Chisme 200 del Lince: sensor ultrasonidos micro:bit, el medidor de distancia

Era noche cerrada en Sierra Bermeja y Víctor Vílchez, el Lince de la Noche, acababa de darse con la misma rama por tercera vez. sensor ultrasonidos micro:bit

—Necesito ver en la oscuridad —gruñó, frotándose la frente—. Voy a ponerme focos. Muchos focos.

—Y te verá toda la sierra —dijo la Gata Montesa—. Mira arriba.

Un murciélago pasó entre dos pinos sin rozar una sola aguja.

—Ese no lleva focos. Grita muy agudo y escucha cuánto tarda en volver el eco. Si vuelve pronto, hay algo cerca.

—¿Y yo tengo que ir gritando por el monte?

—Tú no. Este sensor grita por ti, y tan agudo que no lo oye nadie. —La Gata le enseñó una plaquita azul con dos «ojos» plateados—. Y piensa un poco más allá de tu frente: hay gente que camina a oscuras todos los días.

El Lince se quedó callado un momento.

—Un bastón que avise antes de chocar.

—Ahora sí estás pensando como un ingeniero.

Introducción

En este chisme 200 vas a construir un medidor de distancia con un sensor ultrasonidos micro:bit: el HC-SR04 del kit, conectado a la placa de ampliación Keyestudio. Primero verás en los LEDs a cuántos centímetros está un objeto. Después lo convertirás en un aviso de obstáculos.

Está pensado para 3º de ESO y no hace falta haber programado antes. Practica primero en el simulador del chisme 200, que tiene modo demostración. Si es tu primera vez con la placa de ampliación, mira el chisme 146, el LED con micro:bit.

Por qué este chisme

Una persona ciega detecta los obstáculos con el bastón cuando ya los toca. Un sensor que avise un poco antes le daría tiempo para reaccionar. Eso tiene que ver con dos Objetivos de Desarrollo Sostenible: el ODS 10 (reducir las desigualdades) y el ODS 11 (ciudades accesibles para todas las personas).

Nuestro sensor ultrasonidos micro:bit es un prototipo de clase, no una ayuda técnica de verdad. Pero la idea es la misma que usan los sensores de aparcamiento de los coches.

Cómo funciona

El sensor tiene dos «ojos». Uno es un altavoz que lanza un sonido muy agudo, un ultrasonido que no podemos oír. El otro es un micrófono que espera el eco.

El sonido viaja por el aire a unos 343 metros por segundo. La micro:bit mide el tiempo que tarda el eco en volver y, con ese tiempo, calcula la distancia. Como el sonido va y vuelve, la distancia es la mitad del camino recorrido.

Es lo mismo que hacen los murciélagos, y se llama ecolocalización.

Qué necesitamos

• Una micro:bit V2 y la placa de ampliación Keyestudio.
• El sensor de ultrasonidos HC-SR04 del kit 37 en 1.
• 4 cables sueltos hembra-hembra.
• Un cable USB y un ordenador con Chrome o Edge para MakeCode.
• Alimentación para la placa Keyestudio.

Conexión

El sensor tiene 4 pines, así que no vale el cable de 3 hilos. Estas son las conexiones:

HC-SR04	Placa Keyestudio
VCC	V de la fila 1
Trig	S de la fila 1 (P1)
Echo	S de la fila 2 (P2)
GND	G de la fila 1

No uses P0: es el altavoz de la micro:bit V2.

Muy importante: dos conexiones de corriente distintas. Este sensor necesita más energía de la que da la micro:bit sola. Por eso el cable cambia de sitio:

1. Para grabar el programa: cable USB en la micro:bit.
2. Para que funcione: quita el cable de la micro:bit y conecta la corriente a la placa Keyestudio.

Si el programa está grabado y sale siempre 0, casi seguro que la corriente sigue en la micro:bit.

Paso 1 · ¿A qué distancia está?

En MakeCode entra en Extensiones, busca sonar y añádela. Después pega esto en la pestaña JavaScript y vuelve a Bloques:

let distancia = 0

basic.forever(function () {
    // Trig en P1, Echo en P2, resultado en centímetros
    distancia = sonar.ping(DigitalPin.P1, DigitalPin.P2, PingUnit.Centimeters)
    basic.showNumber(distancia)
    basic.pause(1000)
})

Qué hace cada bloque:

• fijar distancia a ping trig P1 echo P2 unit cm: lanza el sonido, espera el eco y guarda los centímetros.
• mostrar número distancia: enseña la medida en los LEDs.
• pausa 1000 ms: espera un segundo antes de volver a medir.

Graba el programa y cambia la corriente a la placa. Acerca y aleja la mano: el número cambia.

