Robô Sumô — ESP32-C3 SuperMini

Robô de sumô autônomo para a categoria Mini Sumô do Sumô Tech Fight (InovaWeek, Universidade Vila Velha). Procura o oponente com um ultrassônico, avança e empurra; o sensor IR vigia a borda da arena e traz o robô de volta antes que ele saia.

Material

Qtd	Componente
1	ESP32-C3 SuperMini + extension board
1	Ponte H L298N (módulo micro)
2	Motor DC (2 rodas)
1	HC-SR04 — ultrassônico, acha o oponente
1	Módulo IR — saída analógica (AO), vigia a borda
1	Bateria 7,8 V
1	Step-down 5 V (ver Alimentação)
—	Resistores: 1 kΩ, 2 kΩ, 2× 10 kΩ (divisores) e 10 kΩ (pull-down do EN)
—	Receptor do controle do edital — pino reservado, ainda não montado

Pinagem

A pinagem foi arrumada para a ponte H encaixar de uma vez, num conector só.

Fileira A — 5 · 6 · 7 · 8 · 9 · 10 · 20 · 21

GPIO	Sinal	Vai para
5	IN1	L298N — canal A (roda esquerda)
6	IN2	L298N — canal A (roda esquerda)
7	IN3	L298N — canal B (roda direita)
8	—	strapping — sem contato no conector
9	—	strapping (BOOT) — sem contato no conector
10	IN4	L298N — canal B (roda direita)
20	ENA + ENB	L298N — ALTO habilita as duas pontes
21	reservado	receptor do controle do edital

IN1 a IN4 ocupam uma barra de 6 vias cobrindo 5 → 10, com as posições do 8 e do 9 sem pino no conector.

Por que essas duas ficam vazias: são pinos de strapping, e o nível deles no instante do reset decide de onde a placa dá boot. O 9 é o BOOT — se algo o puxar para baixo na hora de ligar, a placa entra em modo de gravação e o firmware nunca roda. Não existe corrida de quatro pinos úteis seguidos nesta placa: o 2 quebra a fileira B, o 8 e o 9 quebram a A. Três seguidos é o máximo, e é por isso que o IN4 pula para o 10 em vez de continuar a sequência.

Fileira B — 0 · 1 · 2 · 3 · 4

GPIO	ADC	Sinal	Vai para
0	ADC1_CH0	AO	IR de borda — via divisor 10 k / 10 k
1	ADC1_CH1	—	livre
2	—	—	strapping
3	—	TRIG	HC-SR04 — 3,3 V direto, sem divisor
4	—	ECHO	HC-SR04 — via divisor 1 k / 2 k

O HC-SR04 ficou com o par adjacente 3/4, então ele também entra de uma vez, num conector de 2 vias.

L298N — pinagem do módulo

Pino do módulo	Liga em
VMS / +12V / Vs	bateria 7,8 V
+5V (Vss, lógica)	trilho de 5 V — ver o aviso abaixo
GND	GND comum
IN1	GPIO 5
IN2	GPIO 6
IN3	GPIO 7
IN4	GPIO 10
ENA	GPIO 20
ENB	GPIO 20 — mesmo fio do ENA
OUT1 / OUT2	motor esquerdo
OUT3 / OUT4	motor direito

ENA e ENB vão juntos porque nunca foi preciso desligar um lado sozinho — e amarrar os dois economiza um GPIO.

A lógica do L298N quer 5 V, não 3,3 V. O Vss do CI é especificado para 4,5 a 7 V. Isso é a alimentação; as entradas são outra coisa, e nelas o L298N pede Vih ≥ 2,3 V — os 3,3 V da C3 passam com folga, sem level shifter.

Ponha um pull-down de 10 kΩ do EN para o GND. Entre aplicar energia e o setup() rodar existe quase um segundo em que o GPIO 20 ainda não é saída: ele flutua, e EN flutuando pode habilitar a ponte com os IN em estado indefinido. O sintoma é um tranco nas rodas toda vez que liga. O resistor amarra o EN em BAIXO nesse intervalo. Vale ainda mais aqui porque o GPIO 20 é o U0RXD, e o bootloader da ROM mexe nele antes do nosso código existir.

Divisores de tensão

A ESP32-C3 é 3,3 V e não tolera 5 V nos GPIO. Os dois sensores operam em 5 V, então cada um tem o seu divisor. R1 fica em série com o sinal, R2 vai do nó para o GND, e o GPIO se conecta ao nó.

 Vout = Vin × R2 / (R1 + R2)

1. ECHO do HC-SR04 → GPIO 4

   ECHO (5 V) ──[ R1 = 1 kΩ ]──┬── GPIO 4
                               │
                          [ R2 = 2 kΩ ]
                               │
                              GND

Vout = 5 V × 2k / (1k + 2k) = 3,33 V — abaixo dos 3,6 V de máximo absoluto do GPIO.

2. AO do IR → GPIO 0 (ADC1)

   AO (5 V) ──[ R1 = 10 kΩ ]──┬── GPIO 0  (ADC1_CH0)
                              │
                         [ R2 = 10 kΩ ]
                              │
                             GND

Vout = 5 V × 10k / (10k + 10k) = 2,50 V

Por que não 1 k / 2 k aqui também: o ECHO é digital e só precisa caber abaixo de 3,6 V. Este é analógico, e o ADC da C3 satura perto de 3,1 V — parar em 2,5 V mantém a escala inteira dentro da faixa linear.

