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• Omatsito Yancha

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ESPOCH – FIE – EIECONTROL

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II

Medidor de Distancia Ultrasónico

Resumen: El ultrasonido es una señal sonora de alta frecuencia, que para los seres humanos comienza en la barrera de los 20 Khz, en este proyecto se ha implementación de un medidor de distancia utilizando sensores ultrasónicos del tipo UCM-R40K1. Una ráfaga de 40KHz es transmitida a través de un sensor ultrasónico, el ultrasonido reflejado es recibido por un sensor receptor, el cálculo de la distancia se hizo arduino. El rango de distancia medido es de 25cm a 200cm Palabras clave: Ultrasonido, sensor, arduino, emisor, receptor, frecuencia.



Diseñar e implementar mediante sensores ultrasónicos un medidor de distancia visualizado en un LCD(16x2)



Analizar las formas de ondas que emiten los circuitos emisor y receptor con la ayuda del osciloscopio.

SENSOR UCM-R40K1 El número de parte incluye al transmisor y receptor, marcados con T y R. En la figura 1 muestra físicamente el este sensor tanto transmisor como el receptor. En la figura 2 observa la estructura interna de este sensor.

al se el se

INTRODUCTION

Ultrasonido hace referencia a las frecuencias arriba de 20KHz (límite de sonido audible). Altas frecuencias tienen longitudes de onda cortas lo que hace que al reflejarse en objetos esta pueda ser leída, desafortunadamente frecuencias muy altas son difíciles de generar y leer.

Fig1. Sensor Ultrasónico UCM-R40K1. Transmisor y Receptor [1]

La generación y lectura de ultrasonido se hace a través de dos unidades piezoeléctricas en donde una de ellas es el emisor y la otra el receptor de ondas de presión ultrasónicas. Para esto, la unidad emisora debe excitarse con una señal adecuada en amplitud y frecuencia. La unidad receptora transducirá todas aquellas ondas de presión ultrasónicas de 40KHz que lleguen a excitarla. El ultrasonido es aplicado comúnmente en detectores de movimiento, medidores de distancia, diagnostico médico, limpieza, pruebas no destructivas (para detectar imperfecciones en materiales), soldadura entre otras más.

OBJETIVO

Fig. 2. Esquema del UCM-R40K1 [1]

La tabla 2 muestra las características más importantes del medidor de distancia ultrasónico

FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA

Fig.4. Circuito Receptor [2] Tabla 1. Características del sensor UCM - R40K1 [1]

EMISOR

MATERIALES

El transmisor emplea un circuito integrado temporizador tipo 555 conectado como oscilador astable que genera señales cercanas a los 45kHz; luego un transductor de ultrasonido común que convierte la señal del oscilador en una onda inaudible de gran eficiencia. Como se trata de un circuito de bajo consumo, puede ser alimentado con una batería de 9V y hasta con una más pequeña de 5V de la que se encuentra integrada en el propio arduino.

Aparte del modulo arduino UNO y un LCD(16x2) que utilizamos los componentes necesarios se enlistan en la tabla2.

Fig.3. Circuito Emisor [2]

RECEPTOR El receptor consta básicamente, de un receptor de ultrasonido 40R amplificado por un par de transistores NPN. La salida de la señal es rectificada por un diodo 1N4148 y luego es llevada al amplificador operacional LF356, el cual está configurado en modo comparador de voltaje.

Tabla 2.Tabla de Materiales [2]

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FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA

FUNCIONAMIENTO

IMPLEMENTACIÓN

Para medir la distancia por ultrasonido con el circuito, se emplea la técnica de ráfaga, el circuito genera ráfagas de 40 Khz, con el UCMR40K1/ Tx, con duración de 5 ms. cada 65 ms.

Utilizamos arduino para poder controlar tanto el circuito emisor como el circuito receptor como se muestra en la figura6, Nuestro arduino generar los pulsos necesarios para que se active nuestro 555 en modo astable y envié una señal de 40 Khz al circuito receptor.

Al detectar la onda reflejada, con el UCMR40K1/Rx, genera una interrupción la cual detiene un timer de 16 bits como se indica en la figura 5.

El circuito receptor recogerá la señal y la amplificara para luego ser visualizada de manera entendible para el espectador en forma de distancia y tiempo mediante nuestro LCD como se muestra en la figura7.

Fig. 5. Técnica para medir distancia [3].

Para calcular la distancia se toma el valor de la velocidad del sonido de 343m/s = 34300cm/s a 20ºC, por lo tanto el tiempo en recorrer un centímetro (t1): Fig. 6. Circuito completo del proyecto

t1=(1cm x 1seg)/34300cm = 29.15us Por ejemplo: Tiempo total de la onda reflejada = 3887us. La distancia entre el sensor y el objeto: (3887us/2)/29= 67.017 cm. La división entre dos es debido a que se considera que la onda al reflejarse viaja el doble de distancia desde donde se emitió. Para hacer el cálculo de la distancia se divide el valor del timer ( fosc = 4MHz, una cuenta igual a 1uS) entre dos veces el tiempo de un centímetro.

Fig. 7. Visualización en el LCD

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FUNDAMENTOS DE ROBÓTICA

CONCLUSIONES

CODIGO ARDUINO



Teniendo en cuenta las librerías utilizadas, el código es el siguiente: int val = 10; // variable para almacenar el valor unsigned long pulso; // para medir el pulso float distancia; // otra para calcular la distancia int pinemisor = 13; // y otra para el pin para emisor int pinreceptor= 8; // otro para el receptor



void setup() { Serial.begin(9600); // inicializamos el puerto serie lcd.begin(16, 2); } void loop() { 

lcd.clear(); pinMode(pinreceptor, INPUT); // cambiamos el pin como entrada pinMode(pinemisor, OUTPUT); // ponemos el pin como salida digitalWrite(pinemisor, HIGH); // lo activamos delayMicroseconds(val); // esperamos 10

Existe una variedad de aplicaciones que se le puede dar a este tipo de sensores por lo que es necesario entender todo lo relacionado a este tema. En los sensores de ultrasonido de bajo coste se utiliza el mismo transductor como emisor y receptor. Tras la emisión de ultrasonido se espera un determinado tiempo a que las vibraciones en el sensor desaparezcan y esté preparado para recibir el eco producido por el obstáculo. Esto implica que existe una distancia mínima d (proporcional al tiempo de relajación del transductor) a partir de la cual el sensor mide con precisión. Por lo general, todos los objetos que se encuentren por debajo de esta distancia, d, serán interpretados por el sistema como que están a una distancia igual a la distancia mínima. La temperatura afecta la medida, por cuanto la velocidad de propagación de la onda varía dependiendo de la temperatura.

REFERENCIAS [1] http://www.agspecinfo.com/notas/Nota1/ MDU-AG_files/Medidorultrasonico.pdf

pulso = pulseIn(pinreceptor, HIGH); digitalWrite(pinemisor, LOW); // lo desactivamos delayMicroseconds(val);

[2] http://serverpruebas.com.ar/montajes2/n ota02.htm.

lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("tiempo = "); lcd.print(float(pulso/1000.0)); lcd.print("ms"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("distanc=");

[3] Ensminger, Dale. Fundamentals, Technology, Applications. 2nd editions, Marcel Dekker, New York, 1988. ISBN 08247-7659-3

distancia = ((float(pulso/1000.0))*34.32)/2; lcd.print(distancia); lcd.println("cm"); delay(1000); // esperamos un segundo } incompleto

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