Este documento describe el sensor ultrasónico US-016 y su uso para medir distancias. El sensor emite pulsos ultrasónicos y mide el tiempo que tardan en rebotar para calcular la distancia al objeto más cercano. El documento explica cómo configurar el rango de medición a 1 metro o 3 metros, el circuito de instrumentación para filtrar la señal, y una interfaz gráfica en LabView para monitar las mediciones.

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
“ESPE”
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES
ALUMNO: Galo Candela NRC: 1925
1. Selección de modelo de sensor ultrasónico.
El modelo del sensor ultrasónico a utilizar es un US-016, el cual es un sensor
ultrasónico con salida análoga. Se lo conoce como sensor de distancia de bajo
costo y utiliza ultrasonido para determinar la distancia de un objeto en un rango
de 2 a 300 cm. Su salida es un voltaje análogo proporcional a la distancia
medida.
Está integrado por dos transductores: un emisor y un receptor piezoeléctricos, su
aplicación va desde la creación de robots laberinto y en automatización en
sistemas de medición de nivel y distancia.
Fig. 1. Sensor de ultrasonido US-016
1.1. Funcionamiento.
El emisor piezoeléctrico emite pulsos a 40KHz luego de recibir la
alimentación, las ondas de sonido viajan en el aire y rebotan al encontrar un
objeto, el sonido de rebote es detectado por el receptor piezoeléctrico. En
este caso la salida del sensor da un voltaje directamente proporcional a la
distancia medida, la distancia máxima que se puede medir se puede
configurar con el pin RANGE, el cual puede ser de 1 metro su distancia
máxima si el pin RANGE está a tierra, o de 3 metros si está a Vcc.

2. Fig. 2. Vista frontal del sensor de ultrasonido US-016
Fig. 3. Vista posterior del sensor de ultrasonido US-016
1.2. Especificaciones técnicas.
 Voltaje de operación: 5V – DC
 Salida análoga: 0 – Vcc
 Corriente de trabajo: 3.8 mA
 Rango de distancia de medición: 2 cm a 300 cm
 Precisión: 0.3 cm + 1%
 Frecuencia de ultrasonido: 40 KHz
 Ángulo de apertura: 15°
 Temperatura de operación: 0 – 70°C
 Tiempo mínimo de espera entre una medida y el inicio de otra: 50ms
 Dimensiones: 4.5 cm x 2.5 cm x 1.9 cm
 Resolución: 1 mm
1.3. Pines de conexión
 Vcc (5V DC)

3.  RANGE (Si RANGE= Vcc el rango es de 3m, si RANGE=Tierra el
rango es de 1m)
 Out (Salida análoga)
 GND (Tierra – 0V)
Fig. 4. Pines del sensor de ultrasonido.
1.4. Comportamiento.
Para el caso en que el pin RANGE está a tierra, se aplica la siguiente fórmula
cuyo rango de distancia va hasta 1.024m.
𝑑 =
1024 ∗ 𝑉𝑜
𝑉𝑐 𝑐
[𝑚𝑚]
Ecuación. 1. Ecuación para rango de distancia máxima de 1m.
Para el caso en que el pin RANGE está a Vcc, se cambia el valor constante
de 1024 por 3072, cuya distancia máxima es de 3.072m.
𝑑 =
3072 ∗ 𝑉𝑜
𝑉𝑐𝑐
[𝑚𝑚]
Ecuación. 2. Ecuación para rango de distancia máxima de 3m.

4. 2. Realizar circuito de instrumentación para la adquisición de la señal del mismo.
Vo (PIN3)
Vcc (PIN1)
TIERRA (PIN4)
RANGE (PIN2)
SENSOR DE ULTRASONIDO MODULAR US-016
Fig. 5. Esquemático del sensor de ultrasonido.
Para la parte de instrumentación, ya que el circuito por sí mismo otorga una señal
que va desde 0V hasta 5V si la distancia es máxima de acuerdo al rango
seleccionado, en este caso se selecciona un rango de 3m es decir el PIN RANGE
estará conectado a Vcc. Se integrará un filtro pasa banda de orden 1, para filtras las
frecuencias que están entre 37KHz y 43KHz debido a que según las especificaciones
del diseñador del sensor la frecuencia con la oscila es de 40KHz + 1% entonces se
mantendrá la señal en ese rango de frecuencias.
ACONDICIONAMIENTO PARA EL SENSOR
ULTRASONICO DE 37KHz a 43KHz
Vcc (5V)
Vcc (5V)
-
+
-12V
+12V -
+
-12V
+12V
C1
R2
R1 R2
R4
R5 R6
C2
Fig. 6. Esquemático de instrumentación para el sensor de ultrasonido US-016.

