Fig. 10 · Laboratorio de robótica · La distancia a partir de un eco que puedes cronometrar

Sensor de aparcamiento HC-SR04

Arduino Nano

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

Distancia

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Déjala en la PCB desnuda
Quita todas las piezas de la placa azul. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero los chips de detrás, luego el cristal y la tira de pines, y luego las dos cápsulas.
2
Coloca las piezas SMD y haz el reflujo
3
Pon el cristal y la tira de pines
4
Pon las dos cápsulas
5
Suelda las piezas de inserción
6
Conecta la Nano
7
Conecta el zumbador
8
Alimenta el banco
9
Carga Ping e imprime
10
Carga Pitido de aparcamiento
11
Carga Ping a un cojín
12
Carga Nada al alcance
13
Conecta Vcc y Gnd al revésAveríala
14
Alimenta Vcc desde el pin 3V3 de la NanoAveríala
15
Quita el receptorAveríala
16
Deja una soldadura fría en EchoAveríala
17
Olvida el timeout de pulseIn()Averíala
18
Cortocircuita Vcc con GndAveríala
19
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

Vcc invertida
polaridad invertida
Por qué pasa
Síntoma: Los chips se calientan en pocos segundos y el USB de la Nano puede desconectarse. Después, la placa muchas veces no lee nada.
Nada en el HC-SR04 bloquea una alimentación invertida: la corriente pasa hacia atrás por los diodos de protección de dentro de cada chip. El MAX3232 y el MCU suelen morir.
Solución: Desconecta enseguida y conecta Vcc a 5V y Gnd a GND. Conecta Gnd primero, como dicen las hojas de datos.
Solo 3,3 V en Vcc
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: Todos los pings salen sin eco. Los anillos de la ráfaga salen débiles y no vuelve nada.
El MCU funciona con 3,3 V, pero la excitación del MAX3232 y la ganancia del LM324 necesitan 4,5-5,5 V. La ráfaga es demasiado débil y el receptor está demasiado sordo para oírla volver.
Solución: Alimenta Vcc desde 5V. En una placa de 3,3 V usa el HC-SR04P, que funciona a partir de 3,0 V.
Sin receptor
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: Todos los pings salen sin eco, aunque la ráfaga sale.
Sin R, nada oye el eco, así que el MCU espera sus 38 ms y baja Echo. Una soldadura fría en una pata de una cápsula hace lo mismo.
Solución: Pon R y suelda sus dos patas.
Soldadura fría en Echo
soldadura fría
Por qué pasa
Síntoma: Las lecturas van y vienen: una distancia correcta, luego sin eco, y luego otra correcta. Al tocar la placa, cambia.
A través de una soldadura que hace y deshace contacto, a veces el pulso de Echo nunca llega a la Nano, y pulseIn() agota su timeout.
Solución: Vuelve a calentar la soldadura con estaño nuevo hasta que fluya y forme un cono brillante.
pulseIn() sin timeout
ajuste incorrecto
Por qué pasa
Síntoma: Una sala vacía marca 655 cm, más allá de los 4 m del sensor, y cada ping tarda más.
Sin nada que haga eco, la placa mantiene Echo en HIGH durante su propio timeout, unos 38 ms, y lo baja. pulseIn() sin timeout espera hasta un segundo, mide ese pulso de 38 ms y el sketch lo imprime como 38000 / 58 = 655 cm.
Solución: Pasa un timeout, pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL), y trata el 0 como "no echo", no como una distancia.
Vcc cortocircuitada con Gnd
cortocircuito
Por qué pasa
Síntoma: Todo se apaga: la Nano se reinicia o su USB se desconecta, y su polifusible se calienta.
La placa no tiene fusible propio. El cortocircuito hunde los 5 V de la Nano hasta que el polifusible de su USB limita la corriente.
Solución: Desconecta, quita el cable suelto y revisa si hay un puente de soldadura entre los pines de la tira.

Conoce el banco

monta la placa del sonar, haz un ping y luego haz que un zumbador pite más rápido a medida que se acerca una mano

Un robot que se choca con las paredes necesita saber a qué distancia están. El HC-SR04 lanza una ráfaga de sonido de 40 kHz desde una cápsula y escucha el eco con la otra; su pin Echo se queda en HIGH durante la ida y la vuelta. El sonido recorre un centímetro de ida y vuelta en 58 µs, así que un pulso de 1740 µs significa una pared a 30 cm. Monta la placa, haz pings desde una Nano y luego haz que un zumbador pite más rápido a medida que se acerca una mano, como el sensor de aparcamiento de un coche. Después averíalo: aliméntalo al revés o con 3,3 V, quita el receptor, deja una soldadura fría en Echo, olvida el timeout de pulseIn() y cortocircuita su alimentación.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 2340 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Ping e imprime

// Ping e imprime: una pared 30 cm por delante
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH de al menos 10 µs lanza un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // rendirse a los 30 ms (unos 5 m): 0 significa que no hay eco
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs de ida y vuelta por cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("hc-sr04: one ping a second");
}

void loop() {
  float cm = ping();
  if (cm < 0) {
    Serial.println("no echo");   // 0 no es "muy cerca": no ha vuelto nada
  } else {
    Serial.print(cm, 2);
    Serial.println(" cm");
  }
  delay(1000);
}

Tareas prácticas

0/2 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

No frenes en una sala vacía

Arduino C++

El sketch del parachoques de este robot enciende el freno (D13) cuando algo está a menos de 20 cm. Funciona contra una pared, pero en una sala despejada también frena: cuando nada hace eco, pulseIn() devuelve 0, y 0 cm es "a menos de 20". Frena solo cuando de verdad ha habido un eco por debajo de 20 cm. La pared está a 80 cm, a 15 cm a los 1,5 s, desaparece a los 3 s y está a 8 cm a los 4,5 s.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarSe ejecuta
Aún sin ejecutarPared a 80 cm: no frena
Aún sin ejecutarPared a 15 cm: frena
Aún sin ejecutarSala vacía: no frena
Aún sin ejecutarPared a 8 cm: frena

Pistas

ping() devuelve 0 cuando no ha vuelto nada. 0 no es una distancia.
Las dos cosas tienen que cumplirse: ha habido eco, y estaba cerca.
bool brake = cm > 0 && cm < 20;

Código de No frenes en una sala vacía

¿A qué velocidad se acerca?

