Sensore distanza HC-SR04 con Arduino e display LCD

Cosa imparerai

• come funziona il sensore HC-SR04;
• come usare Trigger ed Echo;
• come misurare un intervallo con pulseIn();
• come convertire il tempo in centimetri;
• come visualizzare la distanza su un LCD 16×2;
• come gestire il caso di oggetto fuori portata.

Come funziona il sensore HC-SR04

Il sensore HC-SR04 invia un breve impulso ultrasonico e misura il tempo necessario affinché l’eco ritorni dopo aver incontrato un ostacolo. Poiché il suono percorre il tragitto di andata e ritorno, la distanza finale va calcolata dividendo per due.

Sensore a ultrasuoni HC-SR04 utilizzato nel progetto.

Materiale necessario

Schema di collegamento

Schema del progetto con sensore HC-SR04 e display LCD 16×2.

Pin utilizzati

Codice Arduino commentato

#include <LiquidCrystal.h>

// Pin del sensore HC-SR04
const int triggerPort = 7;
const int echoPort = 8;

// Collegamenti LCD:
// RS, E, D4, D5, D6, D7
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {

  // Trigger invia l'impulso ultrasonico
  pinMode(triggerPort, OUTPUT);

  // Echo riceve il segnale di ritorno
  pinMode(echoPort, INPUT);

  // Avvia il Monitor Seriale
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Sensore ultrasuoni:");

  // Inizializza il display 16x2
  lcd.begin(16, 2);

  // Scritta fissa sul display
  lcd.print("Distanza:");
}

void loop() {

  // Porta inizialmente LOW il Trigger
  digitalWrite(triggerPort, LOW);
  delayMicroseconds(2);

  // Impulso di 10 microsecondi
  digitalWrite(triggerPort, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(triggerPort, LOW);

  // Misura per quanto tempo Echo resta HIGH
  unsigned long duration = pulseIn(echoPort, HIGH, 40000UL);

  // Se non arriva nessun eco entro il timeout
  if (duration == 0) {

    Serial.println("Fuori portata");

    lcd.setCursor(10, 0);
    lcd.print("      ");

  }
  else {

    // Velocità del suono ≈ 0,034 cm/us.
    // Dividiamo per 2 perché il suono
    // percorre andata e ritorno.
    float distanza = duration * 0.0343 / 2.0;

    // Mostra il valore sul Monitor Seriale
    Serial.print("Durata: ");
    Serial.print(duration);
    Serial.print(" us - Distanza: ");
    Serial.print(distanza, 1);
    Serial.println(" cm");

    // Pulisce l'area numerica precedente
    lcd.setCursor(10, 0);
    lcd.print("      ");

    // Scrive la nuova distanza
    lcd.setCursor(10, 0);
    lcd.print(distanza, 1);

    lcd.setCursor(14, 0);
    lcd.print("cm");
  }

  delay(300);
}

Come funziona il calcolo della distanza

La formula usata è:

Nel codice la velocità del suono viene approssimata a circa 0.0343 cm/µs. Se per esempio l’eco impiega 1000 microsecondi:

Perché dividiamo per 2?

Il tempo misurato comprende sia il percorso dal sensore all’ostacolo sia il ritorno dell’eco dall’ostacolo al sensore. A noi interessa soltanto la distanza in una direzione, quindi dividiamo il percorso totale per due.

Che cosa fa pulseIn()

pulseIn(echoPort, HIGH) misura per quanto tempo il pin Echo rimane nello stato HIGH. Questa durata, espressa in microsecondi, è la base per il calcolo della distanza.

Monitor Seriale e LCD

Lo sketch mostra la distanza contemporaneamente sul display LCD e sul Monitor Seriale. Questo è molto utile durante il collaudo, perché permette di verificare sia il valore calcolato sia il corretto funzionamento del display.

Perché il potenziometro da 10 kΩ?

Nel classico LCD 16×2 parallelo il potenziometro viene utilizzato per regolare il contrasto del display. Se il display sembra completamente vuoto oppure mostra soltanto rettangoli scuri, la prima cosa da controllare è proprio il contrasto.

Scarica lo sketch originale

Limiti pratici della misura

La precisione può dipendere dalla forma, dall’orientamento e dal materiale dell’oggetto. Superfici inclinate, morbide o poco riflettenti possono restituire un eco debole o deviarlo lontano dal ricevitore.

Anche temperatura e condizioni ambientali modificano leggermente la velocità del suono, quindi questo progetto va considerato un ottimo misuratore didattico, non uno strumento metrologico di precisione.

Debug rapido

• controlla VCC e GND del sensore;
• verifica che Trigger sia su D7 ed Echo su D8;
• controlla tutti i sei collegamenti dati del display;
• regola il potenziometro del contrasto;
• apri il Monitor Seriale a 9600 baud;
• prova con un oggetto piano davanti al sensore;
• se ottieni valori instabili, evita ostacoli troppo inclinati o troppo vicini.

Varianti del progetto

• aggiungere un buzzer che aumenta la frequenza quando l’ostacolo si avvicina;
• usare LED verdi, gialli e rossi in base alla distanza;
• realizzare un sensore di parcheggio;
• montare HC-SR04 su un servomotore per effettuare una scansione;
• visualizzare i dati su OLED;
• inviare la distanza via Bluetooth o Wi-Fi.

Cosa devi ricordare

Domande frequenti