¿Qué es y cómo podemos usar un sensor ultrasónico en Arduino? Guía paso a paso

Si te gusta la electrónica y la programación seguramente ya has trabajado con la plataforma de Arduino, usada actualmente para llevar a cabo una gran cantidad de proyectos electrónicos interesantes y reales. Es así como muchos de estos proyectos necesitan lo que es un sensor ultrasónico, el cual es utilizado para determinar la distancia del sensor con un objeto colocado en frente y que actualmente es muy usado en los GPS de los coches.

Este tipo de sensor le permitirá saber a los usuarios si tienen algún tipo de obstáculo en frente de ellos a pesar de que estos no puedan ver a su alrededor. Por lo tanto, este componente ayuda a la placa de Arduino a medir distancias y conseguir que los diferentes mecanismos creados tengan la capacidad de esquivar todo tipo de obstáculo. También es importante mencionar que ese aparato tiene un rango de medida entre 3cm y 3m con una precisión de 3mm.

Como se puede ver se ha convertido en uno de los complementos más útiles y más importante para esta plataforma al momento de crear proyectos que estén relacionados con la detención de objetos en movimiento. Es por ello que aquí te vamos a explicar un poco más sobre qué trata este sensor y como se puede comenzar a utilizar, para ello sigue detalladamente todo lo que te enseñaremos a continuación.

¿Qué es un sensor ultrasónico y para qué sirve al trabajar con Arduino?

Los sensores ultrasonidos con Arduino te permitirán medir distancia a través de los ultrasonidos, por lo que actualmente se ha vuelto muy común encontrarlos en los coches nuevos, ya que muchos de ellos los traen integrados en los GPS, permitiéndole a los usuarios poder saber qué obstáculos tienen enfrente en caso que no pueda ver a su alrededor.

De la misma manera se puede decir que un sensor de ultrasonido es un aparato que te permite medir distancias. El funcionamiento está basado principalmente en el envió de un pulso de alta frecuencia, no audible para el ser humano. Dicho pulso rebota con los objetos cercanos y termina siendo reflejado en el sensor, quién disponible de un micrófono adecuado para dicha frecuencia.

Al poder medir el tiempo entre pulsos y conociendo la velocidad del sonido, se puede estimar la distancia del objeto contra cuya superficie impactó el impulso de ultrasonido. De esta manera el sensor tendrá la capacidad de indicar la proximidad de impacto contra un objeto cualquiera, permitiéndole al usuario poder esquivarlo.

Hay que tener presente que estos sensores son económicos en su gran mayoría y sobre todo que son muy fáciles de utilizar. En cuando al rango de medición de estos sensores va desde los 3 cm hasta los 3 m en la práctica, pero se considera que el rango de medición real es  mucho más limitado y va desde los 20 cm hasta los 2 metros.

Estos componentes son sensores de baja precisión donde la orientación de la superficie a medir puede provocar que la onda se refleje, falseando dicha medición. Debido a esto y a otros factores se considera que no son muy adecuados en entornos con muchos objetos, debido a que puede causar que el sonido que rebota en las superficies genere ecos y falsas mediciones. Por lo tanto, se puede decir que no son muy apropiados para el funcionamiento al aire libre.

A pesar de no ofrecer una precisión exacta de la distancia de los objetos, los sensores de ultrasonido son actualmente muy empleados para muchos tipos de proyectos de robótica, donde ya es habitual montar uno o varios sensores. En el caso que se requiera de una presión superior en la medición de la distancia, entonces lo más recomendable es que sean acompañados por medidores de distancia por sensores ópticos y por infrarrojos.

¿Cómo es el funcionamiento de un sensor ultrasonido?

Tal cual como se ha venido mencionando, dicho sensor se basa principalmente en medir el tiempo entre el envió y la recepción de un pulso sonoro. Por lo tanto, se envían ondas ultrasónica mediante el disparador o trigger, esta rebota contra el objeto y el receptor o echo detecta la onda. Dependiendo del tiempo que ha tardado la onda en viajar se podrá determinar la distancia que existe contra el objeto.

La velocidad del sonido en condiciones de temperatura de 20 °C y 50% de humedad y presión atmosférica a nivel del mar es de 343 m/s. transformando estas unidades resulta lo siguiente:

Esto quiere decir, que el sonido va a tardar 29,2 microsegundos en recorrer un centímetro, esto permite obtener la distancia a partir del tiempo entre la emisión y recepción del pulso.

