Cómo utilizar un sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino: Guía completa

por Redacción · Publicada · Actualizado

Si estás buscando un sensor de distancia fácil de usar y económico para tu proyecto de Arduino, el HC-SR04 es una excelente opción. Este sensor ultrasónico tiene un rango de 2 a 400 cm y es comúnmente utilizado en proyectos de robótica y automatización. En este artículo, te enseñaremos cómo funciona el sensor y cómo utilizarlo con Arduino.

Cómo utilizar un sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino

Tabla de Contenidos

Para empezar, necesitarás un Arduino y un HC-SR04. El proceso de conexión es sencillo, solo necesitas conectar el contacto de tierra al terminal GND de la placa Arduino, conectar la salida de potencia a 5V y conectar las salidas Trig y Echo al Arduino en los pines digitales. Una vez conectado, puedes comenzar a utilizar el sensor para medir distancias.

En este tutorial, te mostraremos cómo utilizar el sensor HC-SR04 con Arduino, incluyendo cómo leer los datos del sensor y cómo utilizarlos en tu proyecto. Sigue leyendo para aprender cómo utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino.

Principios de Funcionamiento del Sensor HC-SR04

El sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 es un dispositivo que utiliza ondas de ultrasonido para medir la distancia entre el sensor y un objeto. El principio de funcionamiento del sensor se basa en la emisión de una onda de ultrasonido y la medición del tiempo que tarda en reflejarse en el objeto y volver al sensor.

La velocidad del sonido es un factor clave en el funcionamiento del sensor HC-SR04. La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 343 metros por segundo (m/s) a una temperatura de 20 grados Celsius. El sensor emite una onda de ultrasonido que viaja a través del aire a esta velocidad y se refleja en el objeto. La distancia entre el sensor y el objeto se calcula midiendo el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia de ida y vuelta.

El ángulo de medición del sensor HC-SR04 es de aproximadamente 15 grados. Esto significa que el sensor puede medir la distancia a un objeto dentro de un ángulo de 15 grados desde el centro del sensor. Si el objeto se encuentra fuera de este ángulo, el sensor puede no ser capaz de medir la distancia con precisión.

El sensor HC-SR04 utiliza dos transductores de ultrasonido, uno para emitir la onda y otro para recibir la onda reflejada. El emisor emite una ráfaga de ultrasonido y el receptor detecta el rebote de la onda. El tiempo que tarda la onda en viajar desde el sensor hasta el objeto y volver al sensor se mide y se convierte en una distancia en centímetros o pulgadas.

En resumen, el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 utiliza el principio de funcionamiento de la emisión y recepción de ondas de ultrasonido para medir la distancia entre el sensor y un objeto. La velocidad del sonido y el ángulo de medición son factores clave en el funcionamiento del sensor. El sensor utiliza dos transductores de ultrasonido para emitir y recibir ondas, y el tiempo que tarda la onda en recorrer la distancia de ida y vuelta se convierte en una distancia en centímetros o pulgadas.

Componentes del Sensor HC-SR04

El sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 es un dispositivo electrónico que se utiliza para medir la distancia entre el sensor y un objeto. El sensor utiliza ondas ultrasónicas para determinar la distancia, lo que lo hace muy preciso y confiable.

El HC-SR04 consta de cuatro componentes principales: el pin Trig, el pin Echo, el pin GND y el pin Vcc.

El pin Trig es el pin de disparo. Cuando se envía una señal a este pin, el sensor envía una onda ultrasónica.
El pin Echo es el pin de eco. Cuando la onda ultrasónica enviada por el sensor choca con un objeto y rebota, la señal de eco se envía a este pin.
El pin GND es el pin de tierra. Debe conectarse a la tierra del circuito.
El pin Vcc es el pin de alimentación. Debe conectarse a la fuente de alimentación del circuito.

El sensor HC-SR04 también tiene un transductor ultrasónico que emite la onda ultrasónica y un receptor ultrasónico que recibe la señal de eco. El transductor y el receptor están ubicados en la misma placa, lo que hace que el sensor sea fácil de usar y compacto.

