TCD II

Universidad Tecnológica de Panamá
Centro Regional de Coclé
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Laboratorio No. 6: Sensor ultrasónico controlado mediante un microcontrolador
Materia: Técnicas de Control Digital II
Carrera: Licenciatura en Sistemas Eléctricos y Automatización
Fecha: 9 de septiembre de 2015
Indicaciones
Realice capturas de pantalla y toma de imágenes, para documentar este Laboratorio.Cada una de las imágenes colocadas
debe ir acompañada de una descripción detallada y su respectiva nota de pie de imagen. En la sección de introducción de
esta guía, desarrolle el tema solicitado utilizando el archivo tipo Word de este Laboratorio, disponible en la Carpeta de
Dropbox correspondiente a esta materia.
Objetivo
 Entender el funcionamiento del sensor ultrasónico HC-SR04.
 Implementarun sistema de medición de distancia
 Implementar el uso de Librerías en la programación del Lenguaje C.
Introducción
Como se ilustra en la Figura 1, un sistema ultrasónico transmite una onda sonora de alta frecuencia a través del aire,
mediante un cristal de material piezoeléctrico incrustado entre dos placas de metal. Un extremo del diseño está anclado
mecánicamente y el otro lado estáconectado a un diafragman de vibración. Un voltaje de 20 a 100 kHz de CA se aplica a
las placas de metal. La estructura atómica del cristal piezoeléctrico es tal que una polaridad del voltaje aplicado ocasiona
que se expanda y la otra polaridad ocasiona que se contraiga; esto se denomina efecto piezoeléctrico. Las expansiones y
contracciones de alta frecuencia se comunican al diafragma adjunto, el cualvibra en contra del aire de su vecindad,
estableciendo la onda ultrasónica. Con la fuente CA eliminada y un amplificador de voltaje instalado en su lugar, el mismo
montaje puede servir como un receptor ultrasónico. La onda sonora incidental ocasiona que el diafragma vibre, lo cual
impone una tensión/compresión periódicas sobre el cristal. Ahora el efecto piezoeléctrico trabajará inversamente. Lavibración mecánica de alta frecuencia del cristal crea un voltaje de CA de alta frecuencia entre las placas, el cual se puede
detectar y procesar electrónicamente. Tomado de libro Electrónica Industrial Moderna de Timothy Maloney, 5ta Edición.

Figura 1. Esquema genérico de un sistema ultrasónico
La Tabla 1 muestra sus respectivas especificaciones.

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Parámetro Eléctricos
Voltaje deoperación
Corriente de operación
Frecuencia de operación
Rango máximo
Rango mínimo
Angulo de medición
Duración mínima del tiempo de disparo (Trigger)
Duración del pulso de salida (Echo)

Valores
5 VDC
15 mA
40 Hz
4 metros
2 centímetros
15 grados
Nivel TTL de 10 useg.
Nivel TTL: 100 – 25000 useg.

Tabla 1. Especificaciones del sensor ultrasónico HC-SR04.

Para el uso de este sensor hay queconsiderar que la velocidad del ultrasonido en el aire es de valor 340 m/s, o 0,034
cm/microseg. Para calcular la distancia, se debe tomar en cuenta que v=d/t (velocidad = distancia recorrida en un
determinado tiempo). De esta se despeja d, obteniendo d=v*t, siendo v la constante anteriormente citada y t el valor
devuelto por el sensor a un control, que en el caso que corresponde es una Tarjeta deDesarrollo Arduino. También habrá
que dividir el resultado entre 2 dado que el tiempo recibido es el tiempo de ida y vuelta. Existen diversas librerías en
lenguaje C, que ya contienen el código necesario para realizar diversos cálculos. Lo que hace muy práctico implementarlas.

Distancia = {(Tiempo entre Trigger y el Echo) * (Vel. Sonido 340 m/s)}/2
DESARROLLO DEL LABORATORIO
PARTE A
1. Edite el siguientecódigo en el IDE de Arduino

2.

Implemente el siguiente circuito en el protoboard.

Figura 2. Circuito para desarrollar la parte A del Laboratorio 6.
3.

4.

Utilice una cinta de medir y verificar distintas distancia, utilizando el sensor ultrasónico. Calcule el respectivo porcentaje
de error respecto a la distancia medida por el estudiante.
No.

Distancia medida por el
estudiante

1
2
3
4
5...