Para ello es necesario usar la siguiente ecuación:

Aquí se debe dividir el tiempo en dos debido a que cuando se mide el tiempo que tarda el pulso en ir y venir, la distancia recorrida por el pulso es el doble de la que se quiere medir.

Para todo esto se necesita aplicar el siguiente esquema eléctrico:

Por otro lado el montaje es una protoboard que sería como la siguiente:

Aprende paso a paso cómo conectar un sensor ultrasónico a tu placa Arduino desde cero

Si quieres empezar a utilizar el sensor ultrasónico en tu placa Arduino, entonces aquí te vamos a explicar cómo llevar a cabo este procedimiento de una forma fácil y rápida. Ten en cuenta que para ello solo necesitas contar con una placa Arduino, esta puede ser cualquier modelo de placa ya que el procedimiento será el mismo para todas. En este caso se trabajará con una placa Arduino UNO R3.

Para llevar esto a cabo simplemente sigue cada uno de los pasos que te indicaremos a continuación:

• Lo primero será insertar el sensor ultrasónico en un protoboard y con cables debes hacer las siguientes conexiones: “Trigger del sensor al pin 2 del Arduino” y “Echo del sensor al pin 3 del Arduino”.

• En el caso que lo desees también puedes conectar el módulo directamente al Arduino sin usar el protoboard.

• Ten presente que todas estas conexiones deben realizarse siempre con el Arduino apagado, por lo que se recomienda tenerlo desconectado del PC o de cualquier otra fuente externa.
• Posteriormente debes abrir el entorno de la programación de Arduino, para ellos debes dirigirte a la opciones de “Herramienta” y seguidamente a “Tarjeta”, una vez allí debes seleccionar el modelo de la placa Arduino que se está utilizando. En este caso se escogerá la opción de “Arduino Uno”.

• Cuando el IDE ya se encuentre configurado, entonces se debe comenzar a programar nuestro sketch, para que puedas comprender todo esto mejor aquí te vamos a explicar paso a paso todo el código.

Lo primero será configurar los pines y la comunicación serial a 9800 baudios:

const int Trigger = 2;   //Pin digital 2 para el Trigger del sensor

const int Echo = 3;   //Pin digital 3 para el echo del sensor

void setup() {

Serial.begin(9600);//iniciailzamos la comunicación

pinMode(Trigger, OUTPUT); //pin como salida

pinMode(Echo, INPUT);  //pin como entrada

digitalWrite(Trigger, LOW);//Inicializamos el pin con 0

Ahora desde el bucle void loop debes empezar enviando un pulso de 10us al trigger del sensor:

digitalWrite(Trigger, HIGH);

delayMicroseconds(10);   //Enviamos un pulso de 10us

digitalWrite(Trigger, LOW);

• Posteriormente se recibirá el pulso de respuesta del sensor por el pin Echo para medir el pulso usamos la función pulseln:

t = pulseIn(Echo, HIGH); //obtenemos el ancho del pulso

En el caso de la variable t, va a tener el tiempo en que tarda en llegar el eco del ultrasonido, ahora el siguiente paso es calcular la distancia entre el sensor ultrasónico y el objeto.

Para ello debe usarse la siguiente fórmula:

• La variable de “Velocidad” es la velocidad del sonido 340 m/s, pero en este caso las unidades usadas deben ser cm/us ya que se estará trabajando tanto en centímetros y microsegundo. El “Tiempo” es el tiempo que va a tardar en llegar el ultrasonido al objeto y regresar al sensor. Y finalmente la variable de “Distancia recorrida” es dos veces la distancia hacia el objeto, reemplazando todos estos datos en la fórmula se va a obtener lo siguiente:

• Por último, se debe enviar serialmente el valor de la distancia y finalizamos colocando una pausa de 100ms, que es superior a los 60ms recomendado por los datos técnicos del sensor.