Es importante tener en cuenta que el sensor HC-SR04 requiere una fuente de alimentación de 5V y consume aproximadamente 15mA de corriente en funcionamiento. Además, el sensor debe estar conectado correctamente al Arduino para que funcione correctamente. En general, el HC-SR04 es un sensor de distancia muy útil y confiable que se puede utilizar en una variedad de proyectos de electrónica y robótica.

Configuración del Circuito

Para utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino, es necesario configurar el circuito correctamente. A continuación, se explicará cómo hacerlo.

Materiales necesarios

Antes de empezar, asegúrate de tener los siguientes materiales:

Sensor de distancia ultrasónico HC-SR04
Placa Arduino (se recomienda una placa Arduino Uno)
Protoboard
Cables macho-hembra

Conexiones

Para conectar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 al Arduino, es necesario realizar las siguientes conexiones:

Sensor HC-SR04	Arduino
VCC	5V
Trig	Pin 9
Echo	Pin 10
GND	GND

Asegúrate de que las conexiones estén bien hechas y de que no haya ningún cortocircuito.

Código

Una vez que el circuito esté configurado, es necesario subir el siguiente código al IDE de Arduino:

#define trigPin 9
#define echoPin 10

void setup() {
  Serial.begin (9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  long duration, distance;
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = (duration/2) / 29.1;
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  delay(500);
}

Este código permitirá que el Arduino pueda leer la distancia medida por el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04.

Siguiendo estos pasos, podrás configurar el circuito para utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino.

Cableado y Conexiones

Para poder utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino, es necesario realizar algunas conexiones. A continuación, se detallan los pasos a seguir:

Conecta el pin GND del sensor al pin GND de la placa Arduino.
Conecta el pin VCC del sensor al pin de alimentación de 5V de la placa Arduino.
Conecta el pin Trig del sensor al pin digital 7 de la placa Arduino.
Conecta el pin Echo del sensor al pin digital 6 de la placa Arduino.

Es importante tener en cuenta que el pin de disparo (Trig) del sensor debe ser conectado a un pin digital de la placa Arduino, mientras que el pin de eco (Echo) debe ser conectado a otro pin digital diferente.

Una vez realizadas las conexiones, ya se puede utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino para medir la distancia a objetos cercanos.

En caso de tener dudas sobre el cableado, se puede consultar el diagrama esquemático que se encuentra en la documentación del sensor. También es importante verificar que los pines digitales elegidos en la conexión estén disponibles y no estén siendo utilizados por otro dispositivo.

Recuerda que una conexión incorrecta puede dañar tanto el sensor como la placa Arduino, por lo que es importante realizar las conexiones con cuidado y siguiendo las instrucciones correctamente.

Programación en Arduino

Para utilizar el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino, es necesario programar el microcontrolador para que pueda leer los datos que el sensor envía. La programación se realiza en el lenguaje de programación de Arduino, que es una variante de C++.

El código de Arduino consta de dos funciones principales: setup() y loop(). La función setup() se ejecuta una vez al inicio del programa y se utiliza para inicializar cualquier variable o configuración necesaria. Por otro lado, la función loop() se ejecuta continuamente y es donde se realiza la mayor parte del trabajo.

Para programar el sensor HC-SR04, es necesario utilizar la librería Ultrasonic.h, que proporciona funciones para leer los datos del sensor. Una vez que se ha incluido la librería en el código, se puede utilizar la función ultrasonicRead() para leer la distancia medida por el sensor.

El siguiente es un ejemplo de código de Arduino para utilizar el sensor HC-SR04:

#include <Ultrasonic.h>

#define TRIGGER_PIN 12
#define ECHO_PIN 11

Ultrasonic ultrasonic(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  float distance = ultrasonic.read();
  Serial.print("Distancia: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  delay(1000);
}

En este ejemplo, se define el pin de trigger y echo del sensor como 12 y 11 respectivamente. Luego, se crea una instancia de la clase Ultrasonic utilizando estos pines. En la función loop(), se lee la distancia medida por el sensor utilizando la función ultrasonic.read() y se imprime en el monitor serial.

Este es solo un ejemplo básico de cómo utilizar el sensor HC-SR04 con Arduino. Es posible realizar muchas otras operaciones con el sensor, como detectar obstáculos o medir distancias en diferentes direcciones. La programación en Arduino ofrece muchas posibilidades para utilizar el sensor HC-SR04 de manera efectiva.

