Sistema de Detección Temprana de Inundaciones con Arduino – Código Fuente y Diseño Circuito

Sistema de Monitorización Temprana de Inundaciones – Circuito y Código Fuente del Proyecto

En países en desarrollo y desarrollados, las inundaciones son desastres naturales masivos que causan pérdida de vidas humanas, animales y propiedades. Inundaciones por terremotos en océanos, huracanes, lluvias y otros desastres ocurren en muchas partes del mundo cada año.

Durante lluvias, sistemas de drenaje no gestionados en diversas regiones geográficas provocan inundaciones y pérdida de vidas. Si tuviéramos un sistema que alertara tempranamente sobre inundaciones, podríamos salvar vidas. Un sistema que use tecnología para detectar aumento nivel agua y alertar a personas antes para evacuación.

En este proyecto presentamos un prototipo para detectar nivel agua en estanque, presa o embalse y enviar alerta mediante zumbador. Es prototipo a pequeña escala usando Arduino UNO, sensor ultrasónico, zumbador, LCD y cables conexión.

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Diagrama Circuito para Detección Temprana Inundaciones

Componentes Requeridos

• Arduino UNO
• Sensor Ultrasónico HC-SR04
• Zumbador (Buzzer)
• Pantalla LCD 16×2
• Cables puente o de conexión

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Ahora, conozcamos los componentes usados en este circuito básico uno por uno.

Arduino UNO

Arduino es plataforma código abierto para desarrollar proyectos electrónicos. Se programa, borra y reprograma fácilmente en cualquier momento. Hay muchas placas Arduino: UNO, Nano, Mega, Lilypad, etc. con especificaciones diferentes según uso.

En este proyecto usamos Arduino UNO para controlar electrodomésticos automáticamente. Tiene microcontrolador ATmega328 a 16MHz. Trabaja con protocolos USART, I2C y SPI.

Se programa usualmente con software Arduino IDE mediante cable micro USB. ATmega328 viene con gestor de arranque preprogramado facilitando carga código sin hardware externo. Amplias aplicaciones en proyectos/productos electrónicos. Lenguajes C y C++ usados para programar, muy fáciles de aprender.

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Arduino IDE facilita programación separando código en dos partes: void setup() y void loop(). setup() ejecuta una vez para iniciar procesos; loop() contiene código que se ejecuta continuamente.

Este modelo tiene 6 pines entrada analógica y 14 pines GPIO digitales (6 con salida PWM) usando pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() y analogRead(). 6 canales analógicos pines A0-A5 con resolución 10 bits.

La placa se alimenta por USB (5V) o conector DC (7-20V). Regulador voltaje integrado genera 3.3V para dispositivos baja potencia.

ATmega328 usa USART, SPI e I2C: pines 0 (Rx) y 1 (Tx) para USART; SDA (A4) y SCL (A5) para I2C; SS (10), MOSI (11), MISO (12), SCK (13) para SPI.

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Sensor Ultrasónico HC-SR04

HC-SR04 es sensor ultrasónico que mide distancias sin contacto humano. Funciona con principio similar a RADAR y SONAR, midiendo distancias de forma precisa.

Teóricamente mide hasta 450 cm, pero prácticamente 2 cm a 80 cm con precisión 3 mm. Funciona a 5V, corriente <15mA y frecuencia 40 Hz.

HC-SR04 tiene un transmisor y un receptor. La distancia se calcula con fórmula básica velocidad, distancia, tiempo:

Distancia = Velocidad × Tiempo

El transmisor emite onda ultrasónica al aire. Si onda refleja en objeto dentro del rango, el receptor la recibe. Para calcular distancia necesitamos velocidad y tiempo.

Velocidad onda ultrasónica ≈ 330 m/s. Tiempo medido por circuito en microcontrolador. Pin Echo se pone HIGH durante el tiempo que tarda la onda en regresar al receptor. Así calculamos distancia entre objeto y sensor HC-SR04.

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Interfaz HC-SR04 con Arduino UNO

HC-SR04 puede usarse con microcontroladores como Arduino, PIC, Raspberry Pi, etc. En este proyecto interfaz HC-SR04 con Arduino UNO. Módulo HC-SR04 tiene 4 pines: VCC, GND, Trig y Echo.

