SENSOR ULTRASSÔNICO HC-SR04

 

 

A capacidade de medir distâncias pode ser muito útil para alguns projetos embarcados, saber por exemplo a distância de um robô em relação a objetos a sua volta pode servir como parâmetro fundamental para evitar qualquer tipo de colisão.

Para solucionar este tipo de problema é necessário um sensor capaz de realizar a medida de distâncias. O sensor ultrassônico cumpre bem este papel, muito conhecido e utilizado em projetos eletrônicos principalmente na área da robótica.

 Este artigo explica em detalhes o funcionamento e características principais do sensor ultrassônico. Também será demonstrado como implementar projetos com o sensor ultrassônico e o Arduino.

 

Funcionamento do sensor ultrassônico HC-SR04

Como será que o sensor ultrassônico HC-SR04 é capaz de realizar medidas de distância em relação a um determinado objeto?

Os sensores ultrassônicos funcionam enviando uma onda sonora em uma frequência acima do alcance da audição humana (por volta de 40kHz). Essa onda sonora viaja pelo ar e caso haja um objeto ou obstáculo em seu caminho, ela retornará esse sinal ao módulo. O range de leitura do sensor é de 2cm a aproximadamente 4 metros.

Um sensor ultrassônico usa um transdutor para enviar e receber pulsos ultrassônicos que retransmitem informações sobre a proximidade de um objeto.

O transdutor do sensor atua como um microfone para receber e enviar o som ultrassônico. O sensor determina a distância até um alvo medindo os lapsos de tempo entre o envio e o recebimento do pulso ultrassônico.

 

A figura abaixo exemplifica o funcionamento do sensor:

 

 

Como podemos analisar o transmissor do sensor ultrassônico (trig pin) emite um som de alta frequência (40 kHz). O som viaja pelo ar e ao encontrar um objeto, ele retorna ao módulo. O receptor do sensor ultrassônico (pino de eco) recebe o som refletido (eco).

Logo o tempo entre a transmissão e a recepção do sinal permite calcular a distância até um objeto. Isso é possível porque conhecemos a velocidade do som no ar.

A equação que determina a distância é a seguinte:

 

 

Especificações do sensor ultrassônico HC-SR04

 - Alimentação: + 5V DC

 - Corrente de repouso: <2mA

 - Corrente de trabalho: 15mA

 - Ângulo Efetivo: <15°

 - Distância de alcance: 2 cm – 400 cm

 - Resolução: 0,3 cm

 - Ângulo de medição: 30 graus

 - Largura do pulso de entrada do gatilho: pulso TTL de 10uS

 - Sinal de saída de eco: pulso TTL proporcional à faixa de distância

 - Dimensões: 45mm x 20mm x 15mm

 

Pinagem do sensor

 

 

Aplicações do sensor

O sensor ultrassônico é amplamente utilizado e pode ser implementado de forma confiável em aplicações de detecção de grãos, detecção de nível de água, aplicações de drones, robôs e etc.

O sensor ultrassônico é melhor utilizado ??na detecção sem contato de:

 - Presença

 - Nível

 - Posição

 - Distância

 

Sensor ultrassônico HC-SR04 com arduino uno

Iremos compartilhar a seguir um exemplo de projeto com o sensor ultrassônico. Este projeto utiliza um Arduino Uno para controlar todo o circuito e um buzzer usado como alarme sonoro.

O sensor ultrassônico será conectado de tal forma que uma vez que haja um obstáculo a uma determinada distância do sensor, ele enviará imediatamente os dados para a placa Arduino, que ativará um buzzer indicando que há um obstáculo. Este projeto pode ser utilizado para veículos, principalmente os de grande porte como caminhões evitando assim possíveis acidentes.

 

Materiais para montagem:

 - Sensor ultrassônico HC-SR04

 - Arduino Uno

 - Buzzer

 - Jumpers

 - Protoboard

 

Inicialmente é necessário montar o circuito eletrônico conforme a imagem a seguir. Deve-se conectar o sensor ultrassônico e o buzzer nos respectivos pinos do Arduino Uno conforme indicação.

 

 

 - Conecte o pino VCC do sensor ultrassônico aos 5V do Arduino.

 - Conecte o pino GND do sensor ultrassônico ao GND do Arduino.

 - Conecte o pino Echo do sensor ultrassônico ao pino 2 do Arduino.

 - Conecte o pino Trigger do sensor ultrassônico ao pino número 3 do Arduino.

 - Conecte o negativo do buzzer ao GND do Arduino.

 - E por fim conecte o pino positivo do buzzer ao pino 8 do Arduino.

 

 

Programação do Arduino

Conecte o Arduino no seu computador através do cabo USB e abra a IDE do Arduino para iniciar a programação.

Digite o respectivo código a seguir:

 

 

Agora basta compilar e fazer o upload do código na sua placa do Arduino Uno. Caso não haja nenhum erro de digitação ou erro na montagem do circuito o projeto estará pronto para ser utilizado.

 

Explicação do código

 

Inicialmente definimos os pinos aos quais o trig e o echo do sensor ultrassônico serão conectados ao Arduino (pino 3 e 2 respectivamente). Definimos também o pino ao qual será conectado o Buzzer (pino 8 do Arduino).

 

Como configuração inicial o trig e o buzzer são configurados como saída (OUTPUT) e o echo como entrada (INPUT).

 

 

Por fim é Definido duas variáveis do tipo int uma chamada “duration” (será a largura do pulso de entrada) e outra chamada “distance” (será a distância do obstáculo em centímetros). A distância será a metade da duração dividido por 29,1 (valor do datasheet)

Se a distância do obstáculo for inferior a 0,5 metros e maior que 0 o buzzer será acionado com intervalos de 50 milisegundos.