Adentrándonos en el mundo de la detección ultrasónica con el sensor HC-SR04

Introducción 

En el cada vez más innovador mundo de la robótica y los sistemas embebidos, el sensor ultrasónico HC-SR04 ha ganado un lugar destacado por su versatilidad y accesibilidad. En este tutorial, te presentaremos este poderoso sensor, desglosaremos su funcionalidad y te mostraremos la forma práctica de usarlo.

¿Qué es el HC-SR04?

El HC-SR04 es un sensor de distancia o proximidad ultrasónica, de bajo costo y alta precisión, utilizado ampliamente en proyectos de robótica y de sistemas embebidos.

Este sensor contiene un transmisor y un receptor ultrasónicos. Funciona enviando un pulso ultrasónico (sonido de alta frecuencia) y luego esperando a recibir el eco de este pulso. Como el sonido se propaga a una velocidad constante, el sensor puede calcular la distancia al objeto que reflejó el pulso midiendo el tiempo que tardó el eco en regresar.

Las principales características del HC-SR04 son:

  • Rango de medición: de 2 cm a 4 metros.
  • Alimentación: 5V DC.
  • Ángulo de apertura de 15 grados.
  • Precisión: alrededor de 3 mm.
  • Interfaz digital: utiliza solamente dos pines (trig y echo) para la comunicación con un microcontrolador.

Se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo la detección de objetos o movimientos, la medición de distancias, la navegación de robots, y más.

 ¿Cómo funciona?

Usa el método de medición de distancia mediante la longitud del pulso alto, también conocido como "Time of Flight" (TOF):

Así es cómo funciona:

  1. Emisión del pulso ultrasónico: El sensor envía un pulso ultrasónico, que es una onda sonora de alta frecuencia que es inaudible para los humanos. Este pulso se propaga a través del aire hasta que encuentra un objeto y rebota.

  2. Espera del eco: El sensor luego escucha el eco del pulso. Cuando el eco llega al sensor, este genera un pulso alto en su pin de "Echo".

  3. Cálculo del tiempo de viaje: La duración de este pulso alto es igual al "tiempo de vuelo" del pulso ultrasónico, es decir, el tiempo que tardó desde que se emitió el pulso hasta que se recibió el eco.

  4. Cálculo de la distancia: Dado que la velocidad del sonido en el aire es prácticamente constante (alrededor de 343 metros/segundo), se puede calcular la distancia al objeto utilizando la fórmula: Distancia = (Tiempo de vuelo x Velocidad del sonido) / 2. Se divide por 2 porque el tiempo de vuelo incluye el tiempo que tarda el pulso ultrasónico en viajar hacia el objeto y el tiempo que tarda el eco en regresar.

Conexión 

Conectar el sensor ultrasónico HC-SR04 a Arduino es un proceso simple que sólo requiere cuatro conexiones:

  1. VCC: Conecta el pin VCC del HC-SR04 al pin 5V de la placa Arduino. 

  2. GND: Conecta el pin GND (tierra) del HC-SR04 al pin GND de la placa Arduino.

  3. Trig (Trigger): Conecta el pin Trig del HC-SR04 a cualquier pin digital de la placa Arduino; por ejemplo, al pin digital 9. Este pin es usado para iniciar el sensor enviando un pulso ultrasónico.

  4. Echo: Conecta el pin Echo del HC-SR04 a cualquier pin digital de la placa Arduino; por ejemplo, al pin digital 8. Este pin es usado para recibir el eco del pulso ultrasónico.

 Programación 

Sube el siguiente sketch a un Arduino con el HC-SR04 conectado y abre el monitor serial a 9600 bauds:

 Resultados

La precisión de estos sensores puede verse afectada por varios factores, incluyendo la temperatura del aire, la humedad y la naturaleza del objeto (forma, tamaño, material, etc).

Conclusiones

Ahora estas bien equipado para integrar este sensor en tus propios proyectos y explorar nuevas dimensiones en el campo de la robótica y la automatización, algunos proyectos en los que podrias implementar este sensor son: 

  1. Detección de obstáculos
  2. Sistema de seguridad para detectar movimiento o presencia en un área determinada.
  3. Sistema de estacionamiento asistido, que detecta la distancia al vehículo más cercano y muestra la distancia restante utilizando un conjunto de luces LED o un zumbador para alertar al conductor cuando se acerque demasiado.

Recuerda que la única limitación a lo que puedes hacer con el sensor es tu propia imaginación.

 

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