Sensor Ultrasónico HC-SR04

El sensor ultrasónico HC-SR04 mide la distancia gracias a dos sensores transductores: el micrófono y el altavoz. Genera pulsos de alta frecuencia (invisibles para los humanos) que se emiten desde objetos cercanos y se reflejan en el sensor, captados por un micrófono. Son baratos y fáciles de usar.

¿Para qué sirve  el sensor ultrasónico HC-SR04?

Este sensor ultrasónico  brinda mediciones estables y precisas a distancias entre 2cm-450cm. Tiene un ángulo de menos de 15º grados y una precisión aproximada de ±3 mm.

Este sensor utiliza un sonido ultrasónico para medir la distancia como lo hacen los  murciélagos y los delfines. El sonido ultrasónico es de alta frecuencia  de tal manera que los humanos no lo pueden percibir. Este sensor en particular, envía un sonido ultrasónico que tiene una frecuencia aproximada de 40 kHz. 

El sensor tiene dos partes principales: un transductor que crea un sonido ultrasónico y otro que detecta el eco. Para usar este sensor para medir distancia, debemos conectarle una parte lógica la cual  debe medir la cantidad de tiempo que tarda el sonido desde el momento en que se envía hasta el momento que recoge el eco.

Voltaje de operación: 5v

Conexiones: Vcc, Trigger, Echo, GND

Rango de medición: 2cm-400cm

Precisión: ±3mm

Corriente de alimentación: 15mA

Frecuencia de pulso: 40 Khz

Angulo efectivo de medición: <15º

Señal de disparo: 10uS

Dimensiones del módulo: 45mm/20mm/15mm (largo/ancho/alto)

Especificaciones

Tipo sensor: Ultrasonido

Voltaje de alimentación mínimo: 3.3 V

Voltaje de alimentación máximo: 5 V

Corriente de operación: 15 mA

Corriente modo estático: 2 mA

Frecuencia de trabajo: 40 KHz

Distancia de detección mínima: 2 cm 

Distancia de detección máxima: 450 cm

Señal de salida:

Frecuencia de la señal eléctrica

5 V de alto nivel

0 V de bajo nivel

Ángulo de apertura eficaz: <15º

Resolución: 0.3 cm

Ángulo de medición: 30º

Disparo de la señal de entrada: TTL pulso 10μs

Señal de salida: PWL de TTL

Dimensiones de la placa: 43 mm X 20 mm

Número de pines: 4

Modelo: HC-SR04

¿Qué es el sensor ultrasónico HC-SR04?

El HC-SR04 es un sensor de distancia ultrasónico ampliamente utilizado en proyectos de electrónica y robótica. Este dispositivo emite ondas sonoras de alta frecuencia y mide el tiempo que tarda el eco en regresar, permitiendo calcular la distancia a objetos cercanos con gran precisión.

Características principales del sensor HC-SR04

• Voltaje de operación: 3.3V a 5V DC
• Corriente de trabajo: <15mA
• Rango de medición: 2cm a 400cm
• Precisión: 3mm
• Ángulo de medición efectivo: <15°
• Frecuencia de trabajo: 40kHz
• Dimensiones: 45mm x 20mm x 15mm
• Pines de conexión: VCC, Trig, Echo, GND

¿Para qué se utiliza un sensor ultrasónico HC-SR04?

El sensor HC-SR04 se emplea en una variedad de aplicaciones que requieren medición de distancia sin contacto, incluyendo:

• Detección de obstáculos en robótica
• Sistemas de estacionamiento automático
• Medición de nivel en tanques
• Mapeo de entornos en proyectos de IoT
• Sistemas de seguridad y alarmas

Proyectos con el sensor HC-SR04

Proyectos básicos:

1. Medidor de distancia simple con display LCD
2. Sistema de alerta de proximidad con LED y buzzer
3. Control de iluminación basado en presencia

Proyectos intermedios:

1. Robot evita-obstáculos
2. Sistema de riego automatizado basado en nivel de agua
3. Medidor de altura con registro de datos

Proyectos avanzados:

1. Escáner 3D de bajo costo
2. Sistema de asistencia para estacionamiento con múltiples sensores
3. Mapeador de habitaciones para robots autónomos

Uso del sensor HC-SR04 con diferentes plataformas

Uso con Arduino:

Arduino es una de las plataformas más populares para trabajar con el HC-SR04. Aquí hay un ejemplo básico de código:

    
    #define TRIG_PIN 9
    #define ECHO_PIN 10

    void setup() {
      Serial.begin(9600);
      pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
      pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
    }

    void loop() {
      digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
      delayMicroseconds(2);
      digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
      delayMicroseconds(10);
      digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
      
      long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
      float distance = duration * 0.034 / 2;
      
      Serial.print("Distance: ");
      Serial.print(distance);
      Serial.println(" cm");
      delay(1000);
    }
    
    

Uso con ESP8266:

