Dominando los Circuitos de Sensor Ultrasónico: La Guía Definitiva

Animales como delfines y murciélagos usan ruido acústico y sonido para navegar y exponer su entorno. Este fenómeno se llama ecolocalización. A pesar de ser descubierto primero en animales no humanos, no es único para ellos. Por ejemplo, las personas ciegas han demostrado la capacidad de ecolocalizar también. Sin embargo, más importante aún, lo hemos adaptado a la tecnología moderna. Un buen ejemplo de esto es el circuito de sensor ultrasónico. Esta guía explorará qué es, qué hace y cómo puedes crear el tuyo propio.

¿Qué es un Sensor Ultrasónico?

Fuente:https://commons.wikimedia.org

El ultrasonido describe una onda de sonido que es una frecuencia más allá del rango de audición humana. Como tal, lo hace un gran candidato para la ecolocalización sintética.

Muy parecido a los sistemas de sonido hipersónico, los sensores ultrasónicos funcionan en este principio emitiendo ondas de sonido. Estas ondas de sonido rebotarán en los objetos y regresarán al sensor. Subsecuentemente, el sensor calculará la distancia midiendo el tiempo de viaje y la velocidad del sonido desde su base hasta el objeto.

Así, simplemente dicho, los sensores ultrasónicos son esencialmente una forma rentable y confiable de medir y detectar presencia de objetos y la distancia entre objetos. Funcionan como un término medio entre el sensor de proximidad y el sensor de distancia láser en rango y costo. Esencialmente, los sensores ultrasónicos cubren una mayor distancia que los sensores de proximidad pero una distancia menor que los sensores de distancia láser.

Aplicaciones y Beneficios Clave de los Sensores Ultrasónicos

Aquí hay un resumen de algunas de las ventajas y usos de los sensores ultrasónicos:

• Pueden detectar objetos pequeños a grandes distancias (50mm a 3.5m)
• Sus capacidades de medición y detección son indiscriminadas de la superficie y textura de un objetivo
• Los sensores ultrasónicos son geniales para la detección y medición de:
  • Materiales sólidos como metal, madera, plástico, papel, corcho, vidrio, etc.
  • Productos enrollados como tejidos y textiles
  • Productos a granel como azúcar, harina, papas, etc.
  • Líquidos como agua, aceite, jugo, etc.
• Son ideales para aplicaciones de salud como escáneres de embarazo
• Podemos usarlos en sistemas de detección de colisiones para autos
• Los sensores ultrasónicos son independientes del color del objetivo
• Son independientes del ruido ambiental, niveles de luz y cambios de temperatura
• Los sensores ultrasónicos son independientes de vapor, niebla, polvo y alta humedad
• Son de estado sólido – tienen una vida útil casi ilimitada y libre de mantenimiento

Tipos de Sensores Ultrasónicos

Podemos dividir los sensores ultrasónicos en tres grupos o tipos:

• Detección de objetos: Estos tipos de sensores ultrasónicos solo tienen salidas discretas encendido/apagado.
• Medición de distancia (sensor de distancia ultrasónico): Estos sensores ultrasónicos usan el tiempo de viaje para determinar la distancia entre objetos. Solo tienen una salida analógica.
• Tipo combinado: estos tipos de sensores ultrasónicos tienen capacidades tanto de detección de objetos como de medición de distancia

En la mayoría de los casos, solo hay una diferencia de precio del 15% entre un sensor que tiene ambas capacidades y el sensor mínimo menos costoso. Sin embargo, elegir el sensor ideal puede ser un poco abrumador con todas las opciones disponibles.

Por eso es bueno entender todas las especificaciones y parámetros disponibles (salida, diámetro, distancia, etc.)

Cómo Hacer un Circuito de Sensor Ultrasónico

En esta sección de la guía, exploraremos cómo crear y trabajar con tu propio sensor ultrasónico.

Componentes y Materiales

• Protoboard sin soldar de 400 puntos
• 6 cables jumper
• Arduino Mega 2560 REV3
• Sensor Ultrasónico HC-SR04
• Cinta métrica

También necesitarás una computadora y algún conocimiento práctico del Arduino IDE.

Información Previa

Antes de comenzar con el tutorial, cubramos algunas cosas sobre el sensor ultrasónico HC-SR04. Primero, notarás que los componentes más grandes en el sensor ultrasónico HC-SR04 son dos cilindros idénticos. El cilindro izquierdo es lo que conocemos como el transmisor, mientras que el otro es el receptor. Consecuentemente, puedes saber cuál es cuál por las etiquetas en la placa (T = transmisor y R = Receptor).

