Sensor Ultrassônico HC-SR04 Explicado: Princípios de Funcionamento e Integração com Arduino

Ultrassons são ondas sonoras de alta frequência (> 20 kHz), acima da audição humana. O HC-SR04 é um sensor ultrassônico de baixo custo que detecta objetos a até 4 metros (≈13 pés). Neste artigo, explicamos seu funcionamento e mostramos um projeto de interface com Arduino.

Faixas de frequência em comparação ao ultrassom

Visão Geral do Sensor Ultrassônico HC-SR04

Hardware

O HC-SR04 possui dois transdutores ultrassônicos:

• Transmissor (T): Converte sinal elétrico em pulso ultrassônico de 40 kHz.
• Receptor (R): Aguarda e recebe o pulso refletido.

Transmissor (T) e Receptor (R)

Especificações

• Dimensões: 45 × 20 × 15 mm
• Sinal de trigger: Pulso TTL de 10 µs
• Ângulo de medição: 15°
• Precisão: 3 mm
• Alcance mínimo: 2 cm
• Alcance máximo: 400 cm (4 m)
• Frequência de operação: 40 kHz
• Tensão de operação: 5V DC

Pinagem do HC-SR04

Pinout do Sensor Ultrassônico HC-SR04

Pino	Nome	Descrição
1	VCC	Alimentação (5V)
2	Trig (Trigger)	Entrada: manter HIGH por 10 µs para iniciar medição
3	Echo	Saída: permanece HIGH pelo tempo de voo do pulso
4	GND	Terra do sistema

Princípio de Funcionamento

Como funciona um sensor ultrassônico

Geração do Ultrassom

1. Coloque o pino Trig em HIGH por 10 µs → envia rajada de 8 ciclos a 40 kHz.
2. O pino Echo vai para HIGH após o envio.
3. Echo aguarda o eco refletido por um objeto.
4. Se nenhum objeto: Echo vai para LOW após 38 ms (timeout).
5. Se objeto detectado: Echo vai para LOW antes de 38 ms.

Cálculo da Distância

A duração do pulso HIGH no pino Echo corresponde ao tempo de ida e volta do som.

Distância = (Velocidade × Tempo) / 2

• Tempo = Duração do pulso HIGH no Echo (ex: 1,5 ms)
• Velocidade do som ≈ 340 m/s = 34 cm/ms
• Divisão por 2 = apenas ida (sensor → objeto)

Exemplo: (34 cm/ms × 1,5 ms) / 2 = 25,5 cm

Dimensões do HC-SR04

Dimensões do HC-SR04

Nota: Dimensões podem variar ligeiramente entre fabricantes.

Interface HC-SR04 com Arduino

Materiais Necessários

• Arduino UNO
• Sensor HC-SR04 (ou módulo Grove Ultrasonic)
• Protoboard e jumpers
• Cabo USB

Conexão de Hardware

Arduino UNO	HC-SR04
GND	GND
Pino digital 3 (ou outro)	Echo
Pino digital 2 (ou outro)	Trig
5V	VCC

Diagrama de Ligação HC-SR04 e Arduino

Configuração de Software

1. Baixe a biblioteca Ultrasonic no GitHub (ou use a nativa NewPing).
2. Instale na Arduino IDE (Sketch > Incluir Biblioteca > Adicionar Biblioteca .ZIP).
3. Carregue o código de exemplo.

Explicação do Código

Principais etapas:

1. Definir pinos: trigPin (saída), echoPin (entrada).
2. Variáveis: duration (long, µs), distance (int, cm).
3. setup(): Iniciar Serial (9600/115200 baud), configurar pinos.
4. loop():
   • Trig LOW por 2 µs (limpeza).
   • Trig HIGH por 10 µs (disparo).
   • duration = pulseIn(echoPin, HIGH) — lê tempo em µs.
   • distance = duration * 0.034 / 2 (0.034 = 340 m/s em cm/µs).
   • Imprime distância no Serial Monitor.

Limitações de Aplicação do HC-SR04

• Superfícies macias/irregulares (pelúcias, espuma): Absorvem som, não refletem — difícil detecção.
• Montagem baixa: Pode detectar chão em vez do objeto alvo.
• Objetos muito pequenos: Não refletem energia suficiente.
• Superfícies inclinadas (ângulo raso): Refletem o som para longe do sensor.
• Distância > 4 m: Fora do alcance especificado (timeout de 38 ms).

Conclusão

O HC-SR04 é popular, barato, fácil de interligar, de baixo consumo — ideal para dispositivos a bateria. Aplicações: medição de distância (2 cm–4 m), mapeamento de ambiente, robótica, estacionamento, nível de líquido, etc.

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