Aprenda a utilizar o Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04 com Arduino

Nosso post de hoje é sobre a utilização do sensor ultrassônico HC-SR04, o sensor ultrassônico mais utilizado pela comunidade maker devido ao seu baixo custo, eficiência e disponibilidade de documentação. Nesse post falaremos sobre o funcionamento teórico do sensor de ultrassom e para finalizar, faremos a integração do sensor com o Arduino Uno. Então, está preparado? Mãos à obra!

Como funciona o sensor ultrassônico?

Os sensores ultrassônicos possuem um emissor e um receptor de ondas sonoras, onde seu funcionamento baseia-se na emissão de uma onda sonora de alta frequência, algo na faixa de 40khz, essa onda sonora é imperceptível ao ouvido humano, nós conseguimos perceber sons na faixa de 20 a 20khz variando de indivíduo para indivíduo.

Ao emitir essa onda sonora, é acionado uma espécie de relógio de alta precisão que cronometra o tempo entre a onda sonora colidir com um obstáculo e refletir de volta ao receptor do sensor. Uma vez que a velocidade do som no ar é conhecida(340 m/s), é possível, através do tempo que o sinal levou para colidir com o obstáculo e retornar, saber qual a distância percorrida entre sensor e obstáculo.

O cálculo para chegar até essa distância é bem simples, sendo ele:

d = (V*t)/2

onde:

d = distância percorrida entre o sensor e o obstáculo (medição que queremos saber)

V = velocidade do som no ar (340 m/s)

t = tempo percorrido entre a emissão do sinal sonoro e o seu retorno (tempo medido pelo sensor ultrassônico)

A divisão por 2 deve existir, uma vez que, o sensor mede o tempo total de ida e volta, ou seja, duas vezes o tempo que queremos.

Temos abaixo uma imagem que ilustra bem o funcionamento do sensor ultrassônico.

Figura 01: Princípio de funcionamento do sensor ultrassônico

Fonte: tecnologiasinterativas.wordpress.com

Quais as aplicações dos sensores ultrassônicos?

Os sensores ultrassônicos são vastamente utilizados em diversas áreas, principalmente na automação e na indústria, uma vez que ele é muito utilizado na medição de distâncias e níveis sem contato, na contagem de objetos cujo material é transparente, entre outros. Além das áreas de indústria e automação, o uso do sensor ultrassônico vêm nos últimos anos ganhando força na área da robótica, esse tipo de sensor é o mais utilizado na construção de robôs que desviam de obstáculos.

Figura 02: Robô utilizando sensor ultrassônico

Fonte: www.botmag.com

Conhecendo o sensor ultrassônico HC-SR04

O sensor ultrassônico HC-SR04 possui 4 pinos, são eles:

• VCC: Esse pino deve ser ligado em uma fonte de tensão de 5V;
• TRIG: Sinal responsável por disparar o pulso ultrassônico, para dispará-lo, é necessário que esse pino fique em HIGH por pelo menos 10us;
• ECHO: Sinal responsável por gerar um pulso com o mesmo tempo necessário para o eco ser recebido pelo sensor;
• GND: Deve ser ligado ao terminal negativo da fonte de alimentação.

Outras informações técnicas do HC-SR04 podem ser verificadas em seu datasheet, clicando em datasheet-hc-sr04 .

Em relação à sua faixa de medição, o HC-SR04 mede distâncias de 2 a 4m, essa faixa pode variar de sensor para sensor. É importante ressaltar que caso o obstáculo a frente do sensor seja muito pequeno ou não esteja a frente do sensor, pode ocorrer do sensor não detectar esse obstáculo.

Funcionamento do sensor HC-SR04

Aplicando o funcionamento básico de um sensor ultrassônico, o HC-SR04 envia sinais ultrassônicos e aguarda o echo, ou seja, o retorno do sinal. Primeiramente ele envia um sinal com duração de 10us indicando o início da transmissão de dados e logo depois envia 8 pulsos de 40khz, após esse envio, o sensor fica aguardando o retorno do sinal em nível alto(HIGH) para então calcular a distância entre o sensor e o obstáculo utilizando a equação antes mencionada d = (V*t)/2.

Aplicação do sensor ultrassônico com Arduino

Agora que nós já conhecemos como funciona um sensor ultrassônico e sobre o sensor HC-SR04, nós podemos desenvolver uma aplicação básica integrado o sensor ao Arduino, vamos lá!

Material Necessário

01x Arduino Uno R3 Compatível + Cabo Usb

01x Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04

01x Protoboard 400 Pontos

04x Jumpers MxM

Montagem do Circuito

Figura 03: Ligações do arduino com sensor ultrassônico

Fonte: Próprio Autor

Código

Inicialmente, você deve baixar a biblioteca Ultrasonic.h, essa biblioteca está disponível para download clicando aqui, após realizar o download da biblioteca, você deve descompactar o arquivo e adicionar à pasta libraries da IDE Arduino. Após instalar a biblioteca Ultrasonic.h, você irá criar um novo sketch e utilizará o código abaixo.

#include <Ultrasonic.h> //Inclui a biblioteca Ultrasonic.h
#define trigger  5 // Definição do pino digital 5 para o sinal de trigger
#define echo 6 // Definição do pino digital 6 para o sinal echo
 
 
Ultrasonic ultrasonic(trigger, echo); //Inicializa o sensor nos pinos definidos
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Começando a leitura de dados do sensor...");
}
 
void loop()
{
  //Leitura de informações do sensor em cm
  float cmMsec;
  long microsec = ultrasonic.timing();
  cmMsec = ultrasonic.convert(microsec, Ultrasonic::CM);
  Serial.print("Distância em cm: ");
  Serial.print(cmMsec);
  delay(1000);
}

Resultados

Temos na figura 04 os dados exibidos no monitor serial, os dados mostrados são as distâncias de determinado objeto sendo aproximado ou afastado do sensor ultrasônico.

Figura 04: Monitor serial mostrando os dados recebidos do sensor

Fonte: Próprio Autor

Conclusão

O sensor ultrassônico HC-SR04 é um sensor que lhe permite utilizá-lo em várias aplicações por um baixo custo sem pecar pela ineficiência, sua programação é simples, possui uma vasta documentação na internet, o que faz dele o sensor ultrassônico mais querido do mundo maker, com certeza este sensor lhe proporcionará uma infinidade de possibilidades. No tutorial aqui apresentado, nós pudemos ver a sua eficiência e a gama de aplicações em que ele pode ser inserido.

E aí, galera? Curtiram? Não deixe de nos dar o feedback sobre o que você achou, seu feedback é muito importante para nós! Sugiro que você dê uma olhada no nosso post de uma régua eletrônica onde o sensor hc-sr04 é utilizado, basta você clicar aqui! Não deixe de nos acompanhar nas redes sociais, te espero lá!