SENSOR ULTRASÓNICO HC-SR04

¿Qué es un Sensor Ultrasónico?

Un sensor ultrasónico es un dispositivo que mide la distancia entre él y un objeto usando sonido, pero no cualquier sonido, sino uno tan agudo que el oído humano no puede escucharlo: el ultrasonido. Funciona como un murciélago o un delfín, enviando un «grito» en forma de pulso sonoro. Cuando este pulso choca con algo, rebota y regresa al sensor. Midiendo cuánto tarda en volver ese eco, el sensor calcula qué tan lejos está el objeto.

El HC-SR04 es uno de los sensores ultrasónicos más populares y accesibles para proyectos con Arduino. Es sencillo de usar y tiene dos partes clave:

Trigger (Trig): Es como el «grito» del sensor, el encargado de enviar el pulso ultrasónico.
Echo: Es quien escucha el eco del pulso que regresa, ayudando al sensor a hacer los cálculos necesarios para determinar la distancia.

Especificaciones del Sensor HC-SR04

• Voltaje de operación: 5V
• Rango de medición: 2 cm a 400 cm
• Ángulo efectivo: Menos de 15 grados
• Precisión: ±3 mm

Casos de Uso del Sensor Ultrasónico

1. Robótica:
   • Evitar colisiones en robots móviles.
   • Navegación autónoma para mapeo y detección de obstáculos.
   • Automatización:
   • Detectar el nivel de líquidos en tanques.
   • Control automático de puertas o barreras.
2. Seguridad:
   • Alarmas de proximidad.
   • Sistemas antirrobo basados en la detección de movimiento.

• Dependencia del medio: Las ondas ultrasónicas no funcionan correctamente en medios como agua o aire de muy baja densidad.
• Ángulo de detección limitado: Tiene un campo de visión estrecho, lo que puede limitar su eficacia en áreas amplias.
• Superficies absorbentes: Superficies blandas o irregulares pueden dificultar el retorno del eco.

La conexión básica de un HC-SR04 con Arduino incluye:

• VCC: Conecta a 5V del Arduino.
• GND: Conecta a GND del Arduino.
• Trig: Conecta a un pin digital (por ejemplo, pin 9).
• Echo: Conecta a otro pin digital (por ejemplo, pin 10).

Código de Ejemplo

• Definición de pines:
  • Se asignan los pines digitales del Arduino donde estarán conectados los pines Trig y Echo del sensor HC-SR04.
  • TRIG_PIN (pin 9): Controla el envío del pulso ultrasónico.
  • ECHO_PIN (pin 10): Recibe el eco del pulso reflejado.

#define TRIG_PIN 9
#define ECHO_PIN 10

• Configuración inicial (setup):
  • Serial.begin(9600): Inicializa la comunicación serial con el ordenador a una velocidad de 9600 baudios, permitiendo imprimir valores en el monitor serie.
  • pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT): Configura el pin TRIG_PIN como salida, ya que enviará señales al sensor.
  • pinMode(ECHO_PIN, INPUT): Configura el pin ECHO_PIN como entrada, ya que recibirá señales del sensor.

void setup() {
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); 
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);  
}

• Envío del pulso ultrasónico:
  • Se realiza un ciclo de emisión del pulso:
    • digitalWrite(TRIG_PIN, LOW): Asegura que el pin TRIG_PIN esté en bajo antes de comenzar.
    • delayMicroseconds(2): Pausa breve para estabilizar el sensor.
    • digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH): Activa el pulso ultrasónico enviándolo por el pin TRIG_PIN.
    • delayMicroseconds(10): Mantiene el pulso activo durante 10 microsegundos, lo que genera la onda ultrasónica.
    • digitalWrite(TRIG_PIN, LOW): Desactiva el pulso, dejando al sensor en espera del eco.

void loop() {
  long duration, distance;
  
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

• Recepción del eco:
  • pulseIn(ECHO_PIN, HIGH): Esta función mide el tiempo (en microsegundos) que el pin ECHO_PIN permanece en estado alto (HIGH). Este tiempo corresponde al lapso que tarda el pulso en viajar hasta el objeto y regresar.

  duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);

• Cálculo de la distancia:
  • duration * 0.034: Convierte el tiempo medido en una distancia en centímetros. Esto se basa en la velocidad del sonido en el aire (340 m/s o 0.034 cm/μs).
  • / 2: Divide entre 2 porque el tiempo medido incluye el trayecto de ida y vuelta del pulso.

  distance = duration * 0.034 / 2;

• Impresión del resultado:
  • La distancia calculada se imprime en el monitor serie con el formato:
  • Distancia: X cm, donde X es el valor calculado en centímetros.

  Serial.print("Distancia: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");

• Pausa en el bucle:
  • Se introduce un retraso de 500 milisegundos para no saturar el puerto serie con demasiados datos y permitir que el sensor realice nuevas mediciones.

  delay(500); // Para no saturar el puerto serie

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/*
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Este código de ejemplo es de dominio público.
*/

#define TRIG_PIN 9
#define ECHO_PIN 10

void setup() {
  Serial.begin(9600); 
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); 
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);  
}

void loop() {
  long duration, distance;
  
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  
  duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2; // Conversión a centímetros
  
  Serial.print("Distancia: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(500); // Para no saturar el puerto serie
}

Conclusión

Los sensores ultrasónicos como el HC-SR04 son herramientas esenciales en proyectos de electrónica, robótica y automatización gracias a su simplicidad, precisión y versatilidad. Aprender a utilizarlos es un paso clave para desarrollar soluciones innovadoras en el ámbito tecnológico.