MIDIENDO DISTANCIAS CON UN SENSOR DE ULTRASONIDOS

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Amparo Godoy Silva
hace 6 años
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1 MIDIENDO DISTANCIAS CON UN SENSOR DE ULTRASONIDOS Un complemento imprescindible para muchos de robots o vehículos controlados a distancia es un sensor que nos permita saber la distancia libre de obstáculos para movernos. Dependerá de las distancias con las que pretendamos interactuar: Si las distancias van a ser pequeñas podemos emplear sensores de infrarrojos, si queremos movernos en áreas grandes y poder medir distancias en un rango de varios metros el complemento perfecto es unsensor de ultrasonidos. El sensor de ultrasonidos se enmarca dentro de los sensores para medir distancias o superar obstáculos, entre otras posibles funciones. En este caso vamos a utilizarlo para la medición de distancias. Esto lo consigue enviando un ultrasonido (inaudible para el oído humano por su alta frecuencia) a través de uno de la pareja de cilindros que compone el sensor (un transductor) y espera a que dicho sonido rebote sobre un objeto y vuelva, retorno captado por el otro cilindro. El radar funciona de modo similar aunque usando ondas de radio frecuencia muy cortasy con una problemática propia descomunal. Un pulso de radiofrecuencia se emite desde la antena y se recoge el eco que vuelve a la velocidad de la luz. El oído humano no percibe sonidos por encima de 20kHz. Por eso, a las ondas de mayor frecuencia las llamamos ultrasonidos (más allá del sonido). Los sensores de ultrasonidos funcionan sobre los 40 khz. No son perfectos, les influye la temperatura ambiente, la humedad y los materiales en los que reflejan, lo que genera una cierta incertidumbre. Pero a cambio son baratos y efectivos hasta un poco más de 3 metros en condiciones normales si la precisión no es un problema determinante Qué recibimos en el sensor? El tiempo que transcurre entre el envío y la recepción del ultrasonido.

2 Cómo vamos a traducir dicho tiempo en distancia? Aprovechando que la velocidad de dicho ultrasonido en el aire es de valor 340 m/s, o 0,034 cm/microseg (ya que trabajaremos con centímetros y microsegundos). Para calcular la distancia, recordaremos que v=d/t (definición de velocidad: distancia recorrida en un determinado tiempo). De la fórmula anterior despejamos d, obteniendo d=v t, siendo v la constante anteriormente citada y t el valor devuelto por el sensor a la placa Arduino. vuelta. También habrá que dividir el resultado entre 2 dado que el tiempo recibido es el tiempo de ida y Tres o cuatro patillas Cuando queremos conectar uno de estos sensores a la placa Arduino encontramos dos tipos de sensores: los que tienen tres patillas y los que tienen cuatro. De estas patillas una va conectada a 5v, otra a GND, en el caso de sensores de cuatro patillas, una de las dos que quedan va conectada al pin que gestiona la emisión de la señal y la otra patilla va conectada al pin gestiona la recepción de la señal. En los sensores con tres patillas utilizan el mismo pin como emisor y como receptor de la señal de ultrasonidos. El sensor que emplearemos Utilizaremos un sensor de ultrasonidos SKU: SEN136B5B cuyo rango de medida va desde los 3 cm a los 4 m, suficiente para cualquier proyecto de robótica y que tiene la gran ventaja de necesitar un único pin de nuestro Arduino para hacerlo funcionar: A pesar de ser habitual encontrar sensores con cuatro pines (ECHO, TRIGGER, GND, PIN), nosotros trabajaremos en clase con el modelo de 3 pines, concretamente con el de la derecha. Este componente dispone de 3 pines (gnd, 5v, sig) Conectaremos los 2 pines de alimentación tal y como indican las leyendas que contienen y el tercero será el que utilicemos para

3 comunicarnos con el sensor. El pin de señal se utilizara tanto como entrada o salida digital. Para solicitar que nos mande la información se le envía un pulso al aparato y este nos regresara una señal y en base a la longitud de la señal averiguaremos la distancia a la que se encuentra el obstáculo en caso de existir o estar a rango. Cómo puede funcionar con un solo pin? Acaso no necesitamos uno para mandarle una señal y otro para recibir la respuesta? Pues no, se puede hacer todo por el mismo y de una forma nada complicada lo que también nos servirá, de paso, para disipar una de las dudas más comunes entre los principiantes: la inamovilidad de la declaración de pines como entrada o salidas. En todos los ejemplos de código que nos encontraremos en la web oficial de Arduino y en las demás se utiliza el bloque setup() del Sketch para hacer declaraciones pinmode() y establecer los pines que vayamos a utilizar como entradas o como salidas. En todos estos ejemplos se busca la sencillez y estas declaraciones no se cambian a lo largo del código y esto da lugar a que muchos usuarios tengan la errónea creencia de que sólo se pueden declarar pines como entradas o salidas en el setup() y que una vez establecido un pin como entrada o salida ya no se puede cambiar. FALSO. SKETCH TIPO 1. /*Tecnología Industrial 1ºBCHT */ 2. /* Sketch medidor ultrasónico */ 3. /* Utilizaremos un sensor de ultrasonidos SKU: SEN136B5B */ 4. unsigned long pulso; // necesitamos una variable para medir el pulso 5. float distancia; // otra para calcular la distancia 6. int pin = 8; // y otra para el pin 7. void setup() { 8. Serial.begin(9600); // inicializamos el puerto serie 9. } 10. void loop() 11. { 12. pinmode(pin, OUTPUT); // ponemos el pin como salida 13. digitalwrite(pin, HIGH); // lo activamos 14. delaymicroseconds(10); // esperamos 10 microsegundos 15. digitalwrite(pin, LOW); // lo desactivamos 16. pinmode(pin, INPUT); // cambiamos el pin como entrada

17. pulso = pulsein(pin, HIGH); // medimos el pulso de salida del sensor 18. Serial.print( tiempo = ); // lo pasamos a milisegundos y lo sacamos por el puerto serie 19. Serial.print(float(pulso/1000.

4 17. pulso = pulsein(pin, HIGH); // medimos el pulso de salida del sensor 18. Serial.print( tiempo = ); // lo pasamos a milisegundos y lo sacamos por el puerto serie 19. Serial.print(float(pulso/1000.0)); 20. Serial.print( ms, distancia = ); // ahora calculamos la distancia en cm y al puerto serie 21. distancia = ((float(pulso/1000.0))*34.32)/2; 22. Serial.print(distancia); 23. Serial.println( cm ); 24. delay(1000); // esperamos un segundo antes de hacer una nueva medida 25. } Reflexiones sobre algunas variables Dentro del código hay que prestar atención a los distintos tipos de datos ya que trabajamos con un unsignedlong y con un float y además tenemos que hacer operaciones entre ellos, lo cual puede ser delicado. El unsignedlong es una variable tipo de dato para enteros sin signo (32 bits), números sin punto decimal. Los enteros largos puede ser tan grandes como y tan pequeños como 0. Son almacenados como 32 bits ( 4 bytes ) de información. La diferencia entre el unsignedlong y el int es que éste último es una variable tipo de datos para enteros, números sin punto decimal. Los enteros pueden ser tan grandes como y tan pequeños como -32,768. Estos son almacenados como 16 bits de información. Float es una variable de datos para números de punto flotante, un número que tiene un punto decimal. Los números de punto flotante son usados frecuentemente para aproximar valores análogos y continuos porque tienen más resolución que los enteros. Los números de tipo float pueden ser tan grandes como E+38 y tan pequeños como E+38. Estos son almacenados como 32 bits (4 bytes) de información.

5 Esquema de montaje

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