Uso de la Librería NewPing

Si está buscando una forma fácil de interactuar con los sensores ultrasónicos HC-SR04 mientras utiliza solo 1 pin de entrada/salida, la librería NewPing es una excelente opción. Esta librería externa mejora el rendimiento y evita algunos problemas encontrados en algunos tipos de sensores de detección de distancias.

Para utilizar la librería NewPing, primero debe descargarla e instalarla en su IDE de Arduino. Una vez que haya instalado la librería, puede utilizar sus funciones para medir la distancia con el sensor HC-SR04.

La librería NewPing tiene varias funciones útiles, incluyendo ping() y ping_cm(). La función ping() devuelve la distancia en microsegundos, mientras que ping_cm() devuelve la distancia en centímetros. Estas funciones son muy útiles si desea medir la distancia a un objeto o un obstáculo.

Además, la librería NewPing también tiene una función ping_median(), que devuelve la mediana de varias mediciones de distancia. Esto puede ser útil si desea asegurarse de que sus mediciones sean precisas y confiables.

También puede establecer la distancia máxima que desea medir utilizando la función setMaxDistance(). Esta función es útil si desea evitar mediciones incorrectas o si sabe que la distancia máxima que desea medir es menor que la distancia máxima predeterminada del sensor HC-SR04.

En general, la librería NewPing es una excelente opción si desea interactuar con los sensores ultrasónicos HC-SR04 mientras utiliza solo 1 pin de entrada/salida. Con sus funciones útiles y su facilidad de uso, la librería NewPing puede ayudarlo a medir distancias con precisión y confiabilidad.

Medición de Distancia

Para medir la distancia con el sensor ultrasónico HC-SR04 y Arduino, debes seguir los siguientes pasos:

Conecta el sensor a tu placa Arduino siguiendo las instrucciones del fabricante. Asegúrate de que los pines de alimentación, tierra, eco y trigger estén conectados correctamente.
En tu código Arduino, incluye la biblioteca del sensor HC-SR04 y define los pines de trigger y eco. A continuación, inicializa el sensor y espera a que se estabilice.
Para medir la distancia, envía un pulso de 10 microsegundos al pin de trigger y espera a que el pin de eco se active. Mide el tiempo que tarda en llegar la señal de eco y convierte ese tiempo en distancia utilizando la fórmula adecuada.

Es importante tener en cuenta que el rango de medición del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400cm, con una resolución de 0.3cm. Sin embargo, en la práctica, el rango de medición real es mucho más limitado, en torno a 20cm a 2 metros. Además, la precisión del sensor depende de varios factores, como la temperatura y la humedad del aire, la distancia al objeto y la calidad de los componentes del módulo de encóder.

Para obtener mediciones más precisas, es recomendable calibrar el sensor y realizar varias mediciones y promediar los resultados. También puedes ajustar la velocidad del sonido en tu código para adaptarla a las condiciones ambientales.

En resumen, medir distancias con el sensor ultrasónico HC-SR04 y Arduino es una tarea sencilla pero requiere de cierta precisión y calibración para obtener resultados fiables. Siguiendo los pasos adecuados y teniendo en cuenta los factores relevantes, podrás medir distancias con facilidad y precisión.

Interpretación de los Resultados

Una vez que hayas conectado el sensor HC-SR04 a tu Arduino y hayas cargado el código adecuado, deberías poder interpretar los resultados que se muestran en el monitor serie.

Para ello, es importante que sepas que el sensor envía una señal de ultrasonidos y mide el tiempo que tarda en recibir el eco de esa señal. Este tiempo se mide en microsegundos y se puede convertir en centímetros utilizando la fórmula adecuada.

En el monitor serie, verás que se muestran dos valores: el tiempo que tarda en llegar el eco y la distancia en centímetros. Es importante que verifiques que estos valores tienen sentido. Si la distancia es demasiado grande o demasiado pequeña, puede ser que haya un problema con la conexión o con el código.

Recuerda que la comunicación serial es bidireccional, por lo que también puedes enviar comandos desde tu Arduino al monitor serie. Esto puede ser útil para depurar tu código o para enviar información adicional al usuario.

