2.3.2. Sensor ultrasònic HC-SR04

Un sensor d'ultrasons, o sensor de distància, és un dispositiu que serveix per mesurar distàncies. El seu funcionament es basa en l'enviament d'un pols d'alta freqüència (40kHz), no audible per l'ésser humà ja que la màxima freqüència que podem percebre és de 20kHz, el qual rebota en els objectes propers i és reflectit cap al sensor, que disposa d'un micròfon adequat per a aquesta freqüència. Mesurant el temps entre polsos i coneixent la velocitat del so (343m/s), podem calcular la distància que hi ha del sensor d’ultrasons al objecte.

Per poder definir aquesta fórmula, primer hem de fer factors de conversió per passar la velocitat del so de metres per segons a centímetres per micra segons, per tal d’utilitzar una mesura més còmoda:

És a dir, el so triga 29.1 micra segons en recórrer un centímetre. Per tant, es pot obtenir la distància a partir de la divisió del temps entre la emissió i recepció del pols. 

Cal tenir en compte que com hem mesurat el temps que triga el pols en anar i tornar, llavors la distancia recorreguda pel pols és el doble de la que volem mesurar i per això, es divideix el temps entre dos.

Funcionament sensor ultrasònic HC-SR04

Els sensors d'ultrasons són sensors econòmics i senzills. Necessiten una tensió d’alimentació de 5V i només consumeixen 15mA. El rang de mesurament teòric, és a dir, la distància de detecció del sensor HC-SR04, és de 2 a 400 cm, amb una resolució de 0.3cm. Tot i això, són sensors de baixa precisió ja que l'orientació de la superfície a mesurar pot provocar que l'ona es reflecteixi, generant ecos i mesuraments falsos. Malgrat aquesta baixa precisió, que impedeix conèixer amb exactitud la distància a un objecte, els sensors d'ultrasons són àmpliament utilitzats. En l’àmbit de la robòtica és habitual muntar un o diversos d'aquests sensors, per exemple, per a detecció d'obstacles, determinar la posició del robot, crear mapes d'entorn, resoldre laberints, etc.

En aplicacions en què es requereix una precisió superior en el mesurament de la distància, es fan servir mesuradors de distància per infrarojos (per calcular distàncies molt curtes) i sensors òptics (per calcular distàncies mitjanes i llargues).

El model HC-SR04 està format per 4 pins, dels quals dos són d'alimentació (Vcc i Gnd) i els altres dos per determinar la distància (Trig i Echo).

Pins sensor ultrasònic HC-SR04