa organização foi baseada em Modular Code and How to Structure an Embedded C Project.

Aprendizados

O projeto consolida conhecimentos em:

• Sistemas embarcados: inicialização de hardware, configuração de periféricos
• Programação C modular: organização de código para manutenibilidade e reutilização
• Protocolos de comunicação: I2C, ADC, GPIO, PWM
• Interfaces de hardware: leitura de sensores analógicos, controle de atuadores
• Arquitetura de microcontroladores: recursos de GPIO, PIO, timers

Referências e Agradecimentos

Este projeto foi inspirado em exemplos do repositório BitDogLab-C:

• display_oled
• Joystick_led
• neopixel_pio
• button-buzzer
• button_led_rgb

Agradecimentos especiais ao Professor Jivago pelos recursos educacionais disponibilizados em seu canal no YouTube, que foram essenciais para compreender os conceitos e implementações dos diversos componentes.

Também expresso minha gratidão a todos os professores envolvidos no programa EmbarcaTech, cujo dedicado acompanhamento, classes síncronas e orientações foram fundamentais para minha formação.