Sensor ultrasonido
Un sensor de ultra sonidos es un dispositivo para medir distancias. Su funcionamiento se base en el envío de un pulso de alta frecuencia, no audible por el ser humano. Este pulso rebota en los objetos cercanos y es reflejado hacia el sensor, que dispone de un micrófono adecuado para esa frecuencia.
Midiendo el tiempo entre pulsos, conociendo la velocidad del sonido, podemos estimar la distancia del objeto contra cuya superficie impacto el impulso de ultrasonidos
Los sensores de ultrasonidos son sensores baratos, y sencillos de usar. El rango de medición teórico del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400 cm, con una resolución de 0.3cm. En la práctica, sin embargo, el rango de medición real es mucho más limitado, en torno a 20cm a 2 metros.
Los sensores de ultrasonidos son sensores de baja precisión. La orientación de la superficie a medir puede provocar que la onda se refleje, falseando la medición. Además, no resultan adecuados en entornos con gran número de objetos, dado que el sonido rebota en las superficies generando ecos y falsas mediciones. Tampoco son apropiados para el funcionamiento en el exterior y al aire libre.
Pese a esta baja precisión, que impide conocer con precisión la distancia a un objeto, los sensores de ultrasonidos son ampliamente empleados. En robótica es habitual montar uno o varios de estos sensores, por ejemplo, para detección de obstáculos, determinar la posición del robot, crear mapas de entorno, o resolver laberintos.
En aplicaciones en que se requiera una precisión superior en la medición de la distancia, suelen acompañarse de medidores de distancia por infrarrojos y sensores ópticos.
¿Cómo funciona un sensor de ultrasonidos?
El sensor se basa simplemente en medir el tiempo entre el envío y la recepción de un pulso sonoro. Sabemos que la velocidad del sonido es 343 m/s en condiciones de temperatura 20 ºC, 50% de humedad, presión atmosférica a nivel del mar. Transformando unidades resulta
Es decir, el sonido tarda 29,2 microsegundos en recorrer un centímetro. Por tanto, podemos obtener la distancia a partir del tiempo entre la emisión y recepción del pulso mediante la siguiente ecuación.
El motivo de divir por dos el tiempo (además de la velociad del sonido en las unidades apropiadas, que hemos calculado antes) es porque hemos medido el tiempo que tarda el pulso en ir y volver, por lo que la distancia recorrida por el pulso es el doble de la que queremos medir.
Esquema eléctrico
Código
Usaremos la librería NewPing
Otra opción es emplear una librería para facilitarnos el proceso, como por ejemplo la librería NewPing disponible en el gestor de librerías del IDE de Arduino.
La librería NewPing aporta funciones adicionales, como la opción de realizar un filtro de mediana para eliminar el ruido, o emplear el mismo pin como trigger y echo, lo que nos permite ahorrar muchos pines en caso de tener múltiples sensores de ultrasonidos.
La librería proporciona diversos ejemplos para ilustrar su uso. El siguiente ejemplo basado en ellos, muestra el funcionamiento con un único pin para trigger y echo.
#include <NewPing.h>
const int UltrasonicPin = 5;
const int MaxDistance = 200;
NewPing sonar(UltrasonicPin, UltrasonicPin, MaxDistance);
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
delay(50); // esperar 50ms entre pings (29ms como minimo)
Serial.print(sonar.ping_cm()); // obtener el valor en cm (0 = fuera de rango)
Serial.println("cm");
}
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