O divisor divide também o limiar. IR_LIMIAR_MV é a tensão medida no GPIO, já dividida. Com razão de 0,5, um limiar de 1600 mV no código corresponde a 3,2 V na saída do módulo.

Alimentação

Trilho	Origem	Alimenta
7,8 V	bateria, direto	Vs do L298N (motores)
5 V	step-down a partir da bateria	Vss do L298N, pino 5V da ESP32, VCC do HC-SR04, VCC do IR
GND	—	um único ponto comum: bateria, ponte, sensores e ESP

O step-down não é opcional. A bateria não pode ir direto na ESP32: o regulador do C3 SuperMini (ME6211) aceita cerca de 6,5 V, e 7,8 V queima o componente. Na bancada dá para pular isso alimentando a ESP32 pelo cabo USB, com a bateria ligada só no Vs da ponte.

Se o seu módulo L298N tiver o regulador de 5 V embarcado com jumper (muitos têm, e ele funciona com Vs até 12 V), esse 5 V pode substituir o step-down. Confira no módulo antes de contar com isso.

O GND comum não é detalhe de alimentação — é a referência contra a qual "alto" e "baixo" existem. Um módulo com o terra fora do comum já custou uma sessão inteira de diagnóstico neste projeto.

O que o L298N custa: ele é Darlington bipolar e derruba cerca de 2 V na própria ponte, mais sob carga. Dos 7,8 V da bateria o motor vê perto de 5,8 V, e a diferença vira calor no dissipador. Uma ponte MOSFET (TB6612, DRV8833) derruba ~0,5 V no mesmo lugar.

Ajuste do comportamento

Os três números que mais mudam ficam no topo do config.h:

Constante	Padrão	O que faz
IR_LIMIAR_MV	1600	mV no GPIO que separam o piso preto da faixa branca
IR_BORDA_ABAIXO	1	1 = a faixa branca é a leitura mais baixa
US_ALCANCE_CM	60	até onde um eco conta como oponente

Como calibrar o IR: com o monitor serial aberto, p mede o piso preto e b mede a faixa branca (600 ms cada, e avisa se a leitura estiver instável). Ponha IR_LIMIAR_MV no meio das duas medidas e regrave.

Lógica

A ordem de prioridade é o desenho do firmware, não uma sequência de if:

1. Borda — o IR é a trava de segurança. Uma task de prioridade 6 varre o ADC a 1 kHz e, ao ver a faixa clara, preempta o ataque no meio: freio, recuo e giro para dentro. O sentido do giro alterna a cada salvamento, para o robô não colher a mesma borda quando está preso entre duas.
2. Alvo — enquanto o HC-SR04 vê alguém à frente e o IR não vê borda, avança em cima e empurra. Abaixo de 18 cm vai com tudo.
3. Busca — sem alvo e sem borda, gira varrendo.

Como as direções saem de dois motores: tração diferencial. Frente e ré são as duas rodas iguais; girar é uma roda contra a outra. O PWM vai nos pinos IN e o EN fica fixo em ALTO — pela tabela-verdade do L298N isso alterna entre girar e frear (decaimento lento), que dá mais torque parado do que PWM no EN, que alternaria entre girar e roda livre. Num sumô o que decide a partida é o empurrão parado.

Modos de combate: NORMAL, LESMA, CAPIROTO, CACADOR, MURALHA, DANCINHA — multiplicam a afinação base e trocam pelo painel ou pela tecla m.

Compilar e gravar

Toolchain: PlatformIO, board esp32-c3-devkitm-1. Nenhuma biblioteca externa.

pio run                  # compila
pio run --target upload  # grava (porta autodetectada)
pio device monitor       # 115200 baud

O C3 SuperMini não tem chip USB-serial: o USB é nativo do MCU. É por isso que o platformio.ini liga ARDUINO_USB_CDC_ON_BOOT — sem essa flag o Serial não aparece, e esse silêncio costuma ser confundido com firmware travado no boot.

Painel web

Ao ligar, o robô sobe um ponto de acesso aberto:

• Rede ROBO_SUMO (sem senha)
• http://192.168.4.1 ou http://robosumo.local

Mostra distância, eco cru, leitura do IR em mV contra o limiar, PWM das rodas e o estado da máquina de estados. Aciona: start/stop, os seis modos e a pilotagem manual (frente, ré, girar para cada lado, parar). Não há ajuste de parâmetro na tela — a afinação é feita no código.

A pilotagem tem corte por silêncio: se a aba fechar ou o Wi-Fi cair com o robô andando, ele para sozinho em 700 ms.

Serial

115200 baud, uma linha por segundo com o olho, o IR e o sistema.

Tecla	Ação
s	autoteste
a	armar / parar
m	próximo modo
p	medir o piso preto
b	medir a faixa branca
?	ajuda

Leia o autoteste antes de suspeitar da lógica — a maior parte dos problemas deste projeto foi fiação, não software.

Pendente

O receptor do controle do edital tem o GPIO 21 reservado e nada mais: a decodificação do protocolo ainda não existe, então hoje quem arma o robô é o painel web ou a tecla a. Enquanto isso não entrar, o robô não atende ao artigo do regulamento que exige o receptor do juiz.