En resumen, la interpretación de los resultados del sensor HC-SR04 es bastante sencilla una vez que entiendes cómo funciona. Asegúrate de verificar que los valores tienen sentido y utiliza la comunicación serial para depurar tu código si es necesario.

Solución de Problemas y Ajustes

A pesar de que el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 es fácil de usar y tiene un buen rendimiento, a veces puede haber problemas que afectan su precisión. En esta sección, se presentarán algunos consejos y soluciones para resolver problemas comunes.

Problemas de precisión

Si el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 no está midiendo la distancia con precisión, hay algunas cosas que puedes hacer para solucionarlo. Primero, asegúrate de que el sensor esté ubicado en una posición adecuada y que no haya obstáculos en su camino. Si el sensor está demasiado cerca de una superficie lisa, puede haber problemas de reflexión de la señal.

Otra cosa que puedes hacer es ajustar el filtro digital. El filtro digital ayuda a eliminar las lecturas erráticas que pueden ocurrir debido a la interferencia de ruido. Si el filtro está configurado demasiado alto, puede haber una disminución en la precisión de la medición. Por otro lado, si el filtro está configurado demasiado bajo, puede haber más ruido en las lecturas.

Problemas de obstáculos

Si el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 no está detectando obstáculos correctamente, hay algunas cosas que puedes hacer para solucionarlo. Primero, asegúrate de que el sensor esté ubicado en una posición adecuada y que no haya obstáculos en su camino. Si el sensor está demasiado cerca de una superficie lisa, puede haber problemas de reflexión de la señal.

Otra cosa que puedes hacer es ajustar el tiempo de espera. El tiempo de espera es el tiempo que el sensor espera después de enviar una señal antes de esperar una respuesta. Si el tiempo de espera es demasiado corto, el sensor puede detectar falsos obstáculos. Por otro lado, si el tiempo de espera es demasiado largo, el sensor puede perder obstáculos.

Problemas de superficie lisa

Si el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 está teniendo problemas al detectar objetos en superficies lisas, hay algunas cosas que puedes hacer para solucionarlo. Primero, asegúrate de que el sensor esté ubicado en una posición adecuada y que no haya obstáculos en su camino. Si el sensor está demasiado cerca de una superficie lisa, puede haber problemas de reflexión de la señal.

Otra cosa que puedes hacer es ajustar la frecuencia de la señal. La frecuencia de la señal es la cantidad de veces que el sensor envía una señal por segundo. Si la frecuencia es demasiado baja, puede haber problemas de reflexión de la señal en superficies lisas. Por otro lado, si la frecuencia es demasiado alta, puede haber problemas de interferencia de ruido.

En general, si tienes problemas con el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04, hay varias cosas que puedes hacer para solucionarlo. Asegúrate de que el sensor esté ubicado en una posición adecuada, ajusta el filtro digital, el tiempo de espera y la frecuencia de la señal según sea necesario.

Aplicaciones en Robótica

El sensor ultrasónico HC-SR04 es ampliamente utilizado en el campo de la robótica debido a su precisión y bajo costo. Este sensor es capaz de medir la distancia entre el robot y los objetos que lo rodean, lo que lo convierte en una herramienta indispensable para la navegación y la detección de obstáculos.

Algunas de las aplicaciones más comunes del sensor HC-SR04 en robótica son:

Robots de limpieza: los robots de limpieza utilizan el sensor HC-SR04 para detectar obstáculos y evitar colisiones mientras se mueven por la habitación. El sensor les permite detectar paredes, muebles y otros objetos para evitar dañarlos.
Robots de exploración: los robots de exploración utilizan el sensor HC-SR04 para medir la distancia entre ellos y los objetos que se encuentran en su camino. Esto les permite crear mapas precisos de su entorno y evitar obstáculos mientras se mueven.
Robots de seguimiento: los robots de seguimiento utilizan el sensor HC-SR04 para detectar la presencia de objetos cercanos. Esto les permite seguir objetos en movimiento, como personas o animales, sin chocar con ellos.
Robots de seguridad: los robots de seguridad utilizan el sensor HC-SR04 para detectar objetos y personas en su entorno. Esto les permite detectar intrusos y alertar a los propietarios en caso de que se detecte una amenaza.

