互動裝置模組推薦：先問「人在什麼情境」，再選硬體

你在淘寶看到十幾種 Arduino 模組套裝，價格從 200 元到 2000 元都有。客服說「這個套裝包含 30 種感測器，適合各種專題」。你下了單，收到快遞打開一看。

HC-SR04 超聲波、KY-037 聲音感測、PIR 紅外線、SW-420 震動開關、光敏電阻、濕度感測器，每種一片，全都沒有說明書。堆在桌上看起來很專業，但拿出來卻不知道從哪開始。

這不是你的問題。這是幾乎每個接觸互動裝置的人都會遇到的問題：拿到一堆模組，卻不知道它們各自服務什麼場景。

互動裝置只有三件事：感知、判斷、動作

所有互動裝置的底層邏輯都可以用 IPO 模型解釋。

Input，輸入。裝置感知發生了什麼，例如有人靠近、溫度改變、被碰觸。

Process，處理。控制器讀取訊號，判斷這代表什麼。

Output，輸出。根據判斷結果，執行動作，例如發光、發聲、轉動、改變狀態。

買模組之前，先問自己一個問題：我的裝置要讓使用者在什麼情境下體驗什麼。答案決定了你需要什麼 Input 模組、什麼 Output 模組，以及兩者如何搭配。

情境一：人靠近，裝置有反應

人在哪裡：超聲波 vs PIR

超聲波感測（HC-SR04）

測量距離，範圍約 2cm 到 400cm。適合放在桌面或牆上，當人靠近到一定距離時觸發。

典型情境：桌上有一個小夜燈，當手靠近到 15cm 以內，燈光漸亮。手離開後燈光漸暗。

HC-SR04 的問題在於干擾。塑膠障礙物會造成誤讀，太靠近牆角也會有反射問題。如果感測範圍不需要那麼精確，可以把閾值設寬一點，例如「30cm 以內」而不是「精確的 20cm」。

// 超聲波距離感測基本模式
// 用途：當障礙物進入感測範圍時點亮 LED

// 超聲波模組接線
// VCC → 5V, GND → GND
// Trig → Pin 9, Echo → Pin 10

const int TRIG_PIN = 9;
const int ECHO_PIN = 10;
const int LED_PIN = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 發送超聲波脈衝
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  // 讀取回波時間，單位微秒
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 60000);

  if (duration > 0) {
    // 計算距離：duration × 音速 / 2
    int distance = duration * 0.034 / 2;
    Serial.println(distance);

    // 距離門檻：30cm 以內就點亮 LED
    if (distance < 30 && distance > 2) {
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(LED_PIN, LOW);
    }
  }
  delay(100);
}

調整方式：修改 distance < 30 的數值，數字越大感測範圍越寬。光線不好的環境用 HC-SR04 比紅外線更穩定。

PIR 紅外線感測（HC-SR501）

偵測人體發射的紅外線熱源，範圍約 3 到 7 公尺，視角約 120 度。適合天花板安裝或大型空間。

典型情境：展場入口處有一個互動裝置，當參觀者走到距離 2 公尺內，裝置從休眠狀態醒來，開始展示動畫。

PIR 的問題是多個干擾源。冷氣出風口、日光直射、快速移動的窗簾，都會造成誤觸發。解決方式：用軟體過濾，連續偵測到訊號才觸發，而不是單次訊號就動作。

// PIR 紅外線感測加延遲消抖
// 用途：過濾快速變化的訊號，確認真的有人才動作

const int PIR_PIN = 7;
const int LED_PIN = 13;

int motion_count = 0;
const int TRIGGER_THRESHOLD = 3;  // 連續 3 次偵測到才觸發

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIR_PIN, INPUT);
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);
}

void loop() {
  int pir_state = digitalRead(PIR_PIN);

  if (pir_state == HIGH) {
    motion_count++;
    Serial.print("Motion detected: ");
    Serial.println(motion_count);

    if (motion_count >= TRIGGER_THRESHOLD) {
      // 確認有人，點亮 LED
      digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
      Serial.println("Confirmed: person present");
    }
  } else {
    motion_count = 0;
    digitalWrite(LED_PIN, LOW);
  }

  delay(200);
}

調整方式：如果環境有很多干擾，提高 TRIGGER_THRESHOLD。如果反應太慢，需要站著等 3 次偵測，降低數值。PIR 本身有可變電阻可以調整靈敏度和延遲時間，但那是固定參數，軟體過濾更彈性。

