Sensore a ultrasuoni HY-SRF05, 5 pin, 2-450 cm, 5V

Il sensore a ultrasuoni HY-SRF05 misura la distanza da un ostacolo senza bisogno di contatto fisico, usando il tempo di andata e ritorno di un impulso ultrasonico a 40 kHz. E uno dei moduli piu usati nei progetti con Arduino per realizzare robot con evitamento ostacoli, sistemi di parcheggio, misuratori di livello o semplici allarmi di presenza.

In questa guida colleghiamo il modulo a un Arduino Uno in modalita standard, cioe con i pin TRIG ed ECHO separati, e scriviamo un programma che stampa la distanza misurata sul monitor seriale.

Come funziona:

Il principio e quello del tempo di volo. Quando sul pin TRIG arriva un impulso HIGH di almeno 10 microsecondi, il modulo emette una raffica di otto impulsi ultrasonici a 40 kHz e porta il pin ECHO a livello HIGH. Il pin ECHO resta alto per tutto il tempo in cui l onda viaggia verso l ostacolo e torna indietro, poi scende a LOW.

Il programma misura la durata di questo impulso HIGH in microsecondi con la funzione pulseIn e la converte in centimetri con la formula Distanza (cm) = durata (us) x 0.034 / 2. Il valore 0.034 cm/us corrisponde alla velocita del suono di circa 340 m/s espressa in centimetri per microsecondo, e la divisione per due serve perche il tempo misurato comprende sia l andata che il ritorno dell onda.

Tra due misurazioni consecutive bisogna lasciare almeno 60 millisecondi, in modo che gli echi residui del colpo precedente non vengano scambiati per il nuovo eco.

Cosa ti serve:

• 1 x Sensore a ultrasuoni HY-SRF05, 5 pin, 2-450 cm, 5V
• 1 x Scheda di sviluppo Uno R3 con Wifi ESP8266, compatibile con Arduino
• 4 x 40 fili Dupont 30cm, Tata-Tata
• 1 x Breadboard 830 punti MB-102

Collegamento:

Il modulo si alimenta a 5 VDC ed e compatibile TTL, quindi su Arduino Uno tutti i pin si collegano direttamente senza partitori di tensione. Il pin OUT resta non collegato per usare la modalita standard con TRIG ed ECHO separati.

Il codice:

Caricate il seguente programma su Arduino Uno con l IDE Arduino, poi aprite il monitor seriale per vedere le misurazioni.

// HY-SRF05 ultrasonic distance sensor with Arduino Uno
// Standard mode: separate TRIG and ECHO pins, OUT pin left unconnected
const int trigPin = 7;      // TRIG pin connected to Arduino digital pin 7
const int echoPin = 8;      // ECHO pin connected to Arduino digital pin 8
const float soundSpeed = 0.034; // speed of sound in cm per microsecond
void setup() {
  Serial.begin(9600);       // start serial communication at 9600 baud
  pinMode(trigPin, OUTPUT); // TRIG is an output from the Arduino
  pinMode(echoPin, INPUT);  // ECHO is an input to the Arduino
}
void loop() {
  // Make sure TRIG is low before starting the pulse
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  // Send a 10 microsecond HIGH pulse on TRIG to start the measurement
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  // Measure the duration of the HIGH pulse on ECHO, with a 30 ms timeout
  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 30000);
  // Convert the measured time into distance in centimeters
  float distanceCm = (duration * soundSpeed) / 2.0;
  if (duration == 0) {
    Serial.println("No echo received, check wiring or object out of range");
  } else {
    Serial.print("Distance: ");
    Serial.print(distanceCm);
    Serial.println(" cm");
  }
  // Wait at least 60 ms before the next measurement
  delay(60);
}

Come funziona il codice:

Nella parte iniziale le costanti trigPin e echoPin indicano i pin digitali D7 e D8 usati per il collegamento, mentre soundSpeed contiene il valore 0.034 usato nella conversione.

Nella funzione setup si avvia la comunicazione seriale a 9600 baud e si configura trigPin come OUTPUT e echoPin come INPUT, coerentemente con la modalita standard del modulo.

Nel loop si porta prima trigPin a LOW per un breve istante, poi lo si alza a HIGH per 10 microsecondi con delayMicroseconds, generando l impulso di trigger richiesto dal modulo, e infine lo si riporta a LOW.

La funzione pulseIn su echoPin misura la durata dell impulso HIGH restituito dal sensore, con un timeout di circa 30000 microsecondi per evitare blocchi quando non arriva nessun eco. Il valore letto, duration, viene poi moltiplicato per soundSpeed e diviso per due per ottenere distanceCm, che viene stampato sul monitor seriale insieme a un breve messaggio. Il delay finale di 60 millisecondi rispetta il tempo minimo tra due misurazioni indicato per il modulo.

Risultato:

Aprite il monitor seriale alla velocita di 9600 baud. Avvicinando e allontanando un oggetto dal sensore, il valore stampato deve variare in modo coerente, tra circa 2 cm e 450 cm.

Distance: 23.45 cm
Distance: 23.41 cm
Distance: 45.02 cm
Distance: 44.98 cm
Distance: 120.63 cm
No echo received, check wiring or object out of range
Distance: 8.16 cm
Distance: 8.09 cm

Problemi frequenti:

Sul monitor seriale non appare nulla: verificate di aver selezionato la porta e la scheda corrette nell IDE Arduino e che la velocita impostata sul monitor seriale sia 9600 baud come nello sketch.

La distanza letta e sempre 0 o molto grande e instabile: controllate che ECHO sia collegato al pin indicato nel codice e non al pin TRIG per errore, e che il cavo GND sia effettivamente collegato tra modulo e scheda.

Le misurazioni oscillano in modo casuale su oggetti vicini o lontani dal limite dichiarato: verificate che l oggetto sia posizionato perpendicolarmente al sensore e che non ci siano altri oggetti riflettenti nelle vicinanze entro l angolo di rilevamento di 15 gradi.

Il sensore sembra bloccarsi dopo alcune letture: aumentate la pausa tra le misurazioni oltre i 60 millisecondi gia previsti nel codice, oppure verificate che il timeout di pulseIn non sia stato rimosso.

Le letture sono stabili ma leggermente diverse da quelle di un metro: ricordate che la velocita del suono usata nella formula e un valore medio, e puo variare leggermente con la temperatura ambiente.

Limiti e consigli:

Il modulo misura in modo affidabile tra 2 cm e 450 cm, con una precisione dichiarata fino a 3 mm in condizioni ideali su superfici dure e piane. Su materiali morbidi, superfici molto inclinate o in presenza di piu sensori ultrasonici attivi nella stessa direzione, la distanza massima rilevata puo ridursi o le letture possono diventare instabili.

Una volta verificato il funzionamento in modalita standard, il progetto si puo estendere con un display per mostrare la distanza senza monitor seriale, con un buzzer o un LED per segnalare quando un ostacolo e troppo vicino, oppure con piu sensori HY-SRF05 orientati in direzioni diverse per coprire un area piu ampia.