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2.2.5 Módulo Sensor Ultrasónico

Introducción

El sensor ultrasónico utiliza ondas ultrasónicas para detectar objetos con precisión y medir distancias. Emite ondas ultrasónicas y las convierte en señales electrónicas.

Componentes

../_images/list_2.2.51.png

Principio

Ultrasonido

El módulo de medición ultrasónica proporciona una función de medición sin contacto de 2 cm a 400 cm, con una precisión de hasta 3 mm. Puede garantizar una señal estable dentro de 5 m, y esta se va debilitando gradualmente después de esa distancia, hasta desaparecer en la posición de 7 m.

El módulo incluye transmisores y receptores ultrasónicos, así como un circuito de control. Los principios básicos son los siguientes:

  1. Usar un flip-flop IO para procesar una señal de nivel alto de al menos 10 µs.

  2. El módulo envía automáticamente ocho ciclos de 40 kHz y detecta si se recibe una señal de retorno.

(3) Si la señal regresa, pasando al nivel alto, la duración del nivel alto del IO representa el tiempo desde la emisión de la onda ultrasónica hasta su retorno. En este caso, la distancia de prueba = (tiempo de nivel alto x velocidad del sonido (340 m/s) / 2).

../_images/image2171.png ../_images/image3281.png

El diagrama de tiempo se muestra a continuación. Solo necesitas suministrar un pulso corto de 10 µs para la entrada de disparo para iniciar la medición, y luego el módulo emitirá una ráfaga de 8 ciclos de ultrasonido a 40 kHz y generará su eco. Puedes calcular la distancia en función del intervalo de tiempo entre el envío de la señal de disparo y la recepción del eco.

Fórmula: µs / 58 = centímetros o µs / 148 = pulgadas; o: la distancia = tiempo de nivel alto * velocidad (340 M/S) / 2; se recomienda usar un ciclo de medición superior a 60 ms para evitar colisiones de señales de disparo y eco.

../_images/image2181.png

Diagrama de Circuito

../_images/image3291.png

Procedimientos Experimentales

Paso 1: Construye el circuito.

../_images/image2201.png

Paso 2: Accede a la carpeta del código.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.2.5/

Paso 3: Compila el código.

gcc 2.2.5_Ultrasonic.c -lwiringPi

Paso 4: Ejecuta el archivo ejecutable.

sudo ./a.out

Con el código en ejecución, el módulo sensor ultrasónico detectará la distancia entre el obstáculo frente a él y el propio módulo, mostrando luego el valor de la distancia en la pantalla.

Nota

Si no funciona tras ejecutar el código, o aparece el mensaje de error: "wiringPi.h: No such file or directory», consulta ¿El código en C no funciona?.

Código

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>

#define Trig    4
#define Echo    5

void ultraInit(void)
{
    pinMode(Echo, INPUT);
    pinMode(Trig, OUTPUT);
}

float disMeasure(void)
{
    struct timeval tv1;
    struct timeval tv2;
    long time1, time2;
    float dis;

    digitalWrite(Trig, LOW);
    delayMicroseconds(2);

    digitalWrite(Trig, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(Trig, LOW);

    while(!(digitalRead(Echo) == 1));
    gettimeofday(&tv1, NULL);

    while(!(digitalRead(Echo) == 0));
    gettimeofday(&tv2, NULL);

    time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
    time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

    dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;

    return dis;
}

int main(void)
{
    float dis;
    if(wiringPiSetup() == -1){ //si la inicialización de wiring falla, muestra mensaje en pantalla
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }

    ultraInit();

    while(1){
        dis = disMeasure();
        printf("%0.2f cm\n\n",dis);
        delay(300);
    }

    return 0;
}

Explicación del Código

void ultraInit(void)
{
    pinMode(Echo, INPUT);
    pinMode(Trig, OUTPUT);
}

Inicializa los pines del sensor ultrasónico; en este proceso, se configura Echo como entrada y Trig como salida.

float disMeasure(void){};

Esta función permite la medición con el sensor ultrasónico calculando la distancia de detección según el tiempo de retorno.

struct timeval tv1;
struct timeval tv2;

La estructura timeval se utiliza para almacenar el tiempo actual. La estructura completa es la siguiente:

struct timeval
{
__time_t tv_sec;        /* Segundos. */
__suseconds_t tv_usec;  /* Microsegundos. */
};

Aquí, tv_sec representa los segundos desde Epoch en la creación de struct timeval. Tv_usec indica microsegundos o fracciones de segundo.

digitalWrite(Trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(Trig, LOW);

Se envía un pulso ultrasónico de 10 µs.

while(!(digitalRead(Echo) == 1));
gettimeofday(&tv1, NULL);

Este bucle vacío asegura que, tras el envío de la señal de disparo, no haya interferencias por señales de eco, y luego registra el tiempo actual.

while(!(digitalRead(Echo) == 0));
gettimeofday(&tv2, NULL);

Este bucle vacío asegura que el siguiente paso no se ejecute hasta recibir la señal de eco y luego registra el tiempo actual.

time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

Convierte el tiempo almacenado por struct timeval en microsegundos.

dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;

La distancia se calcula con el intervalo de tiempo y la velocidad de propagación del sonido. Velocidad del sonido en el aire: 34000 cm/s.