Laboratorio N° 16

LABORATORIO N° 16:

Proyecto: Detector 
Ultrasónico con Arduino

OBJETIVOS:

• Identificar el sensor HC-SR04 (sensor ultrasónico).
• Montar el sensor conectado al Arduino para una alarma que aumenta su frecuencia mientras más cerca está el objeto. 
• Diseñar el código para poder transformar la señal recibida en la distancia del objeto.

SENSOR ULTRASÓNICO 

El sensor HC-SR04 es un sensor de ultrasonido, que permite detectar obstáculos frente a él desde una distancia mínima de 2cm hasta los 4m, trabaja a una frecuencia de 40Khz con un angulo de medición de aproximadamente 15 grados. Cuenta con una entrada llamada TRIG que es la entrada para un pulso TTL de 5V con un ciclo de 10uS, el cual le indicara que debe empezar a enviar una señal en ráfaga de 40Khz y a su vez activa la recepción de pulsos para detectar el choque de la ráfaga con su entorno.
El sensor de ultrasonido envía una ráfaga de la cual detectara su rebote y dependiendo el tiempo que se demore en volver la señal es posible determinar a que distancia se encuentra el obstáculo, lógicamente esta distancia no debera sobrepasar la distancia máxima de detección del sensor.
El módulo HC-SR04 no es específico para Arduino sino que puede conectarse a otras plataformas. Posee 4 pines de conexión etiquetados Vcc (voltaje +5v), Gnd (masa), Trig (Trigger o disparador), Echo (Eco o retorno).

Características del HC-SR04:

Voltaje: +5v DC (corriente continua)
Consumo: < 2 mA
Frecuencia: 40khz (40.000 ciclos por segundo)
Disparador: +5v durante 10 μs mínimo
Distancia mínima de detección: 2,5 cm aprox.
Distancia máxima de detección: 5 m aprox.
Resolución: 0,3 cm

¿Cómo funciona?

El sensor de ultrasonido HC-SR04 es un dispositivo que emite un sonido de muy alta frecuencia, y luego espera a recibir el eco o rebote del mismo. Debido a que opera a muy alta frecuencia, no es audible para el oído humano.  Trabaja emitiendo 8 pulsos cortos a una frecuencia de 40 Khz (algunas personas pueden oír hasta 20khz). El trigger o disparador (pin Trig), esperará un pulso alto (HIGH) por al menos 10 μs (10 microsegundos) para comenzar su ciclo de detección a distancia. En ese momento disparará 8 pulsos altos (HIGH) seguidos a 40 Khz y luego se quedará esperando el retorno de los pulsos emitidos. Cuando detecte los pulsos emitidos, generará un pulso alto (HIGH) en la salida (pin Echo) de duración igual al tiempo que transcurrió entre la emisión y recepción del pulso.

Algo a tener en cuenta es que el sensor usa sonido (de alta frecuencia), por lo que es muy susceptible a materiales que tienden a absorber el sonido. Otras consideración es que el HC-SR04 rebotará teniendo en cuenta angulos y eventulmente recibirá un eco. Esto quiere decir que si ponemos una superficie inclinada faboreceremos un rebote errático, y la distancia medida será mayor a la real.

VIDEO DEMOSTRATIVO

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 

-Se implementó un circuito que controla con un sensor ultrasónico  la frecuencia de pulsos de un buzzer de 5v. Siendo los datos sensados la cantidad de tiempo que demora en viajar la onda ultrasónica, rebotar y llegar al receptor del modulo, siendo la distancia  convertida con un factor de conversión de centímetros  a microsegundos la cual es la velocidad a la que viaja el sonido, la cual es optima para su manejo 

-El uso de este tipo de sensor puede tener bastantes aplicaciones muy robustas  como por ejemplo la medición de caudal por una tubería. La onda de sonido viajaría al modulo receptor a una cierta velocidad del flujo ocupando un tiempo, 
y si el flujo  esta a mayor velocidad ocupara un tiempo mayor al inicial, con unos cálculos y programación se podría llegar a tener lecturas de caudal precisas.

-Haciendo uso del comando map, se logró controlar la frecuencia del buzzer, convirtiendo los valores menores a 1 metro a una variable entre 1000 y 1 ms respectivamente, logrando asi mediante la escritura digital darle la frecuencia al buzzer.

El sensor HC-SR04 posee dos transductores: un emisor y un receptor piezoeléctricos, el emisor piezoeléctrico emite 8 pulsos de ultrasonido(40KHz) luego de recibir la orden en el pin TRIG, las ondas de sonido viajan en el aire y rebotan al encontrar un objeto, el sonido de rebote es detectado por el receptor piezoeléctrico, luego el pin ECHO cambia a Alto (5V) por un tiempo igual al que demoró la onda desde que fue emitida hasta que fue detectada, el tiempo del pulso ECO es medido por el microcontrolador y así se puede calcular la distancia al objeto.

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Se observo que el límite máximo de alcance del sensor  HC-SR04 es de  2 a 4.50 m.

Trabajo Extra: 

Medidor de pilas con Arduino
Este sencillo sistema nos permitirá comprobar las típicas pilas que usamos en los aparatos electrónicos de nuestra casa. Muchas veces no sabemos si una pila tiene el voltaje suficiente para que un aparato pueda funcionar correctamente. En este proyecto solo se podran comprobar pilas AA, AAA, debido a la limitacion de entrada de 5v en los pines analogicos.

Esquema: 

Código en Arduino:

Objetivos:

Poder detectar cuando una pila tiene suficiente energía o no a través de LED's y usando una placa Arduino.

¿Cómo se logra esta medición?

Cuando una pila esta completamente cargada suministran un voltaje de 1.5 v, y según estas se van desgastando el voltaje disminuye progresivamente .

conclusiones y observaciones 

-Se utilizó comandos condicionales para verificar el valor del voltaje limitando estos en un rango de voltaje, si la lectura del puerto PWM cae en un rango asignado en el comando if se hará una acción en este caso el encendido de led a ciertos voltajes de lectura proporcionales.


Integrantes:
- Luis Alonso Bayton Coaguila
- Fernando Sejje Yucra
- Alvaro Meza Capcha
- Renzo Torres Umiña