5. 3. Acondicionamiento para obtención de la señal de forma estable.
Se utilizará el circuito de la figura 6, implementando un filtro pasa banda en el rango
de frecuencia de 37KHz a 43KHz con el fin de eliminar el ruido, para ello los
cálculos de acondicionamiento son:
En la primera debido a que no es necesaria una etapa de amplificación, si no, solo
filtrado de la señal, se seleccionará un filtro alto con frecuencia de corte de 37KHz
con una R1=1.2kΩ y C1 = 3.58nF.
𝑓𝑂𝐿 =
1
2𝜋𝑅1 𝐶1
𝑓𝑂𝐿 = 37 [𝐾𝐻𝑧]
De igual forma para la segunda etapa no es necesaria una amplificación, y se
realizará filtro pasa bajo con frecuencia de corte de 43KHz con una R2 = 1.2kΩ y
C2 = 3.08nF.
𝑓𝑂𝐻 =
1
2𝜋𝑅2 𝐶2
𝑓𝑂𝐻 = 43 [𝐾𝐻𝑧]
La gráfica del filtro sería la siguiente:
Fig. 7 Filtro activo pasa banda.

6. Finalmente el circuito de acondicionamiento sería el siguiente:
ACONDICIONAMIENTO PARA EL SENSOR
ULTRASONICO DE 37KHz a 43KHz
Vcc (5V)
Vcc (5V)
-
+
-12V
+12V -
+
-12V
+12V
C1
R1
R2
C2
Fig. 8. Circuito de acondicionamiento con filtro pasa banda de 37KHz a 43KHz.
Debido a que la señal ya está regulada para un rango de 0 V para distancia mínima y
5 V para distancia máxima, no es necesario implementar una etapa de ajuste de la
señal, ya que esta, ya está ajustada a los valores necesarios para ser leídos por una
tarjeta de adquisición.
Finalmente el comportamiento del circuito con el acondicionamiento implementado
para un rango de distancia de 3m y un ajuste de la señal de 0 a 5V será el siguiente y
será representado mediante con variaciones de 500 mm en base a la ecuación 2, la
siguiente tabla ejemplifica su comportamiento:
Distancia [mm] Voltaje [V]
0 0
500 0.81
1000 1.63
1500 2.44
2000 3.25
2500 4.07
3000 4.88
Tabla. 1. Comportamiento Distancia vs Voltaje de salida.
La curva representativa del comportamiento de la lectura de la señal y su salida sería
la siguiente:

7. Fig. 9. Gráfico de comportamiento Distancia vs Voltaje de salida.
4. Implementación mediante LabView de una interfaz que permita visualizar el
comportamiento del sensor y sus variaciones.
Se realizará la siguiente implementación en LabView dónde se podrá visualizar un
medidor de distancia y análogo y digital, y además, 3 indicadores de distancia,
donde cada uno representará si la distancia es menor a 100cm, 200cm o, 300cm, y a
su vez 2 indicadores que pueden ser sonidos donde indiquen que el sensor está
detectando muy cerca el obstáculo, o muy alejado el obstáculo, a continuación la
interfaz gráfica en LabView:
Fig. 10. Interfaz de LabView para monitoreo del sensor y variaciones.
0
1
2
3
4
5
6
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Voltaje[V]
Distancia [mm]
Curva

8. 5. Bibliografía
http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/10556/1/T1681.pdf
https://www.electronicafacil.net/foros/PNphpBB2-viewtopic-t-7256-view-
previous.html
https://uge-one.com/analog-output-ultrasonic-sensor-us-016.html
http://www.dx.com/es/p/dc-5v-us-016-analog-voltage-output-double-range-
ultrasonic-module-436278#.WotNWajiaM8
6. Anexos.
El enlace al Datasheet el cual está en idioma Chino, está alojada en el sitio
academia.edu en el siguiente LINK:
https://www.academia.edu/35963134/Datasheet_US-016
En el caso de que no se pueda descargar mediante este LINK se puede utilizar un
LINK secundario:
http://pan.baidu.com/s/1dE9zJFj

9. US-016 超声波测距模块
1． 概述
US-016 超声波测距模块可实现 2cm~3m 的非接触测距功能，
供电电压为 5V，工作电流为 3.8mA，支持模拟电压输出，工作
稳定可靠。本模块根据不同应用场景可设置成不同的量程（最
大测量距离分别为 1m 和 3m）；当 Range 管脚悬空时，量程为
3m。
US-016 能将测量距离转化为模拟电压输出，输出电压值与
测量距离成正比。
2． 主要技术参数
电气参数 US-016 超声波测距模块
工作电压 DC 5V
工作电流 3.8mA
工作温度 0~+70 度
输出方式 模拟电压（0~Vcc）
感应角度 小于 15 度
探测距离 2cm-300cm
探测精度 0.3cm+1%
分辨率 1mm
3． 本模块实物图及尺寸

