ESP8266 - Sensor Ultrassônico

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Sobre o Sensor Ultrassônico

O sensor ultrassônico HC-SR04 é usado para determinar a distância até um objeto por meio de ondas ultrassônicas.

Pinagem do Sensor Ultrassônico

O sensor ultrassônico HC-SR04 tem quatro pinos:

• Pino VCC: deve ser conectado ao VCC (5V)
• Pino GND: deve ser conectado ao GND (0V)
• Pino TRIG: este pino recebe o sinal de controle (pulso) do ESP8266.
• Pino ECHO: este pino envia um sinal (pulso) para o ESP8266. O ESP8266 mede a duração do pulso para calcular a distância.

Como Funciona

1. O microcontrolador produz um pulso de 10 microssegundos no pino TRIG, o que faz o sensor ultrassônico emitir ondas ultrassônicas.
2. A onda ultrassônica é refletida ao atingir um obstáculo.
3. Em seguida, o sensor ultrassônico detecta a onda ultrassônica refletida e mede o seu tempo de percurso.
4. O sensor ultrassônico gera um pulso no pino ECHO, com a duração do pulso igual ao tempo de percurso da onda ultrassônica.
5. O microcontrolador mede a duração do pulso no pino ECHO e calcula a distância entre o sensor e o obstáculo.

Como Obter a Distância do Sensor Ultrassônico

1. Para calcular a distância a partir do sensor ultrassônico, dois passos devem ser seguidos (1 e 6 na seção Como Funciona):
2. Gere um pulso de 10 microssegundos no pino TRIG.
3. Meça a duração do pulso no pino ECHO.
4. Calcule a distância entre o sensor e o obstáculo.

Cálculo da Distância

Temos:

• O tempo de percurso da onda ultrassônica (µs): travel_time = pulse_duration
• A velocidade da onda ultrassônica: speed = SPEED_OF_SOUND = 340 m/s = 0.034 cm/µs

Então:

• A distância percorrida pela onda ultrassônica (cm): travel_distance = speed × travel_time = 0.034 × pulse_duration
• A distância entre o sensor e o obstáculo (cm): distance = travel_distance / 2 = 0.034 × pulse_duration / 2 = 0.017 × pulse_duration

ESP8266 - Sensor Ultrassônico

Podemos usar dois pinos de um ESP8266 para medir a distância com um sensor ultrassônico: um pino é conectado ao pino TRIG para gerar um pulso de 10µs, e o outro pino é conectado ao pino ECHO para medir o pulso do sensor.

Diagrama de Ligação

This image is created using Fritzing. Click to enlarge image

Para mais informações, veja Pinagem do ESP8266 e como alimentar o ESP8266 e outros componentes.

Como Programar o Sensor Ultrassônico

• Gere um pulso de 10 microssegundos no pino D5 do ESP8266 usando as funções digitalWrite() e delayMicroseconds(). Por exemplo:
• Coloque o pino em HIGH com digitalWrite(), espere 10 microssegundos com delayMicroseconds() e depois coloque o pino em LOW com digitalWrite().

• Meça a duração do pulso (µs) no pino D6 do Arduino usando a função pulseIn(). Por exemplo:

• Calcule a distância (cm):

Código ESP8266

Passos Rápidos

Para começar com o ESP8266 no Arduino IDE, siga estes passos:

• Veja o tutorial como configurar o ambiente para o ESP8266 no Arduino IDE se esta for a sua primeira vez usando o ESP8266.
• Ligue os componentes como mostrado no diagrama.
• Conecte a placa ESP8266 ao seu computador usando um cabo USB.
• Abra o Arduino IDE no seu computador.
• Escolha a placa ESP8266 correta, como (por exemplo, NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)), e a respectiva porta COM.
• Copie o código e abra-o no Arduino IDE.
• Clique no botão Upload do Arduino IDE para compilar e fazer o upload do código para o ESP8266.

• Abra o Serial Monitor
• Mova a mão perto do sensor ultrassônico
• Veja no Serial Monitor a distância entre o sensor e a sua mão

Explicação do Código

Veja a explicação linha por linha contida nos comentários do código-fonte!

Como Filtrar o Ruído das Medições de Distância do Sensor Ultrassônico

O resultado da medição de um sensor ultrassônico pode incluir ruído, o que pode causar operações indesejadas em certas aplicações. Para remover o ruído, o algoritmo a seguir pode ser usado:

1. Faça várias medições e armazene-as em um array
2. Ordene o array em ordem crescente
3. Filtre o ruído
• Algumas das menores amostras são consideradas ruído → ignore-as
• Algumas das maiores amostras são consideradas ruído → ignore-as
• Calcule a média das amostras do meio

O código de exemplo abaixo faz 20 medições:

• As cinco menores amostras devem ser descartadas.
• As cinco maiores amostras devem ser descartadas.
• Deve-se tirar a média das 10 amostras do meio (da 5ª à 14ª).

/* * Este código de ESP8266 NodeMCU foi desenvolvido por pt.newbiely.com * Este código de ESP8266 NodeMCU é disponibilizado ao público sem nenhuma restrição. * Para tutoriais completos e diagramas de ligação, visite: * https://pt.newbiely.com/tutorials/esp8266/esp8266-ultrasonic-sensor */ #define TRIG_PIN D5 // The ESP8266 pin connected to Ultrasonic Sensor's TRIG pin #define ECHO_PIN D6 // The ESP8266 pin connected to Ultrasonic Sensor's ECHO pin float filterArray[20]; // array to store data samples from sensor float distance; // store the distance from sensor void setup() { // begin serial port Serial.begin (9600); // Configure the trigger and echo pins to output mode pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); pinMode(ECHO_PIN, INPUT); } void loop() { // 1. TAKING MULTIPLE MEASUREMENTS AND STORE IN AN ARRAY for (int sample = 0; sample < 20; sample++) { filterArray[sample] = ultrasonicMeasure(); delay(30); // to avoid untrasonic interfering } // 2. SORTING THE ARRAY IN ASCENDING ORDER for (int i = 0; i < 19; i++) { for (int j = i + 1; j < 20; j++) { if (filterArray[i] > filterArray[j]) { float swap = filterArray[i]; filterArray[i] = filterArray[j]; filterArray[j] = swap; } } } // 3. FILTERING NOISE // + the five smallest samples are considered as noise -> ignore it // + the five biggest samples are considered as noise -> ignore it // ---------------------------------------------------------------- // => get average of the 10 middle samples (from 5th to 14th) double sum = 0; for (int sample = 5; sample < 15; sample++) { sum += filterArray[sample]; } distance = sum / 10; // print the value to Serial Monitor Serial.print("distance: "); Serial.print(distance); Serial.println(" cm"); } float ultrasonicMeasure() { // Produce a 10-microsecond pulse to the TRIG pin. digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); // Measure the pulse duration from the ECHO pin float duration_us = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH); // calculate the distance float distance_cm = 0.017 * duration_us; return distance_cm; }

Vídeo

Desafie-se

Use um sensor ultrassônico em qualquer um dos projetos a seguir:

• Construa um sistema de prevenção de colisão para um carrinho de controle remoto.
• Estime o nível de enchimento de uma lixeira.
• Monitore o nível de uma lixeira.
• Automatize a abertura e o fechamento de uma lixeira. Dica: Veja ESP8266 - Servo Motor.

Aplicações do Sensor Ultrassônico

• Prevenção de Colisões
• Estimativa de Capacidade
• Estimativa de Altura
• Identificação de Objetos Próximos

Referências de Funções

• pinMode()
• digitalWrite()
• pulseIn()
• delayMicroseconds()
• delay()
• Serial

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