Sensor de ultrasonidos HC-SR04¶

Ultrasonido¶

Los ultrasonidos son una serie de ondas mecánicas, generalmente longitudinales, cuya frecuencia está por encima de la capacidad de audición del oído humano. El ultrasonido no tiene propiedades diferentes de las ondas audibles, excepto que los humanos no pueden oírlas. El límite varía dependiendo de la persona y es aproximadamente de unos 20 kHz en jóvenes de menos de 18 años. Los equipos de ultrasonido operan con frecuencias más elevadas de 20 kHz que pueden ser incluso de MHz.

Rango de frecuencias y sus aplicaciones

Las aplicaciones de los ultrasonidos son muy diversas y van desde su uso en medicina para ecografía o como terapia hasta usos de tipo industrial para detección de objetos o medida de distancias. En la industria es usado para limpiar, soldar plásticos y metales, cortar, conformar, comprobar materiales, mezclar, desgasificar, pulverizar, localizar, medir y acelerar procesos químicos. Por otro lado, animales como los murciélagos y los cetáceos lo usan para encontrar a sus presas y detectar obstáculos.

Sensor HC-SR04¶

Los sensores ultrasónicos utilizan un sonar para determinar la distancia desde el sensor al objeto. Este módulo utiliza un chip CS100A que puede medir distancias entre 4 cm y 300 cm siendo la medida precisa y estable. El módulo incluye el transmisor y el receptor ultrasónicos y su circuito de control. El dispositivo debe conectarse a dos pines, por lo que utilizaremos el conector etiquetado con D3 y D4. Esto se debe a que para el funcionamiento del sensor necesita dos pines, uno para emitir el ultrasonido (Trigger) y otro para recibirlo (Echo). El principio de funcionamiento es el de la figura siguiente:

Principio de funcionamiento del sensor

El sensor lo que hace es medir el tiempo (t) en microsegundos que tarda en recibir el eco del sonido emitido y como la velocidad (v) es conocida, se trata de la velocidad del sonido, que es de 340 m/s o 0.034 cm/μs, la distancia vendrá dada por la siguiente ecuación:

$d=v \cdot t = 0.034(\dfrac{cm}{\mu s}) \cdot t({\mu s}) = 0.034 \cdot t \space (cm)$

Aunque en realidad no debemos preocuparnos por esto, puesto que el bloque ya no devuelve esta distancia medida en cm. Su aspecto lo vemos en la figura siguiente:

Aspecto del sensor HC-SR04

El módulo detector ultrasónico proporciona una distancia de detección sin contacto que va de 2 cm a 450 cm, con una precisión de 3 mm y un ángulo de 15º. El módulo incluye un transmisor y un receptor de ultrasonidos, así como el circuito de control correspondiente y basa su funcionamiento en la secuencia de trabajo que vemos en la figura siguiente.

Secuencia de trabajo del sensor HC-SR04

Partiendo de un nivel bajo de trigger lo mantenemos activado o en estado alto al menos durante 10 us.
Tras el disparo el módulo emitirá una ráfaga de pulsos cuadrados de 40 KHz y detectará automáticamente si hay unaseñal de regreso.
Si hay una señal de retorno, se emite un nivel alto a través de ECHO. El tiempo de duración de este nivel alto es en realidad el tiempo transcurrido desde la emisión hasta la recepción del ultrasonido.