El transmisor envía ondas ultrasónicas mientras que el receptor detecta cualquier onda que rebote de un objeto. Notarás que el sensor ultrasónico HC-SR04 tiene cuatro pines:

• Pin Vcc: Un pin de entrada que alimenta el módulo (5V)
• Pin GND: El pin de tierra – lo conectas a tierra en tu microcontrolador
• Pin TRIG: El pin de disparo – el pin del transmisor (pin de salida que conecta el componente transmisor) – transmite un pulso de disparo
• Pin ECHO: Un pin de salida para recibir señales (conecta al componente receptor)

Sin embargo, este proyecto tiene como objetivo detectar un objeto frente al sensor y luego mostrarlo. En este caso, el proyecto mostrará los resultados en el monitor serial. Si quieres agregar alguna funcionalidad o complejidad a este proyecto, puedes agregar una pantalla RGB.

Instrucciones

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Conectando la placa Arduino al Sensor HC-SR04

Primero, cableemos nuestro circuito. De nuevo, notarás que el proyecto es lo suficientemente simple como para usar cualquier microcontrolador Arduino barato.

1. Usa uno de tus cables jumper para conectar el pin Vcc del sensor HC-SR04 al header 5V en el Arduino Mega.
2. *Nota: puedes usar la protoboard como puente o conectar el módulo HC-SR04 directamente al Arduino
3. Luego, conecta el Gnd/GND en el módulo del sensor ultrasónico a la tierra (GND) en el microcontrolador Arduino
4. Conecta el pin Trig (disparo) del módulo del sensor ultrasónico al header 10 en el microcontrolador Arduino
5. Finalmente, conecta el pin Echo al header 11 en el microcontrolador Arduino

Una vez que hayas asegurado las conexiones anteriores, puedes empezar a trabajar en el código. Necesitarás conectar tu microcontrolador Arduino a tu PC a través de un cable. De nuevo, debes asegurarte de que hayas instalado el Arduino IDE y que sea funcional en dicha computadora.

Programando el Proyecto

1. Conecta la placa Arduino a tu computadora.
2. Ejecuta el Arduino IDE.
3. Crea un nuevo boceto y nómbralo sketch_nov08a.
4. Luego, incluye la librería NewPing.h. (#Include <NewPing.h>)
5. *Nota: La librería NewPing.h contiene una increíble variedad de clases y funciones que hacen que programar para tu componente ultrasónico sea fácil.
6. Luego, instancia un objeto NewPing y nómbralo Sonar (NewPing sonar(10,11, 20)). Consecuentemente, el constructor Sonar acepta tres parámetros:
   • El pin de disparo
   • El pin de eco
   • La distancia máxima en centímetros (el sensor HC-SR04 tiene una distancia máxima de 4m)
7. Bajo la función setup, llama a la función begin de la librería de comunicación Serial y usa 9600 como argumento – Serial.begin(9600)
8. Luego, llama a la función delay con 60 milisegundos como argumento (delay(50))
9. Bajo la función loop, agrega una llamada a la función print de la librería Serial con "La distancia es:" como argumento (Serial.print("La distancia es:")).
10. De nuevo, agrega otra llamada a la función print. Pero esta vez, agrega una llamada anidada a la función ping_cm del objeto sonar como argumento (Serial.print(sonar.ping_cm())).
11. Finalmente, agrega un retraso de 1 segundo (delay(1000))

Una vez hecho eso, ejecuta el código y pórtaalo al puerto que tengas conectado el cable. El boceto final debería verse así:

Fuente: https://imgur.com/5pWRX1e

Si has escrito y compilado el código anterior correctamente, tu pantalla de consola/monitor serial se verá así cada vez que coloques un objeto frente al sensor:

Fuente: https://imgur.com/fTg4D5K

Si estás interesado en un proyecto más desafiante, ¿por qué no visitas nuestra guía de Sensor de Proximidad Arduino?

Conclusión

Trabajar con ultrasónico o ultrasonido es una gran manera de mostrar cómo podemos usar la ecolocalización en la tecnología cotidiana. La guía anterior exploró qué es un sensor ultrasónico. Además, para ayudarte a entender el concepto de detección ultrasónica, también incluimos un breve tutorial que te muestra cómo usar un módulo ultrasónico con un microcontrolador Arduino. Sin embargo, esperamos que hayas disfrutado leyendo esta guía. Como siempre, gracias por leer.