張旭豐

Posted on Mar 22

HC-SR04 超聲波感測器完整教學：從接線到程式

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HC-SR04 超聲波感測器：原理與接線圖

圖1：倒車雷達是超聲波感測器最為人熟知的應用場景

🚗 場景

倒車雷達「嗶嗶嗶」響起時，你知道車子離牆面還有多近嗎？

答案就藏在今天的主角裡——HC-SR04 超聲波感測器。

🎯 需求

這篇要解決一個問題：

HC-SR04 是什麼？它怎麼測量距離？ Arduino 又怎麼接線與讀取數據？

不管你是 Maker 新手還是想搞懂原理的玩家，看完這篇就能動手做距離感測專案囉！

👀 感知

HC-SR04 使用的感知方式是超聲波測距。

就像蝙蝠在黑暗中飛行，靠的不是眼睛，而是發射超聲波 + 接收回聲來判斷障礙物的位置。

人類耳朵能聽到的聲音頻率約 20Hz～20kHz，而 HC-SR04 發射的超聲波頻率是 40kHz——超出人類聽覺範圍，所以我們完全聽不到。

圖2：HC-SR04 超聲波感測器模組，發射器（T）與接收器（R）分列兩端（Source: SparkFun, via Wikimedia Commons）

⚙️ 原理

🔊 怎麼測距離？

原理很簡單，分成三步：

發射：控制板發送一個 10μs 的觸發脈衝給感測器
飛行：感測器的超聲波發射器（Trig）發出超聲波，聲波向前跑，遇到障礙物反彈回來
接收：感測器的超聲波接收器（Echo）收到反射回來的超聲波

關鍵來了——聲波來回花了多少時間，我們是知道的！只要知道時間，就能算出距離。

簡單比喻：就像你在山谷裡喊「喂～」，2 秒後聽到回音，聲音來回花了 2 秒，聲速約 340m/s，所以山谷深度就是 340 × 2 / 2 = 340 公尺。

公式如下：

距離（cm）= (飛行時間 μs ÷ 2) × 0.0343

為什麼要除以 2？因為時間是來回的距離，我們只需要單程。

圖3：各式超聲波感測器，HC-SR04 是其中最常見的型號之一（Source: Wikimedia Commons）

🛠️ 實作

接線圖

HC-SR04 共有 4 支針腳，與 Arduino 的連接非常直覺：

HC-SR04 針腳	Arduino 接腳	說明
VCC	5V	電源正極
GND	GND	接地
Trig	Pin 9	觸發訊號（發射控制）
Echo	Pin 10	回聲訊號（接收讀取）

程式碼

// HC-SR04 超聲波測距範例
// VCC → 5V, GND → GND, Trig → Pin 9, Echo → Pin 10

const int trigPin = 9;   // 發射超聲波的針腳
const int echoPin = 10;  // 接收回聲的針腳

float duration;  // 飛行時間（微秒）
float distance;  // 距離（公分）

void setup() {
  Serial.begin(9600);           // 啟動序列埠，速率 9600
  pinMode(trigPin, OUTPUT);    // 設定 Trig 為輸出模式
  pinMode(echoPin, INPUT);     // 設定 Echo 為輸入模式
}

void loop() {
  // Step 1：發射超聲波
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);        // 發送 10μs 的觸發脈衝
  digitalWrite(trigPin, LOW);

  // Step 2：讀取回聲時間
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

  // Step 3：計算距離
  distance = (duration * 0.0343) / 2;

  // Step 4：輸出到序列埠
  Serial.print("距離：");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");

  delay(500);  // 每 0.5 秒測量一次
}

上傳燒錄程式碼後，打開 工具 → 序列埠監控視窗，就能看到距離數值持續更新。

圖4：Arduino 電路接線示意圖（Source: Wikimedia Commons）

⚖️ 比較

HC-SR04 vs 紅外線感測器（IR）

維度	HC-SR04 超聲波	紅外線 IR
測量距離	2cm～400cm	通常 < 80cm
精準度	±3cm	易受顏色/光線影響
測量介質	不受顏色影響	深色表面表現差
成本	便宜（≈ $1-2）	也便宜
適用場景	戶外、液位、robot	室內，近距離

結論：測距範圍大、精度高，而且不受障礙物顏色影響——這就是 HC-SR04 能廣泛用於倒車雷達、液位檢測、機器人避障的原因。

✅ 結尾

HC-SR04 是 CP 值最高的測距感測器之一，理解原理後你就能用它做出倒車雷達、液位計，甚至避障小車。

下一步，建議你試試看結合 Servo 馬達做一個超聲波雷達掃描器，用 Processing 畫出即時地形圖——保證驚豔！

圖5：停車場的車位感測器，就是超聲波測距技術的實際應用（Source: Wikimedia Commons）

🛒 所需零件

如果你還沒準備零件，以下是這篇教學需要的清單：

零件	用途
HC-SR04 超聲波感測器	本文主角
Arduino Uno R3	控制板
母對母杜邦線	接線必備
迷你麵包板	方便接線

閱讀時間約 4 分鐘｜字數：約 1,100 字

標籤：#HC-SR04 #超聲波感測器 #Arduino #測距 #倒車雷達 #Maker

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