Arduino C++

Un robot no solo necesita saber a qué distancia está algo, sino también a qué velocidad se mueve. El sketch hace un ping cada 500 ms. Calcula la velocidad de acercamiento a partir de esta distancia, la anterior y el tiempo entre las dos, y añade ", approaching at N cm/s", ", moving away at N cm/s" o ", holding" (si está dentro de 2 cm/s) a cada línea. Una mano se acerca de 1 m a 30 cm a 20 cm/s, se queda quieta y luego se aleja.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarSe ejecuta
Aún sin ejecutarDice que se acerca a unos 20 cm/s
Aún sin ejecutarDice holding cuando la mano se para a 30 cm
Aún sin ejecutarDice que se aleja a unos 20 cm/s

Pistas

speed = (last - cm) / segundos entre los pings: positiva cuando se acerca.
Guarda last y lastAt del ping anterior; sáltate la velocidad cuando cualquiera de las dos lecturas no tenga eco.
Serial.print(speed, 0) la imprime sin decimales.

Código de ¿A qué velocidad se acerca?

// Imprime la velocidad de acercamiento después de cada distancia
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;
float last = -1;
unsigned long lastAt = 0, nextAt = 0;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH de al menos 10 µs lanza un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // rendirse a los 30 ms (unos 5 m): 0 significa que no hay eco
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs de ida y vuelta por cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("closing speed: a ping every 500 ms");
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();
  if (now < nextAt) return;
  nextAt = now + 500;
  float cm = ping();
  if (cm < 0) Serial.print("no echo");
  else {
    Serial.print(cm, 1);
    Serial.print(" cm");
  }
  // compara con la lectura anterior: approaching at N cm/s, moving away at N cm/s o holding
  Serial.println();
}

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Déjala en la PCB desnuda

Quita todas las piezas de la placa azul. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero los chips de detrás, luego el cristal y la tira de pines, y luego las dos cápsulas.

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon el cristal y la tira de pines

Pon las dos cápsulas

Suelda las piezas de inserción

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Ping e imprime

Carga Pitido de aparcamiento

Carga Ping a un cojín

Carga Nada al alcance

Conecta Vcc y Gnd al revésAveríala

Alimenta Vcc desde el pin 3V3 de la NanoAveríala

Quita el receptorAveríala

Deja una soldadura fría en EchoAveríala

Olvida el timeout de pulseIn()Averíala

Cortocircuita Vcc con GndAveríala

Vista despiezada

Conoce el banco

monta la placa del sonar, haz un ping y luego haz que un zumbador pite más rápido a medida que se acerca una mano

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 2340 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Ping e imprime

// Ping e imprime: una pared 30 cm por delante
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH de al menos 10 µs lanza un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // rendirse a los 30 ms (unos 5 m): 0 significa que no hay eco
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs de ida y vuelta por cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("hc-sr04: one ping a second");
}

void loop() {
  float cm = ping();
  if (cm < 0) {
    Serial.println("no echo");   // 0 no es "muy cerca": no ha vuelto nada
  } else {
    Serial.print(cm, 2);
    Serial.println(" cm");
  }
  delay(1000);
}

Sensor de aparcamiento HC-SR04

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon el cristal y la tira de pines

Pon las dos cápsulas

Suelda las piezas de inserción

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Ping e imprime

Carga Pitido de aparcamiento

Carga Ping a un cojín

Carga Nada al alcance

Conecta Vcc y Gnd al revésAveríala

Alimenta Vcc desde el pin 3V3 de la NanoAveríala

Quita el receptorAveríala

Deja una soldadura fría en EchoAveríala

Olvida el timeout de pulseIn()Averíala

Cortocircuita Vcc con GndAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Vcc invertida

Solo 3,3 V en Vcc

Sin receptor

Soldadura fría en Echo

pulseIn() sin timeout

Vcc cortocircuitada con Gnd

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda las piezas de inserción

Después de: Carga Pitido de aparcamiento

Después de: Cortocircuita Vcc con Gnd

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

No frenes en una sala vacía

Comprobaciones

¿A qué velocidad se acerca?

Comprobaciones

Sensor de aparcamiento HC-SR04

El banco

Monta y avería

Déjala en la PCB desnuda

Coloca las piezas SMD y haz el reflujo

Pon el cristal y la tira de pines

Pon las dos cápsulas

Suelda las piezas de inserción

Conecta la Nano

Conecta el zumbador

Alimenta el banco

Carga Ping e imprime

Carga Pitido de aparcamiento

Carga Ping a un cojín

Carga Nada al alcance

Conecta Vcc y Gnd al revésAveríala

Alimenta Vcc desde el pin 3V3 de la NanoAveríala

Quita el receptorAveríala

Deja una soldadura fría en EchoAveríala

Olvida el timeout de pulseIn()Averíala

Cortocircuita Vcc con GndAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Vcc invertida

Solo 3,3 V en Vcc

Sin receptor

Soldadura fría en Echo

pulseIn() sin timeout

Vcc cortocircuitada con Gnd

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda las piezas de inserción

Después de: Carga Pitido de aparcamiento

Después de: Cortocircuita Vcc con Gnd

Cuestionario final del banco