Aquí se puede ver el código completo del programa:

Const int trigger = 2;  //pin digital 2 para el trigger del sensor

Const int Echo = 3; //pin digital 3 para el Echo del sensor


Void setup() {

Seria.begin(9600); //Inicializamos la comunicación

pinMode(trigger, OUTPUT); //pin como salida

pinMode(Echo, IMPUT); //pin como entrada

digitalwrite(Trigger, LOW); //Inicializamos el pin con 0

}


Void loop()

{


Long t; //tiempo que demora el llegar el eco

Long d; //distancia en centímetros


Digitalwrite(Trigger, HIGH);

delayMicroseconds(10);        //enviamos un pulso de 10us

digitalwrite(Trigger, LOW);


t = pulseIn(Echo, HIGH); //obtenemos el ancho del pulso

d = T/59:                 //escalamos el tiempo a una distancia en cm


Serial.print 'distancia: ');

Serial.print(d);         //enviamos serialmente el valor de la distancia

Serial.print('cm');

Serial.print();

Delay(100);   //hacemos una pausa de 100ms

}

Descubre cómo programar un sensor ultrasónico conectados a una placa Arduino fácil y rápido

Conociendo como se puede conectar un sensor ultrasónico a tu placa de Arduino, lo siguiente será como programarlo.

Para ello simplemente debes seguir los pasos que te vamos a indicar a continuación:

• Lo primero que debes hacer es conectar el Arduino UNO y seguidamente cargar el programa.
• Después de esto el Arduino y el sensor ya deben estar trabajando, para poder visualizar los datos debes dirigirte a herramienta y allí abrir el monitor serial.

• Dentro del monitor serial vas a encontrar todos los valores de la distancia que obtiene el HC-SR04 o sensor ultrasónico. Ahora debes colocar un objeto en frente y varía su distancia con respecto al sensor y verifique la distancia que se mostrará en el monitor para saber si es la correcta o no.

Los mejores proyectos Arduino con sensores ultrasónicos que puedes hacer tú mismo para practicar

Sin duda alguna los sensores ultrasónicos te permitirán crear proyectos realmente sorprendentes. Además, de que este componente permite crear una gran variedad de proyectos que resultan muy útiles para el beneficio del ser humano en diferentes sentidos. Es así como aquí te vamos a explicar cuáles son los mejores proyectos Arduino con sensores ultrasónicos que puedes crear tú mismo desde casa.

Para ello sigue todo lo que te explicaremos a continuación:

Bastón para ciegos

Este proyecto ha sido diseñado para todas aquellas personas que quieren ayudar a otras personas que presenten una discapacidad visual. El mismo es muy sencillo de realizar por lo que no vas a necesitar ser un experto en el área para ello. Gracias a este sensor ultrasónico se ha podido diseñar un bastón para ciego que permita identificar los objetos que están cerca y que pueden obstruir en el camino de la persona con discapacidad visual. Ideal para que los invidentes puedan caminar en la calle sin tanto peligro.

Bote de basura inteligente

Se ha convertido en uno de los proyectos más prácticos y utilizados, el mismo se puede crear ya sea por diversión o para tomar más experiencia ya que no requiere de mucha inversión económica, lo que facilita todo esto. Por lo tanto, este bote de basura inteligente consiste en activarle un sensor para que el mismo se abra por si solo cuando tú te encuentres cerca, por lo que no deberás hacer ningún esfuerzo para levantar la tapa.

Además, esto evitará que tengas que estar tocando el bote de basura algo que resulta desagradable para muchos. Este tipo de proyecto funciona tanto con botes de basura de tamaño pequeño o grande, simplemente ten en cuenta que mientras más grande sea el recipiente más complejo será el proyecto electrónico.

Coche que se estaciona solo

Tal cual como se lo nombramos anteriormente en el post, estos sensores ultrasónicos son utilizados mayormente en los coches, ya que los mismos encajan perfectamente allí para llevar a cabo diversas funciones. En este caso se trata de un proyecto de automóvil que permite que el mismo se pueda estacionar solo, lo que indica que el carro será controlado por la placa Arduino.

Este es un proyecto que a simple vista puede parecer muy complicado, pero realmente necesita es mucha lógica. Si consigues un espacio lo suficientemente grande para poder estacionar tu coche, simplemente empieza a medir la distancia que tiene ese espacio, si es lo suficientemente grande entonces Arduino se encargará de estacionar el coche allí por sí solo. Ten en cuenta que esto aún no funciona para espacios muy reducidos.