FSR 壓力感測（FSR-400 系列）

偵測按壓力度，適用近距離接觸。典型情境：展示台上有三個圓形按鈕，每個按下去代表不同的輸出模式。按「紅」切換成紅光，按「綠」切換成綠光。

FSR 不是開關，是類比輸入，可以偵測按壓的輕重。適合需要漸層回饋的設計，例如按越用力，馬達轉越快。

FSR 不是開關，是類比輸入，可以偵測按壓的輕重。適合需要漸層回饋的設計。以下是 FSR 搭配無源蜂鳴器的程式碼，輕按發出低音，重按發出高音。

// FSR 壓力感測基本模式
// 用途：按壓力度控制音調高低

const int FSR_PIN = A0;
const int BUZZER_PIN = 3;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int pressure = analogRead(FSR_PIN);

  if (pressure > 50) {
    // 力度映射到頻率：50-1023 映射到 200-800 Hz
    int freq = map(pressure, 50, 1023, 200, 800);
    tone(BUZZER_PIN, freq, 100);
  }
  delay(50);
}

調整方式：修改 map(pressure, 50, 1023, 200, 800) 的範圍參數，改變力度和音調的對應關係。如果想要更靈敏的設定，把 50 降低。

情境二：環境改變，裝置自動反應

環境感測：溫度、濕度、氣體

DHT22 溫濕度感測器

測量環境溫度和相對濕度，適合室內展示或小型環境監控。

典型情境：微型植物觀察箱內有兩個感測器。DHT22 測量溫度和濕度，當溫度超過 30°C，風扇自動開啟散熱。低於 18°C，加熱墊開始升溫。

DHT22 比 DHT11 精度高，但價格也貴約三倍。如果只是做「高於某溫度就觸發」的閾值判斷，DHT11 就夠用。

// DHT22 溫濕度感測加閾值觸發
// 用途：環境監控加簡單邏輯

#include <DHT.h>
#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
const int FAN_PIN = 6;
const int HEATER_PIN = 5;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  dht.begin();
  pinMode(FAN_PIN, OUTPUT);
  pinMode(HEATER_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 讀取需要 2 毫秒以上
  float temp = dht.readTemperature();
  float hum = dht.readHumidity();

  if (!isnan(temp) && !isnan(hum)) {
    Serial.print("Temp: ");
    Serial.print(temp);
    Serial.print(" C, Humidity: ");
    Serial.print(hum);
    Serial.println(" %");

    // 溫度閾值控制
    if (temp > 30) {
      digitalWrite(FAN_PIN, HIGH);
      digitalWrite(HEATER_PIN, LOW);
    } else if (temp < 18) {
      digitalWrite(FAN_PIN, LOW);
      digitalWrite(HEATER_PIN, HIGH);
    } else {
      digitalWrite(FAN_PIN, LOW);
      digitalWrite(HEATER_PIN, LOW);
    }
  }
  delay(2000);
}

調整方式：修改 30 和 18 這兩個閾值，適用不同的植物或物品保存需求。

MQ-2 氣體感測器

偵測 LPG、丙烷、沼氣、煙霧。適合有火源、燃料或封閉空間的互動裝置。

典型情境：展示區域擺放一個燃料博物館的小型情境模型。MQ-2 監測展示櫃內的氣體濃度，超過安全閾值時，警報燈亮起並發出聲響。

MQ 系列需要預熱。通電後等 1 到 2 分鐘，否則讀數不穩定。剛啟動時不要急著讀取感測值。

情境三：裝置給出可見、可聽的回饋

輸出模組：視覺、聽覺、動作

WS2812B 可程式化 RGB LED（NeoPixel）

不需要 PWM 頻率設定，單一訊號線就可以控制整條燈帶或矩陣。顏色、亮度、動畫效果全部可程式化。

典型情境：樓梯扶手互動牆。每一級階梯嵌有一顆 WS2812B LED。當人走樓梯時，LED 從底部往頂部依序亮起暖白光，就像路燈隨腳步點亮的感覺。

// WS2812B 基本彩虹動畫
// 用途：視覺回饋，適用於樓梯、牆面、互動展示

#include <Adafruit_NeoPixel.h>
#define LED_PIN    6
#define LED_COUNT 12

Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();
  strip.show();  // 初始關閉所有 LED
}

void loop() {
  rainbowCycle(20);  // 20 毫秒延遲等於慢速彩虹
}

// 彩虹環移動動畫
void rainbowCycle(uint8_t wait) {
  static uint16_t firstPixelHue = 0;

  for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {
    uint32_t pixelHue = firstPixelHue + (i * 65536L / strip.numPixels());
    strip.setPixelColor(i, strip.gamma32(strip.ColorHSV(pixelHue)));
  }
  strip.show();
  delay(wait);
  firstPixelHue += 256;
}

