Circuito de sensor ultrassônico:um guia completo

Animais como golfinhos e morcegos usam ruído acústico e som para navegar e expor seus arredores. Esse fenômeno é chamado de ecolocalização. Apesar de ter sido descoberto pela primeira vez em animais não humanos, não é exclusivo deles. Por exemplo, pessoas cegas também demonstraram a capacidade de ecolocalização. No entanto, mais importante, nós o adaptamos à tecnologia moderna. Um bom exemplo disso é o circuito do sensor ultrassônico. Este guia explorará o que é, o que faz e como você pode criar o seu próprio.

O que é um sensor ultrassônico?

Sensor ultrassônico Sparki

Fonte: https://commons.wikimedia.org

O ultrassom descreve uma onda sonora que é uma frequência além do alcance da audição humana. Como tal, torna-se um ótimo candidato para ecolocalização sintética.

Assim como os sistemas de som hipersônicos, os sensores ultrassônicos funcionam com base nesse princípio, emitindo ondas sonoras. Essas ondas sonoras então ricocheteiam nos objetos e retornam ao sensor. Posteriormente, o sensor calculará a distância medindo o tempo de viagem e a velocidade do som da sua base até o objeto.

Assim, simplificando, os sensores ultrassônicos são essencialmente uma maneira econômica e confiável de medir e detectar a presença de objetos e a distância entre eles. Eles funcionam como um meio termo entre o sensor de proximidade e o sensor de distância a laser em alcance e custo. Essencialmente, os sensores ultrassônicos cobrem uma distância maior do que os sensores de proximidade, mas uma distância menor do que os sensores de distância a laser.


Médico segurando varinha de ultrassom transvaginal

Aplicações e principais benefícios dos sensores ultrassônicos

Aqui está um resumo de algumas das vantagens e usos dos sensores ultrassônicos:

• Eles podem detectar pequenos objetos a grandes distâncias (50 mm a 3,5 m)
• Seus recursos de medição e detecção são indiscriminados da superfície e textura de um alvo
• Os sensores ultrassônicos são ótimos para detecção e medição de:
  • Materiais sólidos como metal, madeira, plástico, papel, cortiça, vidro, etc.
  • Enrolados, como tecidos e tecidos
  • Produtos a granel, como açúcar, farinha, batatas etc.
  • Líquidos como água, óleo, suco, etc
• Eles são ideais para aplicativos de saúde, como exames de gravidez
• Podemos usá-los em sistemas de detecção de colisões para carros
• Os sensores ultrassônicos são independentes da cor do alvo
• Eles são independentes do ruído ambiente, níveis de luz e variações de temperatura
• Os sensores ultrassônicos são independentes de vapor, neblina, poeira e alta umidade
• Eles são de estado sólido – eles têm uma vida útil quase ilimitada e livre de manutenção

Tipos de sensores ultrassônicos

Podemos dividir os sensores ultrassônicos em três grupos ou tipos:

• Detecção de objetos:esses tipos de sensores ultrassônicos só têm saídas discretas de ligar/desligar.
• Medição de distância (sensor de distância ultrassônico):Esses sensores ultrassônicos usam o tempo de viagem para determinar a distância entre objetos. Eles só têm uma saída analógica.
• Tipo combinado:esses tipos de sensores ultrassônicos têm recursos de detecção de objetos e medição de distância

Na maioria dos casos, há apenas uma diferença de preço de 15% entre um sensor que possui os dois recursos e o sensor mínimo mais barato. No entanto, escolher o sensor ideal pode ser um pouco complicado com todas as opções disponíveis.

É por isso que é bom entender todas as especificações e parâmetros disponíveis (saída, diâmetro, distância, etc.)

Como fazer um circuito de sensor ultrassônico

Nesta seção do guia, exploraremos como criar e trabalhar com seu próprio sensor ultrassônico.

Componentes e Materiais

• Placa de ensaio de circuito de 400 pontos sem solda
• 6 x fios de jumper
• Arduino Mega 2560 REV3
• Sensor ultrassônico HC-SR04
• Fita métrica

Você também precisará de um computador e algum conhecimento prático do IDE do Arduino.

Informações de pré-requisito

Sensor ultrassônico HC-SR04

Antes de começarmos com o tutorial, vamos abordar algumas coisas sobre o sensor ultrassônico HC-SR04. Primeiro, você notará que os maiores componentes do sensor ultrassônico HC-SR04 são dois cilindros idênticos. O cilindro esquerdo é o que conhecemos como transmissor, enquanto o outro é o receptor. Consequentemente, você pode dizer qual é qual pelas etiquetas na placa (T =transmissor e R =receptor).

