Senzor ultrasonic¶

HC-SR04 este senzorul standard pentru „cât de departe e obiectul în fața mea?". Îl găsești în roboții care evită obstacole, în sistemele de parcare și în alarme de prezență. Aici îl conectăm la ESP32 și citim distanța în MicroPython folosind machine.time_pulse_us.

Descriere¶

Senzorul HC-SR04 are 4 pini: VCC, Trig, Echo, GND. Principiul de funcționare e identic cu cel al liliecilor:

1. ESP32 dă un puls HIGH de 10 microsecunde pe pinul Trig.
2. Senzorul emite 8 cicluri de ultrasunet la 40 kHz (inaudibil pentru om).
3. Când ultrasunetul lovește un obstacol, se întoarce ca ecou.
4. Pinul Echo rămâne HIGH exact cât durează drumul dus-întors al sunetului.
5. ESP32 cronometrează durata pulsului cu time_pulse_us și calculează distanța.

Calculul distanței¶

Sunetul se propagă în aer cu ~343 m/s = 0,0343 cm/µs. Pentru că durata măsurată reprezintă drumul dus-întors, împărțim la 2:

distanță [cm] = durată [µs] × 0,0343 / 2

Sau, echivalent: durată / 58,3.

Domeniu util: 2 cm – 400 cm, cu precizie de ~3 mm.

Componente¶

Conectare¶

Divizor de tensiune pentru Echo (HC-SR04 clasic)¶

   Echo (5 V) ──[ 1 kΩ ]──┬── GPIO 18 (3,3 V)
                           │
                          [ 2 kΩ ]
                           │
                          GND

V_out = V_in × 2 / (1 + 2) = 5 × 2/3 ≈ 3,3 V — exact pragul ESP32-ului.

Schemă completă¶

    ESP32                   HC-SR04
    Vin / 5V ────────── VCC
    GND ────────────── GND
    GPIO 5 ──────────── Trig
    GPIO 18 ◄─[1 kΩ]─── Echo
                    └──[2 kΩ]──── GND

Cod¶

from machine import Pin, time_pulse_us
import time

# --- Configurare ---

trig = Pin(5, Pin.OUT)
echo = Pin(18, Pin.IN)


def measure_distance_cm(timeout_us=30_000):
    """Returnează distanța în cm sau None dacă nu s-a primit ecou."""
    # Asigură-te că Trig pleacă de la LOW
    trig.value(0)
    time.sleep_us(2)

    # Puls de 10 µs pe Trig
    trig.value(1)
    time.sleep_us(10)
    trig.value(0)

    # Așteaptă pulsul HIGH pe Echo și măsoară durata în µs
    duration_us = time_pulse_us(echo, 1, timeout_us)

    if duration_us < 0:
        return None   # timeout — nu s-a întors ecou

    return duration_us * 0.0343 / 2


print("Măsurători HC-SR04. Ctrl+C pentru oprire.\n")

while True:
    try:
        d = measure_distance_cm()
        if d is None:
            print("Out of range")
        else:
            print(f"Distanță: {d:6.2f} cm")
        time.sleep_ms(200)
    except KeyboardInterrupt:
        print("\nStop.")
        break

Rulează scriptul¶

1. Conectează ESP32-ul prin USB și asamblează circuitul (atenție la divizorul de tensiune).
2. În Thonny lipește codul și apasă Run (F5).
3. Mișcă mâna prin fața senzorului. În consolă apar valori de tipul:

Măsurători HC-SR04. Ctrl+C pentru oprire.

Distanță:  37.42 cm
Distanță:  22.18 cm
Distanță:   8.74 cm
Distanță:   3.12 cm
Out of range

Pentru o citire stabilă, mediază mai multe măsurători (vezi exemplul de mai jos).

Exemplu: filtru de mediere¶

Senzorul poate da uneori valori aberante (ecouri reflectate de la mai multe suprafețe). Un filtru simplu — mediana a 5 măsurători — elimină majoritatea acestor erori:

def measure_smoothed(samples=5):
    """Mediana a `samples` măsurători — robust la valori aberante."""
    readings = []
    for _ in range(samples):
        d = measure_distance_cm()
        if d is not None:
            readings.append(d)
        time.sleep_ms(40)   # >= 60 ms ar fi ideal
    if not readings:
        return None
    readings.sort()
    return readings[len(readings) // 2]

Exemplu: alarmă de proximitate cu LED¶

Aprinde LED-ul integrat (GPIO 2) când ceva se apropie la mai puțin de 15 cm:

from machine import Pin, time_pulse_us
import time

trig = Pin(5, Pin.OUT)
echo = Pin(18, Pin.IN)
led = Pin(2, Pin.OUT)

THRESHOLD_CM = 15

def distance_cm():
    trig.value(0); time.sleep_us(2)
    trig.value(1); time.sleep_us(10); trig.value(0)
    d = time_pulse_us(echo, 1, 30_000)
    return None if d < 0 else d * 0.0343 / 2

while True:
    d = distance_cm()
    led.value(1 if d is not None and d < THRESHOLD_CM else 0)
    time.sleep_ms(100)

Probleme frecvente¶

Idei de extindere¶

• Sistem de parcare: un buzzer pasiv care bipăie din ce în ce mai rapid pe măsură ce te apropii — combină cu pin PWM (vezi Servomotor) care setează frecvența tone.
• Radar 180°: montează HC-SR04 pe un servo și baleiază — afișează valorile pe LCD sau le trimite la PC.
• Indicator de nivel apă: măsurarea distanței până la suprafața apei într-un rezervor.
• Trimitere wireless: ESP-NOW poate transmite distanța către o placă-master care logează datele.

Referințe¶

• MicroPython — machine.time_pulse_us
• Datasheet HC-SR04 (Cytron)
• Random Nerd Tutorials — ESP32 Ultrasonic Sensor (MicroPython)