Como utilizar um Sensor de Distância Ultrassônico

Os sensores de distância ultrassônicos têm se consolidado como uma ferramenta essencial em diversos projetos eletrônicos e sistemas automatizados, graças à sua precisão, simplicidade e baixo custo. Integrados a microcontroladores, esses sensores permitem medir distâncias com precisão por meio da emissão de ondas sonoras que retornam ao sensor após refletirem em um objeto.

O uso de sensores ultrassônicos é amplamente aplicado em áreas como robótica, automação residencial, sistemas de segurança e monitoramento, oferecendo soluções eficientes para uma série de necessidades.

O sensor ultrassônico mais utilizado para microcontroladores é o HC-SR04, mostrado na imagem abaixo. Esse sensor apresenta 4 pinos: Vcc (alimentação), GND, Trigger (que emite a onda sonora) e Echo (que recebe a onda de retorno).

É possível encontrar versões com apenas 3 pinos, como o PING))). Nesse caso, os pinos de Trigger e Echo são unificados.

Entendendo os Sensores Ultrassônicos

Os sensores ultrassônicos conseguem calcular distâncias utilizando o som. Eles emitem frequências ultrassônicas, que não são captadas pelos ouvidos humanos (aproximadamente 40kHz), e enviam um pulso para o microcontrolador quando essa frequência retorna. Com isso, dependendo do intervalo de tempo entre o pulso ser enviado e retornar, é possível calcular a distância do objeto que está logo a frente do sensor.

Ao enviar o sinal sonoro, o microcontrolador começa a contar o tempo. Esse sinal reflete nos objetos à frente do sensor e retornam para o mesmo. Ao retornar, uma interrupção é acionada no microcontrolador, que então contabiliza o tempo total e calcula a distância.

Emissão do som pelo sensor

Reflexão do som pelo objeto

Sensor recebe onda de retorno

A velocidade do som no ar é de aproximadamente 343m/s. Ou seja, a cada segundo de intervalo, pode-se considerar que o som percorreu 343 metros. Porém, como o som precisa ir até o objeto e voltar para o sensor, ele percorre essa distância duas vezes. Então, a fórmula para a distância (d ), com base no tempo em milissegundos (T ), é:

Projeto - Lendo a distância com um sensor ultrassônico

Para fazer a leitura o sensor ultrassônico, vamos utilizar a biblioteca Ultrasonic, desenvolvida por Erick Simões. Seu repositório pode ser acessado por esse link. Para conectar o sensor, basta ligar o pino Vcc no 5V, GND no pino GND do Arduino, e os pinos de Trigger e Echo em dois pinos digitais. Nesse caso, foram utilizados os pinos 11 (Trigger) e 10 (Echo).

Caso esteja utilizando a versão com apenas 3 pinos, basta conectar o pino SIG em qualquer porta digital.

Abaixo, segue o código do o projeto.

#include "Ultrasonic.h"

Ultrasonic ultrasonic(11, 10); // cria objeto 

void setup() {
	Serial.begin(9600);
}

void loop() {
	int distance = ultrasonic.read(); // lê o sensor em cm
	Serial.print(distance);
	Serial.println(" cm");
	delay(1000);
}

Entendendo o Código

Primeiramente, a biblioteca Ultrasonic é importada e é criado um objeto dessa classe. Como parâmetros são passados os pinos de Trigger e Echo, nessa ordem. Se estiver utilizando a versão com apenas 3 pinos, informe apenas a porta ao qual o pino SIG está conectado.

#include "Ultrasonic.h"

Ultrasonic ultrasonic(11, 10); // cria objeto 

Na função setup() é iniciada a Serial. Na função loop() o sensor é lido a cada segundo e escrito no monitor serial.

void loop() {
	int distance = ultrasonic.read(); // lê o sensor em cm
	Serial.print(distance);
	Serial.println(" cm");
	delay(1000);
}

A unidade padrão de leitura da função read() é centímetros. É possível alterar passando um parâmetro na função. Caso quiser deixar explícito que a leitura é em centímetros:

ultrasonic.read(CM);

Já caso for em polegadas:

ultrasonic.read(INC);

Conclusão

Em conclusão, o uso de sensores ultrassônicos com microcontroladores tem se mostrado uma solução eficaz e acessível para diversas aplicações, desde sistemas de automação até dispositivos de medição de distância. A combinação desses dois componentes possibilita a criação de projetos inovadores e de baixo custo, que podem ser implementados em áreas como robótica, segurança, automação residencial e veículos autônomos.