Radar

Se puede decir que este es uno de los proyectos que más ha impresionado al público, el mismo consiste en un radar que va a contar con una parte gráfica que será lo más complejo del mismo, ya que la armada del circuito y el código Arduino son bastante sencillo. Lo más complejo de todo esto es la creación del código para los gráficos, ya que será necesario usar processing, un lenguaje con un IDE bastante similar al Arduino IDE, pero que es utilizado mayormente por las artes visuales.

Por suerte, en Arduino se puede conseguir todo el código fuente, por lo que puedes replicar este proyecto en tan solo unas cuantas horas, aunque la complejidad de esto va a depender de que tan buena o no es tu experiencia en esta plataforma.

Barrera vehicular inteligente

Aunque quizás no lo imaginabas a las barras de los estacionamientos para entrar o salir de los mismos también se pueden programar de una forma inteligente. Este mecanismo consiste en que la barra no se pueda bajar mientras el vehículo se encuentre por debajo de ella o mientras este se encuentre en un cierto perímetro. Todo esto se crea a través de un sensor HC-SR04. Además, al detectar un coche cerca la barra se levantará automáticamente, esto anulará el trabajo manual para subirla o bajarla.

Levitador de objetos

Este es uno de los proyectos favoritos por la gran mayoría. Esta vez se trata de un proyecto en donde se va a separar el transmisor y el receptor del sensor, esto con la finalidad de que puedan ser utilizados para levitar pequeños objetos. Se trata de un mecanismo completamente visual que sorprenderá a todos lo que lo vean. Ten en cuenta que el mismo solo funciona con objetos pequeños y livianos.

Alarma de distancia

Se puede decir que este es uno de los usos más comunes que se le da a este sensor, en este caso se trata de obtener una notificación auditiva gracias a una bocina que se empleara en él. Esto te permitirá saber cuándo te encuentras muy cerca del sensor.

Este proyecto puede parecer muy sencillo, pero lo cierto de todo esto es que brinda una gran cantidad de usos que se pueden llevar a cabo con él.  Como puede ser instalar una serie de sensores en tu coche para alertarte cuando alguien se acerque a él o en la puerta principal de tu vivienda o perímetro.

Medidor de distancia sencillo

Es muy similar al mencionado anteriormente y se lleva a cabo a través del sensor HC-SR04, si no tienes mucha experiencia utilizando este componente, entonces es una muy buena opción para comenzar a probarlo. Todo esto consiste en poder crear un sensor de distancia que sea bastante sencillo, este proyecto es utilizado a través de una pantalla LCD donde se mostrará toda la información con relación a la medición del sensor, todo esto con la finalidad de que se pueda obtener una retroalimentación visual sin depender del monitor serie.

La principal ventaja del medidor de distancia es que te permite obtener la información en la unidad de medida que mejor te convenga, ya sea en metros, centímetros, milímetros, entre otros.

Monitoreo del nivel del agua

Esta es otra de las ventajas que vas a conseguir al momento de utilizar este sensor, y es que gracias a él vas a tener la oportunidad de medir distancia con objetos que no son el 100% sólido como lo son los líquidos. Para esto es necesario que coloques en práctica todas tus habilidades para que así puedas ser capaz de monitorear el nivel del contenedor de agua como ejemplo, todo esto se mostrará de forma visual a través de una pantalla led o de un conjunto de leds.

Gracias a esto vas a poder conocer cuál es el estado de su llenado actual, este tipo de proyecto es muy utilizado para verificar tanques de agua o el tanque de una cisterna, ya que evitara que el proceso de supervisión del agua se tenga que hacer de forma manual.

Contador de objetos

Finalmente encontramos lo que es un contador de objetos inteligentes, el mismo se encuentra basado en lo que es el sensor HC-SR04 y es un proyecto que trata sobre la creación de un contador de objetos, esto quiere decir que cada vez que algún objeto pase por el frente de la maquina aumentará una variable, esto te permitirá llevar un control de la cantidad de objetos que existen en un lugar.

Lo mejor de todo es que este proyecto no solo permite contar objetos, sino que también brinda la posibilidad de contar animales, personas, coches, o cualquier otra cosa que pase por el frente. Para que puedas tener un poco más de idea, estos sensores son aplicados a las barras colocadas en algunos transportes públicos que se encargan de controlar el número de personas que pasan por allí durante el día. El mismo es usado mayormente para obtener fines estadísticos por lo que es ideal para tiendas o lugares públicos.