HC sr04:¿Cómo funciona el sensor ultrasónico de distancia y cómo interactúa con Arduino?

Los ultrasonidos son ondas de sonido de tono alto con frecuencias que superan el rango audible del oído humano normal (más de 20 kHz). Un tipo de sensor de ultrasonido es el HC-SR04 que detecta objetos a 13 pies de distancia. En este artículo, le mostraremos cómo funciona el sensor y realizaremos un proyecto de interfaz con Arduino.

Rangos de frecuencia en comparación con los ultrasonidos

 Descripción general del sensor de distancia ultrasónico HC SR04

• Una descripción general del hardware

Un sensor ultrasónico (US) hc-sr04 consta de dos transductores ultrasónicos; transmisor y receptor.

Transmisor (T) y Receptor (R)

El receptor espera y recibe los pulsos transmitidos, mientras que el transmisor convierte las señales eléctricas en pulsos de sonido ultrasónico de 40 KHz.

• Especificaciones

Las especificaciones consisten en:

Dimensión:45 x 20 x 15 mm

Señal de entrada del disparador:pulso TTL de 10 microsegundos 

Ángulo de medición – 15°

Precisión de distancia:3 mm

Alcance mínimo:2 cm

Alcance máximo:4 cm

Frecuencia de funcionamiento:40 KHz

Voltaje de funcionamiento:alimentación de 5 V CC

Hc-sr04 Pin del sensor de distancia ultrasónico

Configuración de pines del sensor ultrasónico HC-SR04

Hemos resumido la configuración de pines del sensor ultrasónico hc-sr04 en la siguiente tabla.

Número de PIN	Nombre del pin	Descripción del marcador
1	Vcc	Es el pin de alimentación del sensor (tensión de alimentación de 5V).
2	Disparador/ Activador	Funciona como pin de entrada. Manténgalo siempre alto durante 10 µs para comenzar a medir enviando ondas de ultrasonido.
3	Eco	Actúa como pin de salida. El pin de eco permanece alto durante un período, equivalente al tiempo que tarda el pulso de ultrasonido en volver a hc-sr04.
4	TIERRA	Se conecta a la tierra del sistema.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de un sensor ultrasónico de rango HC-SR04?

Hc-sr04 funciona produciendo un ultrasonido de aproximadamente 40K Hz que viaja por el aire. Si los pulsos de sonido ultrasónico encuentran un obstáculo u objeto en su trayectoria, rebota hacia los sensores.

Cómo funciona un sensor ultrasónico

Generando el ultrasonido

Primero, asegúrese de que el trigPin esté en estado alto durante diez microsegundos, enviando una ráfaga ultrasónica de 8 ciclos que viaja a la velocidad del sonido. Posteriormente, el echoPin subirá después de la ráfaga enviada. Luego, el echoPin esperará o escuchará una onda de ultrasonido que debe reflejar desde un objeto.

El echoPin pasará a un estado bajo después de 38 ms si no hay ningún objeto presente.

Sin embargo, si hay un objeto que refleja un pulso ultrasónico, el echoPin pasa al estado bajo antes de los 38 ms.

Con la información sobre la duración del tiempo durante el estado alto del pin Echo, podemos calcular la distancia que recorren las ondas sonoras. También determinaremos la distancia desde hc-sr04 hasta el objeto.

Distancia =(Velocidad X Tiempo)/2

por lo cual;

Tiempo =Cantidad de tiempo que echoPin estuvo alto (asumiendo que son 2ms)

Velocidad =Velocidad del sonido (340 m/s o 340 cm/s)

Dividir los resultados por dos ayuda a medir la duración de la onda de sonido necesaria para alcanzar el objeto antes de recuperarse.

Asi que;

Distancia =(Velocidad × Tiempo)/2 =(34 cm/ms × 1,5 ms) / 2 =25,5 cm

Ahora la distancia del sensor al objeto es de 25,5 cm.

Dimensiones Hc sr04

Las dimensiones del sensor HC-SR04 se muestran a continuación:

Dimensiones de HC-SR04

Sin embargo, tenga en cuenta que las dimensiones siempre serán un poco diferentes debido a los diferentes fabricantes.

