¿Para que sirve un sensor de ultrasonido o ultrasónico?

La gran utilidad de este tipo de sensores de ultrasonido es que nos permite medir distancias sin realizar contacto físico, este tipo de dispositivo nos permite realizar una medición desde 2cm hasta 200cm aproximadamente.
En robótica es muy útil para realizar la detección de obstáculos y poder tomar una decisión luego de ser detectado.

¿Cómo realiza la medición el sensor?

La forma en que el sensor de ultrasonido realizar el cálculo es bastante simple, se basa en la velocidad en la que viaja el sonido en el aire (aproximadamente 34300cm/s).

Podemos simplificar su funcionamiento en los siguientes pasos

1 - Emite una ráfaga ultrasónica por el emisor y al mismo tiempo uno de sus pines que se conecta a una entrada de nuestro micro controlador se pone en 1
2 - Espera en el receptor la llegada del eco de la señal emitida y cuando el eco llega pone en 0 el pin que se conecta a la entrada de nuestro micro controlador.
3 - En nuestro micro controlador cuando detectamos un 1 en nuestro pin de entrada comenzamos un conteo de tiempo, que será proporcional a la frecuencia de Clock de nuestro procesador, cuando detectamos el 0, detenemos el conteo, luego mediante simples cálculos matemáticos obtenemos la distancia del objeto

Por ejemplo

Si la velocidad del sonido es 34300cm/s, significa que el tiempo que demora la señal sonara en recorrer 2cm (1cm de ida y 1cm de vuelta) será 2cm/34300cms = 0,0583ms.
Ahora supongamos que tenemos un Micro Procesador de una frecuencia de Clock de 1MHZ lo que es lo mismo que un periodo T de 1us.
Al momento de detectar el estado alto en el pin de entrada del micro procesador, se dispara el conteo de contador del timer (program counter), el contador crece en 1 cada 1us, que es el periodo del micro procesor, por lo tanto para que transcurra 0,058ms el contador debe llegar a 58.
De esta manera podemos resumir que la formula para calcular la distancia será la siguiente

Distancia = 1/(58*FrecuenciaClock)

Detalles técnicos del US – 100

Este sensor cuenta con 4 pines
1-Vcc (5 volt)
2-Trigger
3-Echo
4-Gnd (0 volt)

Para iniciar la medición se debe activar el sensor enviando un pulso de 10ms al pin2(Trigger), luego de finalizado este tiempo, por el pin3(echo) se enviara un estado alto al micro controlador que significa que la medición ha comenzado, la medición terminara cuando el mismo Pin ingrese un nivel bajo.

La grafica siguiente ejemplifica lo dicho.

Programa para arduino

Este software hace prender los led conectados al pin 13 del arduino cuando el sensor de ultrasonido us-100 detecta un objeto a una distancia menor o igual a 5cm.

const int trigger=10;
const int echo=12;
float primeraMedicion;
float segundaMedicion;
float terceraMedicion;
float distancia;
void setup(){
Serial.begin(9600);
pinMode(trigger,OUTPUT);
pinMode(echo,INPUT);
pinMode(13,OUTPUT);
}
void loop(){
primeraMedicion=medicionUS100();
delay(10);
segundaMedicion=medicionUS100();
delay(10);
terceraMedicion=medicionUS100();
distancia = (primeraMedicion + segundaMedicion + terceraMedicion)/3;
if(distancia<=5)
{
 digitalWrite(13,HIGH);
}else{digitalWrite(13,LOW);}
Serial.println(distancia);
delay(150);
}
float medicionUS100()
{
digitalWrite(trigger,LOW); //Inicializo el sensor 
delayMicroseconds(5);
// Comienzo con la medicion
// Enviamos una señal activando la salida trigger durante 10 microsegundos
digitalWrite(trigger,HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigger,LOW);
// Adquirimos los datos y convertimos la medida a centimetros
return pulseIn(echo,HIGH)*0.01657; // Medimos el ancho del pulso
}

Video del resultado final