El ESP8266 es ideal para proyectos IoT con el HC-SR04. El código es similar al de Arduino, pero se deben considerar los pines específicos del ESP8266:

    
    #define TRIG_PIN D2
    #define ECHO_PIN D1

    void setup() {
      Serial.begin(9600);
      pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
      pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
    }

    void loop() {
      digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
      delayMicroseconds(2);
      digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
      delayMicroseconds(10);
      digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
      
      long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
      float distance = duration * 0.034 / 2;
      
      Serial.print("Distance: ");
      Serial.print(distance);
      Serial.println(" cm");
      delay(1000);
    }
    
    

Uso con PIC:

Para microcontroladores PIC, se puede utilizar el siguiente enfoque:

1. Configurar un timer para generar el pulso de 10µs en el pin Trig.
2. Usar interrupciones para capturar el flanco de subida y bajada en el pin Echo.
3. Calcular la distancia basándose en el tiempo entre flancos.

Uso con Raspberry Pi:

En Raspberry Pi, se puede usar la biblioteca RPi.GPIO para controlar el sensor. Es importante considerar que el Raspberry Pi opera a 3.3V, por lo que puede ser necesario un divisor de voltaje para el pin Echo:

    
    import RPi.GPIO as GPIO
    import time

    GPIO.setmode(GPIO.BCM)

    TRIG = 23
    ECHO = 24

    GPIO.setup(TRIG, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(ECHO, GPIO.IN)

    def distance():
        GPIO.output(TRIG, False)
        time.sleep(2)

        GPIO.output(TRIG, True)
        time.sleep(0.00001)
        GPIO.output(TRIG, False)

        while GPIO.input(ECHO) == 0:
            pulse_start = time.time()

        while GPIO.input(ECHO) == 1:
            pulse_end = time.time()

        pulse_duration = pulse_end - pulse_start
        distance = pulse_duration * 17150
        distance = round(distance, 2)

        return distance

    try:
        while True:
            dist = distance()
            print("Distance:", dist, "cm")
            time.sleep(1)

    except KeyboardInterrupt:
        print("Measurement stopped by User")
        GPIO.cleanup()
    
    

Librerías para el uso del sensor HC-SR04

• Para Arduino: NewPing (ofrece funciones avanzadas y optimizadas)
• Para ESP8266: Ultrasonic-ESP8266 (adaptada para ESP8266)
• Para Raspberry Pi: hcsr04sensor (simplifica la interacción con el sensor)

¿De qué materiales están hechos los sensores HC-SR04?

El sensor HC-SR04 está compuesto por varios materiales:

• Transductores ultrasónicos de cerámica piezoeléctrica
  
• Circuito integrado para el control y procesamiento de señales
• Componentes electrónicos varios (resistencias, capacitores, etc.)
• PCB (Printed Circuit Board) para montar los componentes

¿Cómo controlar el sensor ultrasónico HC-SR04?

Para controlar el sensor HC-SR04, sigue estos pasos:

1. Conecta el sensor a tu microcontrolador (VCC, GND, Trig, Echo).
2. Configura el pin Trig como salida y el pin Echo como entrada.
3. Envía un pulso de 10µs al pin Trig para iniciar la medición.
4. Mide la duración del pulso en el pin Echo.
5. Calcula la distancia usando la fórmula: distancia = (duración * velocidad del sonido) / 2.

Consideraciones importantes al usar el HC-SR04

• Asegúrate de que el objeto a medir esté dentro del rango de detección (2cm - 400cm).
• Evita superficies muy absorbentes o en ángulos que puedan desviar el eco.
• Considera el ángulo de medición efectivo (<15°) al posicionar el sensor.
• En ambientes ruidosos, puede ser necesario implementar filtros o promediar múltiples lecturas.
• Para mediciones precisas, calibra el sensor considerando la temperatura ambiente.

Aplicaciones avanzadas y tendencias futuras

El sensor HC-SR04 continúa siendo relevante en aplicaciones emergentes:

• Integración en sistemas de domótica para detección de presencia y automatización.
• Uso en drones para sistemas anti-colisión y aterrizaje autónomo.
• Aplicaciones en agricultura de precisión para medir niveles de cultivo o distancias en invernaderos.
• Implementación en wearables para asistencia a personas con discapacidad visual.

Conclusión

El sensor ultrasónico HC-SR04 es un componente versátil y económico que ofrece mediciones precisas de distancia en una amplia gama de aplicaciones. Su facilidad de uso con diversas plataformas como Arduino, ESP8266, PIC y Raspberry Pi lo hace ideal para proyectos de todos los niveles de complejidad. Al comprender sus características, métodos de control y consideraciones de uso, los desarrolladores pueden aprovechar al máximo este sensor en sus proyectos de electrónica y robótica.

Documentación

Datasheet

Tutorial lectura de distancia coon IDE.

Tutorial distancia con LCD.

Tutorial ¿Qué es un sensor ultrasónico? y simulación con TinkerCAD.