Hc-sr04 conectado a Arduino 

Hay varias formas de conectar su sensor, incluido el uso de I2C, Raspberry Pi y Arduino. Para los proyectos de hoy, nos concentraremos en una placa Arduino.

Materiales necesarios

• Sensor ultrasónico de distancia de Grove 
• Escudo base de la arboleda 
• Protoboard y cables puente 

• Placa Arduino UNO

Directrices

Conexión del hardware

• Comience conectando el sensor al escudo basado en Grove en el puerto D7.
• En segundo lugar, conecte su protector de base Grove en la placa Arduino.
• Luego, use un cable USB para conectar el Arduino a una computadora.

La conexión de los pines se encuentra en la siguiente tabla.

Arduino UNO	Sensor ultrasónico HC-SR04
GND	TIERRA
-3 (o cualquier otro pin de E/S digital)	Eco
2 pines (o cualquier otra E/S digital)	Pin disparador
5V	Vcc

Sensor ultrasónico HC-SR04 y diagrama de cableado de Arduino

Configuración del software

• Busque en el sitio web de GitHub y descargue la Biblioteca de sensores ultrasónicos de ella.
• A continuación, copie y pegue el código en el IDE de Arduino, donde lo cargará después.

El código aparece como el siguiente.

Elaboración de Códigos

Comenzando por definir los pines Echo y Trig, es decir, pin3 (echoPin) y pin2 (trigPin). Más adelante, necesitamos una variable entera para representar la distancia y una variable larga ('duración') para conocer el tiempo de viaje del sensor.

Además, defina echoPin como entrada, mientras que trip-in será la salida. Luego, comience la comunicación en serie que mostrará los resultados en una pantalla de monitor en serie.

Asegúrese de tener un trigPin claro de modo que pueda configurarlo en un estado BAJO durante aproximadamente dos microsegundos durante el ciclo. Más tarde, aumente la configuración del pin a un estado alto de diez microsegundos para producir una onda de ultrasonido.

A continuación, hay un pulseIn() tecla de función con dos parámetros, es decir,

• Estado del pulso que debe leer (bajo o alto), o
• Nombre del marcador Echo.

Use la función para leer el tiempo de viaje, luego coloque el valor en la variable 'duración'.

Estableceremos echoPin en Alto, ya que el sensor HC-SR04 lo establece automáticamente en alto después de transferir la ráfaga ultrasónica de 8 ciclos desde el transmisor. En consecuencia, la temporización comienza, pero después de recibir la onda de sonido reflejada, la temporización se detiene debido a que el pin de eco pasa a nivel bajo.

Eventualmente, el pulseIn() La función devuelve la longitud del pulso en microsegundos.

Usaremos la fórmula discutida anteriormente para obtener la distancia desde aquí. Por lo tanto, multiplique la duración por 0.034, luego divida el valor por dos.

Finalmente, imprima el valor de distancia final que se muestra en el monitor serie.

Limitaciones de aplicación de HC-SR04

En comparación con otros sensores ultrasónicos de bajo costo, aprobamos que el sensor HC-SR04 es ideal por su facilidad de uso y alta precisión. Sin embargo, el sensor puede presentar algunos desafíos, como en los ejemplos a continuación.

• Primero, puede ser difícil para el sensor detectar objetos de superficie irregular y blanda, como animales de peluche, ya que los objetos absorben pero no reflejan el sonido.
• En segundo lugar, montar el sensor HC-SR04 bajo en un dispositivo a menudo da como resultado un sonido reflejado en el suelo, no del dispositivo. Además, un objeto puede ser demasiado pequeño y, por lo tanto, no reflejar suficiente sonido en el HC-SR04.
• Entonces, si la superficie reflectante del objeto sólido está en un ángulo poco profundo, el sonido no refleja el HC-SR04.
• Finalmente, si la distancia entre el obstáculo/objeto y el sensor es de más de 13 pies, no habrá reflejo de sonido.

Conclusión

HC-SR04 es un sensor popular que es fácil de conectar, asequible y de bajo consumo, por lo que es ideal para dispositivos que funcionan con baterías. Tiene una amplia gama de aplicaciones que consisten en medir distancias dentro de una distancia de 2 cm a 400 cm, mapear objetos en un entorno, etc.

Si desea saber más sobre el sensor ultrasónico, puede contactarnos. Estaremos más que felices de saber de usted.