Circuito de sensor ultrasónico:una guía completa

Los animales como los delfines y los murciélagos utilizan el ruido acústico y el sonido para navegar y exponer su entorno. Este fenómeno se llama ecolocalización. A pesar de ser descubierto por primera vez en animales no humanos, no es exclusivo de ellos. Por ejemplo, las personas ciegas también han mostrado la capacidad de ecolocalización. Sin embargo, lo que es más importante, lo hemos adaptado a la tecnología moderna. Un buen ejemplo de esto es el circuito del sensor ultrasónico. Esta guía explorará qué es, qué hace y cómo puedes crear el tuyo propio.

¿Qué es un sensor ultrasónico?

Sensor ultrasónico Sparki

Fuente: https://commons.wikimedia.org

El ultrasonido describe una onda de sonido que es una frecuencia más allá del rango del oído humano. Como tal, lo convierte en un gran candidato para la ecolocalización sintética.

Al igual que los sistemas de sonido hipersónicos, los sensores ultrasónicos funcionan según este principio al emitir ondas de sonido. Estas ondas de sonido luego rebotan en los objetos y regresan al sensor. Posteriormente, el sensor calculará la distancia midiendo el tiempo de viaje y la velocidad del sonido desde su base hasta el objeto.

Por lo tanto, en pocas palabras, los sensores ultrasónicos son esencialmente una forma rentable y confiable de medir y detectar la presencia de objetos y la distancia entre los objetos. Funcionan como un término medio entre el sensor de proximidad y el sensor de distancia láser en alcance y costo. Esencialmente, los sensores ultrasónicos cubren una distancia mayor que los sensores de proximidad pero una distancia más corta que los sensores de distancia láser.

Médico sosteniendo una varita de ultrasonido transvaginal

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 (50 mm a 3,5 m)
• Sus capacidades de medición y detección no discriminan la superficie y la textura de un objetivo
• Los sensores ultrasónicos son excelentes para la detección y medición de:
  • Materiales sólidos como metal, madera, plástico, papel, corcho, vidrio, etc.
  • Productos laminados como tisú y textiles
  • Productos a granel como azúcar, harina, patatas, etc.
  • Líquidos como agua, aceite, jugo, etc.
• Son ideales para aplicaciones de atención médica, como escaneos de embarazo
• Podemos usarlos en sistemas de detección de colisiones para automóviles
• Los sensores ultrasónicos son independientes del color del objetivo
• Son independientes del ruido ambiental, los niveles de luz y los cambios de temperatura
• Los sensores ultrasónicos son independientes del vapor, la niebla, el polvo y la humedad alta
• Son de estado sólido:tienen una vida útil casi ilimitada y no requieren 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 de encendido/apagado.
• Medición de distancia (sensor ultrasónico de distancia):estos sensores ultrasónicos utilizan el tiempo de viaje para determinar la distancia entre objetos. Sólo tienen una salida analógica.
• Tipo combinado:estos tipos de sensores ultrasónicos tienen capacidades tanto de detección de objetos como de medición de distancias

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 comprender 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 su propio sensor ultrasónico.

Componentes y Materiales

• Protoboard de circuito de 400 puntos sin soldadura
• 6 cables de puente
• Arduino Mega 2560 REV3
• Sensor ultrasónico HC-SR04
• Cinta métrica

También necesitará una computadora y algunos conocimientos prácticos del IDE de Arduino.

Información de requisitos previos

HC-SR04 Sensor ultrasónico

Antes de comenzar con el tutorial, cubramos algunas cosas sobre el sensor ultrasónico HC-SR04. Primero, notará que los componentes más grandes del 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. En consecuencia, puede 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 las ondas que rebotan en 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 conexión a tierra:lo conecta a tierra en su microcontrolador
• Pin TRIG:el pin del disparador, el pin del transmisor (pin de salida que conecta el componente del transmisor), transmite un pulso de disparo
• Pin ECHO:un pin de salida para recibir señales (se conecta al componente del 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 desea agregar alguna funcionalidad o complejidad a este proyecto, puede agregar una pantalla RGB.

Instrucciones

Diagrama del sensor ultrasónico de Arduino

Fuente: https://commons.wikimedia.org/

Conexión de la placa Arduino al sensor HC-SR04

Primero, conectemos nuestro circuito. Nuevamente, notará que el proyecto es lo suficientemente simple como para que pueda usar cualquier microcontrolador Arduino barato.

1. Use uno de sus cables de puente para conectar el pin Vcc del sensor HC-SR04 al encabezado de 5V en el Arduino Mega.

*Nota: puede usar la placa de prueba como puente o conectar el módulo HC-SR04 directamente al Arduino

2. A continuación, conecte Gnd/GND en el módulo del sensor ultrasónico al encabezado de tierra (GND) en el microcontrolador Arduino

3. Conecte el pin Trig (disparador) del módulo del sensor ultrasónico al encabezado 10 en el microcontrolador Arduino

4. Finalmente, conecte el pin Echo al encabezado 11 en el microcontrolador Arduino

Una vez que haya terminado de asegurar las conexiones anteriores, puede comenzar a trabajar en el código. Deberá conectar su microcontrolador Arduino a su PC a través de un cable. Nuevamente, debe asegurarse de haber instalado el IDE de Arduino y que funciona en dicha computadora.

Programación del proyecto

1. Conecte la placa Arduino a su computadora.

2. Ejecute el IDE de Arduino.

3. Cree un nuevo boceto y asígnele el nombre sketch_nov08a.

4. A continuación, incluya la biblioteca NewPing.h. (#Incluir )

*Nota:La biblioteca NewPing.h contiene una gran cantidad de clases y funciones que facilitan la codificación de su componente ultrasónico.

5. A continuación, cree una instancia de un objeto NewPing y asígnele el nombre Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). En consecuencia, el constructor de Sonar acepta tres parámetros:

• El pasador del gatillo
• El pin de eco
• La distancia máxima en centímetros (el sensor HC-SR04 tiene una distancia máxima de 4m)

6. Bajo la función de configuración, llame a la función de inicio desde la biblioteca de comunicación Serial y use 9600 como argumento – Serial. comenzar(9600)

7. A continuación, llame a la función de retraso con 60 milisegundos como argumento (delay(50) )

8. En la función de bucle, agregue una llamada a la función de impresión desde la biblioteca Serial con "La distancia es:" como argumento (Serial. print("La distancia es:") ).

9. Nuevamente, agregue otra llamada a la función de impresión. Pero esta vez, agregue una llamada anidada a la función ping_cm desde el objeto de sonda como argumento (Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. Finalmente, agregue un retraso de 1 segundo (delay(1000))

Una vez hecho esto, ejecute el código y transfiéralo al puerto al que haya conectado el cable. El boceto final debería verse así:

Captura de pantalla del boceto

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

Si ha escrito y compilado correctamente el código anterior, la pantalla de su consola/monitor serial se verá así cada vez que coloque un objeto frente al sensor:

Captura de pantalla de salida

Fuente: https://imgur.com/fTg4D5K

Si está interesado en un proyecto más desafiante, ¿por qué no visita nuestra guía de sensores de proximidad Arduino?

Conclusión

Trabajar con ultrasonido o ultrasonido es una excelente manera de mostrar cómo podemos usar la ecolocalización en la tecnología cotidiana. La guía anterior exploró qué es un sensor ultrasónico. Además, para ayudarlo a comprender el concepto de detección ultrasónica, también incluimos un breve tutorial que le muestra cómo usar un módulo ultrasónico con un microcontrolador Arduino. No obstante, esperamos que haya disfrutado leyendo esta guía. Como siempre, gracias por leer.