Paso 2 · Aviso de obstáculos

Ahora la micro:bit no enseña un número: avisa con un icono. En un bastón real, el aviso sería una vibración.

let distancia = 0

basic.forever(function () {
    distancia = sonar.ping(DigitalPin.P1, DigitalPin.P2, PingUnit.Centimeters)

    if (distancia == 0) {
        basic.clearScreen()                    // sin lectura: nada delante
    } else if (distancia < 20) {
        basic.showIcon(IconNames.No)           // obstáculo muy cerca
    } else if (distancia < 60) {
        basic.showIcon(IconNames.SmallSquare)  // obstáculo cerca
    } else {
        basic.showIcon(IconNames.Yes)          // camino libre
    }

    serial.writeValue("cm", distancia)
    basic.pause(300)
})

En bloques:

• para siempre
• fijar distancia a → ping trig P1 echo P2 unit cm
• si distancia = 0 entonces → borrar pantalla
• si no, si distancia < 20 entonces → mostrar icono ✖
• si no, si distancia < 60 entonces → mostrar icono cuadrado pequeño
• si no → mostrar icono ✔
• serial escribir valor “cm” = distancia
• pausa (ms) 300

Qué deberías ver

1. Paso 1: el número cambia al acercar y alejar la mano.
2. Paso 2: ✔ sin nada cerca, el cuadrado al acercarse y ✖ a menos de 20 cm.

Con Mostrar datos Dispositivo en MakeCode verás los centímetros en el ordenador, como en el chisme 150, el datalogger con micro:bit.

Si algo falla

• Sale siempre 0: la corriente está en la micro:bit y no en la placa. Cámbiala.
• No se graba el programa: para grabar, el USB tiene que estar en la micro:bit.
• Los números saltan mucho: apunta a algo plano y duro, como un libro. La ropa y las superficies inclinadas dan lecturas malas.
• Sale 0 solo a veces: el objeto está a menos de 3 cm o demasiado lejos.

Qué estamos midiendo realmente

El sensor no mide centímetros: mide tiempo. Ese tiempo es el dato. La distancia es la medida, y sale de una cuenta que supone que el sonido va siempre a la misma velocidad.

Pero la velocidad del sonido cambia un poco con la temperatura del aire. Además, el sensor «ve» en forma de cono, no de línea, y las telas se tragan el eco. Por eso medir no significa medir bien: hay que comprobarlo con una regla.

El 0 es un caso especial. No quiere decir «pegado al sensor», sino «no he oído ningún eco». Por eso el programa lo mira lo primero.

Para el aula

• ¿Qué magnitud mide de verdad el sensor? ¿En qué unidad damos el resultado?
• Pon un libro a 10, 30, 50 y 100 cm medidos con regla. Apunta lo que dice el sensor en una tabla.
• ¿Cuánto se equivoca? ¿Se equivoca más cerca o más lejos?
• Predice: si el objeto está a 45 cm, ¿qué icono sale? Compruébalo.
• ¿Qué pasa si apuntas a una sudadera? ¿Y a una pared inclinada?

Retos con enfoque ODS

1. Nivel 1: cambia los 20 y 60 cm por otros valores y pruébalo.
2. Nivel 2: mide con una regla y compara: ¿cuánto se equivoca el sensor?
3. Nivel 3: añade un tercer aviso para obstáculos a menos de 10 cm.
4. Nivel 4: combínalo con el chisme 196, el sensor PIR: uno detecta movimiento y el otro distancia.
5. Para pensar: ¿dónde colocarías el sensor en un bastón o en una silla de ruedas? ¿Qué obstáculos no detectaría?

Versión monitor

Si eres alumno o alumna de 1º de Bachillerato y se lo vas a enseñar a los pequeños:

1. Deja el montaje hecho y que acerquen la mano poco a poco.
2. Pregúntales antes: «¿a qué distancia creéis que cambia el icono?». Luego que lo comprueben con una regla.
3. Tapa el sensor con una sudadera y deja que descubran por qué falla.

Apoyos DUA incluidos

• Pasos numerados y cortos, y tabla de cableado.
• El cambio de corriente va en un bloque aparte y repetido en «Si algo falla».
• Programa en bloques y en JavaScript, para elegir.
• Avisos con iconos, sin sonido, y retos de distinto nivel.
• Texto alternativo en las imágenes.

Qué hemos aprendido

Un sensor ultrasonidos micro:bit lanza un sonido, mide el tiempo del eco y lo convierte en centímetros. Con unos pocos «si… si no» esa medida se vuelve un aviso que puede ayudar a alguien.

El Lince cruzó el pinar sin darse con una sola rama. La Gata apuntó en su libreta: «Funciona. Falta que deje de presumir delante del murciélago».

Para seguir investigando

• Simulador del chisme 200
• Chisme 146: LED con micro:bit
• Ecolocalización en la Wikipedia
• ODS 11: ciudades y comunidades sostenibles (Naciones Unidas)
• MakeCode para micro:bit

Prototipo educativo, no una ayuda técnica certificada.