Alimentamos HC-SR04 con 5V y GND a Arduino UNO. Pines Trigger y Echo son entrada/salida, así que conectan a pines entrada/salida Arduino. Para medir distancia, ponemos pin trigger HIGH 10 microsegundos y luego LOW.

Esto genera onda ultrasónica 40 kHz que va al objeto y refleja al receptor. Si detecta objeto, retorna inmediatamente al receptor y pin Echo se pone HIGH por el tiempo de retorno.

Este tiempo multiplicado por velocidad onda (330 m/s) da distancia entre módulo HC-SR04 y objeto.

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Pantalla LCD 16×2

Interfaz LCD 16×2 con Arduino UNO es sencilla. Hay varios tipos LCD pero usamos 16×2: dos filas, 16 caracteres cada una.

Este módulo tiene controlador HD44780 de Hitachi para interfaz y comunicación con microcontroladores. Funciona en modo 4 bits (4 pines datos) y 8 bits (8 pines datos). Usaremos modo 4 bits por requerir menos cables y simplificar circuito.

Descripción Pines Módulo LCD 16×2:

Pin en LCD	Descripción
VSS	Pin Tierra (Ground)
VCC	Alimentación +5V
VEE	Pin para ajustar contraste LCD
RS	Selección Registro: Modo Datos o Comando
RW	Modo Lectura o Escritura
E	Habilitar LCD
DB0-DB7	Pines para datos y comandos
LED+	Ánodo LED retroiluminación
LED-	Cátodo LED retroiluminación

Este LCD no tiene luz propia; hay LED detrás de pantalla que actúa como retroiluminación. Interfaz con Arduino UNO es fácil gracias a librería LiquidCrystal de Arduino IDE con funciones integradas para inicializar e imprimir en pantalla. Funciones LCD usadas principalmente:

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
lcd.begin()
lcd.clear()
lcd.print()

Funcionamiento Sistema Detección Temprana Inundaciones y Código Fuente

Un sensor ultrasónico se coloca en nivel base de forma que transmisor y receptor miren hacia nivel agua. Arduino UNO mide distancia entre sensor y nivel agua.

El LCD muestra la distancia. Establecemos umbral para nivel inundación y cuando agua alcance ese umbral, ponemos zumbador HIGH y LCD muestra texto alertando sobre inundación.

Explicación Código

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7);
lcd.begin(16,2);

Se incluye librería integrada para LCD. Función LiquidCrystal lcd() toma números pin datos conectados a Arduino UNO. Lcd.begin() inicia LCD 16×2.

pinMode(18, OUTPUT); // pin trigger
pinMode(19, INPUT);  // pin echo
pinMode(20, OUTPUT); // zumbador

Pines 18 y 20 configurados salida para trigger y zumbador; pin 19 entrada para echo.

t = pulseIn(19, HIGH);
dist = t * 340 / 20000;

Variable tiempo 't' detecta tiempo hasta pin trigger HIGH, usado para calcular distancia en centímetros almacenada en 'dist'.

if (dist < 40) {
  digitalWrite(20, HIGH);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Nivel agua subiendo. Evacuen");
  delay(2000);
} else {
  digitalWrite(20, LOW);
  delay(2000);
}

Condición inundación: distancia entre nivel agua y sensor ultrasónico ≤ 40cm. Al alcanzar 40cm o menos, zumbador HIGH para alerta y LCD muestra mensaje evacuación.

Código Fuente Completo:

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(2,3,4,5,6,7);
float t = 0;
float dist = 0;

void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  pinMode(18, OUTPUT); // trigger
  pinMode(19, INPUT);  // echo
  pinMode(20, OUTPUT); // buzzer
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(" Detector Nivel Agua");
  delay(2000);
}

void loop() {
  lcd.clear();
  digitalWrite(20, LOW);
  digitalWrite(18, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(18, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(18, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  t = pulseIn(19, HIGH);
  dist = t * 340 / 20000;
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Distancia: ");
  lcd.print(dist/100);
  lcd.print(" m");
  delay(1000);
  if (dist < 40) {
    digitalWrite(20, HIGH);
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Nivel agua subiendo. Evacuen");
    delay(2000);
  } else {
    digitalWrite(20, LOW);
    delay(2000);
  }
}

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