O transmissor envia ondas ultrassônicas enquanto o receptor detecta quaisquer ondas que retornam de um objeto. Você notará que o sensor ultrassônico HC-SR04 possui quatro pinos:

• Pino Vcc:um pino de entrada que alimenta o módulo (5V)
• Pino GND:O pino de aterramento – você o conecta ao terra em seu microcontrolador
• Pino TRIG:O pino de disparo – o pino do transmissor (pino de saída que conecta o componente do transmissor) – transmite um pulso de disparo
• Pino ECHO:Um pino de saída para receber sinais (conecta ao componente receptor)

No entanto, este projeto visa detectar um objeto na frente do sensor e depois exibi-lo. Neste caso, o projeto exibirá os resultados no monitor serial. Se você deseja adicionar alguma funcionalidade ou complexidade a este projeto, você pode adicionar um display RGB.

Instruções

Diagrama do sensor ultrassônico do Arduino

Fonte: https://commons.wikimedia.org/

Conectando a placa Arduino ao sensor HC-SR04

Primeiro, vamos conectar nosso circuito. Novamente, você notará que o projeto é simples o suficiente para que você possa usar qualquer microcontrolador Arduino barato.

1. Use um de seus jumpers para conectar o pino Vcc do sensor HC-SR04 ao conector de 5V no Arduino Mega.

*Observação: você pode usar a placa de ensaio como uma ponte ou conectar o módulo HC-SR04 diretamente ao Arduino

2. Em seguida, conecte o Gnd/GND no módulo do sensor ultrassônico ao conector de aterramento (GND) no microcontrolador Arduino

3. Conecte o pino Trig (trigger) do módulo do sensor ultrassônico ao conector 10 no microcontrolador Arduino

4. Por fim, conecte o pino Echo ao conector 11 no microcontrolador Arduino

Quando terminar de proteger as conexões acima, você pode começar a trabalhar no código. Você precisará conectar seu microcontrolador Arduino ao seu PC através de um cabo. Novamente, você deve garantir que instalou o IDE do Arduino e está funcional no referido computador.

Programação do projeto

1. Conecte a placa Arduino ao seu computador.

2. Execute o IDE do Arduino.

3. Crie um novo esboço e nomeie-o como sketch_nov08a.

4. Em seguida, inclua a biblioteca NewPing.h. (#Include )

*Nota:A biblioteca NewPing.h contém uma incrível quantidade de classes e funções que facilitam a codificação do seu componente ultrassônico.

5. Em seguida, instanciar um objeto NewPing e nomeá-lo Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). Consequentemente, o construtor do Sonar aceita três parâmetros:

• O pino do gatilho
• O pino de eco
• A distância máxima em centímetros (o sensor HC-SR04 tem uma distância máxima de 4m)

6. Na função setup, chame a função begin da biblioteca de comunicação Serial e use 9600 como argumento – Serial. begin(9600)

7. Em seguida, chame a função delay com 60 milissegundos como argumento (delay(50) )

8. Sob a função de loop, adicione uma chamada à função de impressão da biblioteca Serial com "A distância é:" como argumento (Serial. print("A distância é:") ).

9. Novamente, adicione outra chamada à função de impressão. Mas desta vez, adicione uma chamada aninhada à função ping_cm do objeto sonar como um argumento (Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. Por fim, adicione um atraso de 1 segundo (delay(1000))

Feito isso, execute o código e faça a porta para qualquer porta à qual você conectou o cabo. O Sketch final deve ficar assim:



Captura de tela do esboço

Fonte: https://imgur.com/5pWRX1e

Se você escreveu e compilou o código acima corretamente, a tela do seu console/monitor serial ficará assim sempre que você colocar um objeto na frente do sensor:

Captura de tela da saída

Fonte: https://imgur.com/fTg4D5K

Se você estiver interessado em um projeto mais desafiador, por que não visitar nosso guia Arduino Proximity Sensor?

Conclusão

Trabalhar com ultra-som ou ultra-som é uma ótima maneira de mostrar como podemos usar a ecolocalização na tecnologia cotidiana. O guia acima explorou o que é um sensor ultrassônico. Além disso, para ajudá-lo a entender o conceito de detecção ultrassônica, também incluímos um pequeno tutorial que mostra como usar um módulo ultrassônico com um microcontrolador Arduino. No entanto, esperamos que você tenha gostado de ler este guia. Como sempre, obrigado por ler.