Si alguna vez te has preguntado cómo sabe un coche moderno que está a punto de chocar al aparcar o cómo un robot evita darse contra una pared, la respuesta suele estar en sensores como el que vamos a utilizar hoy.

En esta práctica vamos a trabajar con el popular HC-SR04, un sensor ultrasónico capaz de medir distancias utilizando sonido.

Y sí, después de una intensa sesión de depuración en la que descubrimos que algunos problemas de electrónica tienen causas mucho más simples de lo que parecen, conseguimos hacerlo funcionar correctamente.

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¿Qué es el HC-SR04?

El HC-SR04 es un sensor ultrasónico que permite medir distancias sin necesidad de tocar ningún objeto.

Funciona de forma parecida a un murciélago.

🦇 Emite un sonido ultrasónico.

🦇 El sonido rebota en un objeto.

🦇 El eco regresa al sensor.

🦇 El sensor calcula cuánto ha tardado en volver.

🦇 Arduino convierte ese tiempo en una distancia.

Todo ello ocurre miles de veces más rápido de lo que nuestro oído puede percibir.

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¿Qué son los ultrasonidos?

Los ultrasonidos son sonidos con una frecuencia tan alta que los seres humanos no podemos escucharlos.

Mientras que nuestro oído suele escuchar hasta unos:

20.000 Hz

el HC-SR04 trabaja aproximadamente a:

40.000 Hz

Por eso nunca oiremos el sonido que está emitiendo.

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Material necesario

• 1 placa Arduino UNO o compatible.
• 1 sensor HC-SR04.
• 4 cables Dupont.
• Arduino IDE.

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Conexión del sensor

El HC-SR04 dispone de cuatro pines:

VCC
TRIG
ECHO
GND

Las conexiones utilizadas han sido las siguientes:

HC-SR04	Arduino
VCC	5V
GND	GND
TRIG	D4
ECHO	D5

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Una anécdota antes de empezar…

Durante nuestras primeras pruebas el sensor se negaba rotundamente a funcionar.

Probamos:

• Cambiar el código.
• Cambiar los pines.
• Cambiar de sensor.
• Revisar la alimentación.

Todo parecía correcto.

Hasta que descubrimos el problema.

Los cables de TRIG y ECHO estaban conectados por error a la línea de masa de la protoboard.

Moraleja científica:

Antes de sospechar de Arduino, del sensor o de una conspiración internacional de los fabricantes de componentes electrónicos, conviene revisar dos veces el cableado.

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Programa completo

#define TRIG 4
#define ECHO 5

void setup() {

  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);

  Serial.begin(9600);

  Serial.println("Iniciando HC-SR04...");
}

void loop() {

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

  digitalWrite(TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(TRIG, LOW);

  long duracion = pulseIn(ECHO, HIGH);

  float distancia = duracion * 0.0343 / 2;

  Serial.print("Distancia: ");
  Serial.print(distancia);
  Serial.println(" cm");

  delay(500);
}

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¿Cómo funciona el programa?

Definición de pines

#define TRIG 4
#define ECHO 5

Indicamos dónde hemos conectado las señales del sensor.

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Generación del pulso ultrasónico

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

Arduino envía un pulso de 10 microsegundos.

Ese pulso provoca que el sensor emita una ráfaga ultrasónica.

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Recepción del eco

long duracion = pulseIn(ECHO, HIGH);

Arduino mide cuánto tiempo permanece activa la señal ECHO.

Ese tiempo corresponde al viaje de ida y vuelta del sonido.

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Cálculo de la distancia

float distancia = duracion * 0.0343 / 2;

La velocidad del sonido es aproximadamente:

0,0343 cm por microsegundo

Dividimos entre dos porque el sonido realiza:

• Un viaje de ida.
• Un viaje de vuelta.

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Resultado esperado

Al abrir el monitor serie deberíamos obtener algo parecido a:

Iniciando HC-SR04...

Distancia: 52.4 cm
Distancia: 52.3 cm
Distancia: 52.2 cm
Distancia: 18.7 cm
Distancia: 18.5 cm

Si acercamos la mano al sensor veremos cómo la distancia disminuye inmediatamente.

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Experimentos propuestos

Experimento 1: Tu mano como obstáculo

Acerca y aleja la mano lentamente.

Observa cómo cambia la distancia.

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Experimento 2: Midiendo objetos

Calcula la distancia a:

• Un libro.
• Una caja.
• Una pared.
• Una silla.

Compara después con una regla.

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Experimento 3: Aparcamiento inteligente

Sitúa una caja frente al sensor.

Acércala poco a poco simulando un coche aparcando.

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Experimento 4: Puerta automática

Imagina que el sensor controla la apertura de una puerta.

¿A qué distancia debería abrirse?

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Experimento 5: Robot evita obstáculos

Piensa cómo utilizarías este sensor en un robot capaz de desplazarse sin chocar.

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Aplicaciones reales

Sensores similares al HC-SR04 se utilizan en:

🚗 Sensores de aparcamiento.

🤖 Robots móviles.

🚪 Puertas automáticas.

🚁 Drones.

🏭 Automatización industrial.

🚰 Medición de niveles de agua en depósitos.

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Lo que hemos aprendido

En esta práctica hemos descubierto cómo un simple sensor puede medir distancias utilizando únicamente sonido.

También hemos comprobado algo muy importante en cualquier proyecto de electrónica:

La mayoría de los errores no suelen estar en el código.

Suelen estar en los cables.

Y aunque a veces resulte frustrante, resolver esos pequeños problemas forma parte del trabajo de cualquier ingeniero, científico o maker.

Con el HC-SR04 añadimos una nueva capacidad a nuestro laboratorio de sensores: ahora ya somos capaces de medir no solo temperatura, humedad, partículas y gases, sino también distancias.