10. 本模块如图 3.1 和图 3.2 所示：
图 3.1： US-016 正面图 图 3.2：US-016 背面图
本模块的尺寸：45mm*20mm*1.2mm。板上有两个半径为 1mm
的机械孔，如图 3.3 所示：
图 3.3：US-015 尺寸图
4． 接口说明
本模块有一个接口：4 Pin 供电及通信接口。
4 Pin 接口为 2.54mm 间距的弯排针，如图 4.1 所示：

11. 图 4.1：4 Pin 接口
从左到右依次编号 1,2,3,4。它们的定义如下：
 1 号 Pin：接 VCC 电源（直流 5V）。
 2 号 Pin：量程设置引脚（Range），当模块上电时此引
脚为高电平时，量程为 3m；当模块上电时此引脚为低
电平时，量程为 1m。此引脚内带上拉电阻，当 Range
引脚悬空时，量程为 3m。
 3 号 Pin：模拟电压输出引脚（Out），模拟电压与测量
距离成正比，输出范围为 0~Vcc。
 4 号 Pin：接外部电路的地。
5． 测距工作原理

12. 模块上电后，系统首先判断 Range 引脚的输入电平，根据
输入电平状态来设置不同的量程。当 Range 引脚为高电平时，
量程为 3m，当 Range 管脚为低电平时，量程为 1m。
然后，系统开始连续测距，同时将测距结果通过模拟电压
在 Out 管脚输出。当距离变化时，模拟电压也会随之进行变化。
模拟电压与测量距离成正比，模拟电压的输出范围是
0~Vcc。
当系统量程为 1m 时，测量距离为：L = 1024*Vout/Vcc（mm）。
当输出电压为 0V 对应距离为 0m，输出 Vcc 对应为 1.024m。
当系统量程为 3m 时，测量距离为：L = 3096*Vout/Vcc（mm）。
当输出电压为 0V 对应距离为 0m，输出 Vcc 对应为 3.072m。
测量距离与输出电压的关系如图 5.1 所示：
L（mm）
Out（mv）
Vcc
1024mm L（mm）
Out（mv）
3072mm
Vcc
量程为1米时输出电压和距离关系 量程为3米时输出电压和距离关系
图 5.1 测量距离和输出电压的关系

13. 6． 量程为 1m 时编程建议
注意：上电时，需要将 Range 管脚设置为低电平。
测量时，可采用 ADC 对 Out 管脚的输出电压进行采样，根
据 ADC 值换算出测量距离，可用如下公式计算：
L = (A*1024/2
n
)*（Vref/Vcc），其中 A 为 ADC 的值，n
为 ADC 的位数，Vref 为 ADC 的参考电压，Vcc 为 US-016 的电源
电压。
比如采用 10 位 ADC 进行采样，且 ADC 的参考电压为 VCC
时，测量距离可用 ADC 的值来表示。举例：当 ADC 采样值为 345
时，测量距离为 345mm。
量程为 1m 时，Arduino 测距例程：
unsigned int ADCValue;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()

14. {
ADCValue = analogRead(0);
Serial.print("Present Length is: ");
Serial.print(ADCValue, DEC);
Serial.println("mm");
delay(1000);//delay 1S
}
7． 量程为 3m 时编程建议
注意：上电时，需要将 Range 管脚悬空或设置为高电平。
测量时，可采用 ADC 对 Out 管脚的输出电压进行采样，根
据 ADC 值换算出测量距离，可用如下公式计算：
L = (A*3072/2
n
)*（Vref/Vcc），其中 A 为 ADC 的值，n
为 ADC 的位数，Vref 为 ADC 的参考电压，Vcc 为 US-016 的电源
电压。
比如采用 10 位 ADC 进行采样，且 ADC 的参考电压为 VCC
时，测量距离可用 3*ADC 的值来表示。举例：当 10 位 ADC 采样
值为 400 时，测量距离为 3*400 = 1200mm。

15. 量程为 3m 时，Arduino 测距例程：
unsigned int ADCValue;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
ADCValue = analogRead(0);
ADCValue *= 3;
Serial.print("Present Length is: ");
Serial.print(ADCValue, DEC);
Serial.println("mm");
delay(1000);//delay 1S
}