Sensor Ultrasónico HC-SR04

El sensor ultrasónico HC-SR04 es uno de los sensores más famosos y usados al momento de medir distancias, valiéndose de la velocidad del sonido nos permite calcular la distancia existente entre el objeto más cercano que se encuentre frente al sensor con una precisión bastante fiable.

Nuestro oído (el humano por supuesto) puede escuchar frecuencias sonoras que van desde los 20Hz hasta 20KHz, todas las frecuencias que estén por encima o por debajo de este rango son imperceptibles por nosotros, es por eso que al momento de usar este sensor no podrás escuchar nada, dado que trabaja a 40KHz, en el rango del Ultrasonido.

El sensor cuenta con 4 pines, dos de alimentación y otros dos de control, Trig y Echo.

Para iniciar la medición con el sensor debemos de poner un 1 lógico en el pin Trig (Trigger o disparo) durante al menos 10 microsegundos y volverlo a 0 lógico, hecho esto, el HC-SR04 emitirá una frecuencia de 8 ciclos a 40KHz y activará en 1 lógico el pin Echo (se lee eco), este permanecerá en 1 el tiempo que tarde en ir y volver la onda, con ese tiempo en microsegundos podemos calcular la distancia a la que se encuentra el objeto del sensor.

En pocas palabras es un altavoz y un micrófono, emite un sonido (a través del cilindro marcado con T) y luego escucha (por el cilindro macado con R) cuanto tiempo se tarda en volver.

El modo en que se calcula la distancia, es conociendo la velocidad del sonido, que en condiciones “normales” es de 343m/s que es lo mismo que 1cm/29.2 us, es decir que en 29.2 microsegundos el sonido recorre 1 centímetro. Se habla de condiciones normales cuando se está a una temperatura de 20°C, con 50% de humedad y al nivel del mar, en otras condiciones la velocidad puede variar, pero no lo suficiente como para afectar el cálculo.

Debemos tener en cuenta que el sonido va y vuelve al sensor, de modo que está recorriendo la distancia entre él y el objeto dos veces, por eso el tiempo de que obtengamos al principio debe ser divido entre 2.

Esta es la fórmula que se debe usar para calcular la distancia:

Rangos de medición efectiva:

El rango de medida del sensor va de 2cm a 400cm con una resolución de 0.3cm y su ángulo de detección es de 30°, aunque para medidas más eficaces se recomienda estar dentro de los 15°.

Para finalizar debemos tener presente que este sensor funciona cuando se detectan objetos sólidos y no muy blandos, cuando se trata de materiales como telas o algodón pierde capacidad dado que el sonido difícilmente rebotara sobre ellos.

También se debe aclarar que no es recomendable conectar el sensor en un circuito ya energizado, dado que esto afecta su correcto funcionamiento, de hacerse, la mejor manera es conectando primero el pin de alimentación GND.

Cuando se prueben objetos, el área en la que se realice debe ser de al menos 50cm cuadrados y la superficie lo más lisa posible, esto con el fin de no afectar los resultados de la medición.

Tabla de datos:

Voltaje de operación 4.5v – 5.5v
Corriente de trabajo 15mA
Corriente en espera < 2mA
Frecuencia de trabajo 40KHz
Rango máximo 400cm
Rango mínimo 2cm
Resolución 0.3cm
Angulo de medición 30°
Angulo de medición eficaz 15°
Señal de disparo (Trig) 10uS en estado lógico alto
Señal de salida (Echo) Pulso en estado lógico algo, tiempo proporcional en uS
Dimensiones 45*20*15mm