無源蜂鳴器 vs 有源蜂鳴器

如果需要聲音回饋，選有源蜂鳴器（內建震盪電路，給電就響）。選無源蜂鳴器（需要 PWM 訊號），可以發出不同音調。

典型情境：按壓力感測按鈕時，發出不同的確認音。輕按「嗶」，重按「嗶嗶」。無源蜂鳴器才能做到這個差異。

// 無源蜂鳴器發出不同音調
// 用途：按壓力大小給出不同音調確認

const int BUZZER_PIN = 3;
const int FSR_PIN = A0;

void setup() {
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int pressure = analogRead(FSR_PIN);

  if (pressure > 50) {
    int freq = map(pressure, 50, 1023, 200, 800);
    tone(BUZZER_PIN, freq, 100);  // 頻率根據按壓力度變化
  }
  delay(50);
}

SG90 微型舵機

旋轉角度可控，適合需要動作輸出的互動裝置，例如指針、閥門、小的機械臂。

典型情境：桌面有一個顯示「今天心情指數」的小型指針儀表。當環境噪音越大，指針向右偏轉。安靜時，指針回到中央。

注意：舵機啟動時會有瞬間電流，如果供電不足（USB 直接供電），可能造成 Arduino 自動重啟。大型舵機建議外接電源。

SG90 是力道可控的旋轉輸出，適合指針和小型機械動作。以下是 SG90 搭配聲音感測（以環境噪音大小控制舵機角度）的範例。

// SG90 微型舵機基本模式
// 用途：根據類比輸入控制舵機角度

#include <Servo.h>
#define SERVO_PIN 9
#define SENSOR_PIN A0

Servo myservo;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  myservo.attach(SERVO_PIN);
}

void loop() {
  int sensorVal = analogRead(SENSOR_PIN);
  // 將感測器讀數映射到舵機角度（0-180度）
  int angle = map(sensorVal, 0, 1023, 0, 180);

  myservo.write(angle);
  Serial.print("Sensor: ");
  Serial.print(sensorVal);
  Serial.print(" -> Angle: ");
  Serial.println(angle);

  delay(100);
}

調整方式：修改 map(analogVal, 0, 1023, 0, 180) 的最大值，改變舵機的旋轉範圍。如果舵機抖動，降低電壓或增加延遲。

模組選擇的核心思維：先情境，後規格

看完這三個情境，你會發現一件事。模組本身沒有最好或最厲害，只有這個情境適合不適合。

選擇超聲波（HC-SR04）：當你需要測量精確距離，在一定範圍內偵測障礙物，例如桌面互動、機器人避障。

選擇 PIR（HC-SR501）：當你需要偵測人體存在與否，覆蓋範圍大於 1 公尺，例如展場感應、自動化照明。

選擇 FSR（FSR-400）：當你需要接觸式偵測，按壓力大小作為輸入變數，例如按鈕墊、踏墊、力度控制。

選擇 DHT22：當你需要環境溫濕度數據作為觸發條件，例如植物箱、儲存櫃、數據記錄器。

選擇 WS2812B：當你需要漂亮的視覺效果、動畫、多色控制，例如牆面裝置、樓梯感應、氛圍燈。

選擇無源蜂鳴器：當你需要不同音調回饋、簡單的語音提示。

選擇 SG90：當你需要機械動作輸出，但力量要求不大（拉力小於 1.5kg/cm）。

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HC-SR04 超聲波感測器 — 測量距離，適合桌面互動

HC-SR501 PIR 紅外線感測器 — 人體紅外線偵測，適合展場和大型空間

FSR-400 壓力感測器 — 按壓力偵測，適合近距離接觸互動

DHT22 溫濕度感測器 — 環境監控，適合植物箱和數據記錄

WS2812B 可程式化 RGB LED 燈帶 — 視覺回饋，適合氛圍燈和牆面裝置

SG90 微型舵機 — 機械動作輸出，適合指針和小型機械臂

從選模組到完成原型：中間缺的那一步

這篇文章告訴你什麼情境選什麼模組，但從模組到一個真正的互動裝置，中間還有好幾步。

訊號處理的邏輯。Threshold 設多少，要不要加消抖。

Output 和 Input 的搭配方式。超聲波距離變化，LED 漸亮還是漸層閃爍。

供電設計。USB 供電穩定嗎，要不要外接電源。

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