En resumen, el sensor ultrasónico HC-SR04 es una herramienta esencial en el campo de la robótica. Su capacidad para medir la distancia con precisión lo convierte en una herramienta valiosa para la navegación y la detección de obstáculos en una variedad de aplicaciones robóticas.

Consideraciones Adicionales

Cuando utilices el sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino, hay algunas consideraciones adicionales que debes tener en cuenta para asegurarte de obtener mediciones precisas y evitar problemas. A continuación, se presentan algunas de las consideraciones más importantes:

Temperatura y Humedad del Aire

La precisión del sensor HC-SR04 depende en gran medida de la temperatura y la humedad del aire. Si la temperatura es demasiado alta o demasiado baja, o si la humedad es demasiado alta, las mediciones del sensor pueden ser imprecisas. Por lo tanto, es importante asegurarse de que la temperatura y la humedad sean adecuadas para el funcionamiento del sensor.

Arduino Mega 2560 y Uno R3

El sensor HC-SR04 es compatible con una amplia gama de placas Arduino, incluyendo el Arduino Mega 2560 y el Uno R3. Sin embargo, es importante asegurarse de que la placa que estás utilizando tenga suficientes pines para conectar el sensor.

DHT11 y DHT22

Si estás utilizando el sensor HC-SR04 en combinación con los sensores de temperatura y humedad DHT11 o DHT22, debes tener en cuenta que estos sensores también pueden verse afectados por la temperatura y la humedad del aire. Por lo tanto, es importante calibrar los sensores correctamente y asegurarse de que las mediciones sean precisas.

En resumen, el uso del sensor de distancia ultrasónico HC-SR04 con Arduino puede ser una excelente manera de medir la distancia en tus proyectos de robótica y automatización. Sin embargo, es importante tener en cuenta las consideraciones adicionales mencionadas anteriormente para asegurarte de obtener mediciones precisas y evitar problemas.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se conecta el sensor de ultrasonido al Arduino?

Para conectar el sensor de ultrasonido HC-SR04 al Arduino, necesitas conectar el pin VCC a 5V, el pin GND a GND, el pin Trig a cualquier pin digital y el pin Echo a cualquier pin digital.

¿Cómo funciona el sensor de distancia HC-SR04?

El sensor de distancia HC-SR04 utiliza ultrasonidos para medir la distancia entre el sensor y un objeto. El sensor envía un pulso ultrasónico y mide el tiempo que tarda en recibir el eco. Conociendo el tiempo que tarda en llegar el eco, el sensor puede calcular la distancia al objeto.

¿Cómo medir la distancia con Arduino?

Para medir la distancia con Arduino utilizando el sensor de ultrasonido HC-SR04, debes enviar un pulso al pin Trig del sensor, esperar a que el eco llegue al pin Echo y medir el tiempo que tarda en llegar. Conociendo el tiempo que tarda en llegar el eco, puedes calcular la distancia utilizando una fórmula.

¿Cómo trabaja el sensor ultrasónico de Arduino?

El sensor ultrasónico de Arduino funciona emitiendo un pulso ultrasónico y midiendo el tiempo que tarda en recibir el eco. Conociendo el tiempo que tarda en llegar el eco, el sensor puede calcular la distancia al objeto. El sensor utiliza dos transductores ultrasónicos para emitir y recibir los pulsos.

¿Cuáles son las características del sensor ultrasónico HC-SR04?

El sensor de ultrasonido HC-SR04 tiene un rango de medición de 2 a 400 cm con una precisión de 3 mm. El sensor funciona con una frecuencia de 40 kHz y tiene un ángulo de detección de 15 grados. Además, el sensor es fácil de usar y es compatible con Arduino.

¿Cómo utilizar un sensor de ultrasonido HC-SR04 con un LED en Arduino?

Para utilizar un sensor de ultrasonido HC-SR04 con un LED en Arduino, puedes utilizar la distancia medida por el sensor para controlar el encendido y apagado del LED. Por ejemplo, puedes encender el LED cuando la distancia medida por el sensor sea menor de 10 cm y apagarlo cuando sea mayor de 10 cm.