HC-SR04超音波測距模組:自走車避障系統從零實作

自走車避障應該是Maker圈最經典的入門專案之一了,原理其實不難,重點反而是接線跟角度架設這些細節,今天把整套流程講清楚。

HC-SR04的量測原理

簡單講,Trig腳送出一個10微秒的高電位訊號,模組會發出超音波,碰到物體反射回來後Echo腳會輸出一個高電位,持續時間就是聲波來回的時間——距離=時間×音速/2。程式庫(NewPing或直接自己算pulseIn)都幫你包好了,不用自己算數學。

組裝建議

• 感測器建議裝在車頭正前方,搭配壓克力固定支架比較穩,如果直接用熱熔膠黏,車子晃動幾次角度就跑掉了
• 量測角度大概15度左右是盲區容易漏測的範圍,如果預算夠可以裝兩顆分別偏左右各15度,避障判斷會準很多
• 馬達驅動用L298N接雙TT馬達,PWM控速+方向控制一次到位,這顆模組電流承受夠大,新手不容易燒板

邏輯上很簡單:距離小於設定門檻(例如15公分)就停下來倒車+轉向,沒有障礙物就直走。真正難的地方反而是「轉多久算轉夠」這種要實際測試調參數的細節,建議先固定轉向時間寫死測試,跑順了再考慮加陀螺儀做精準轉向。

材料清單(BOM)

腳位接線對照表

📷 〔照片預留位:請在這裡插入實際接線/組裝照片〕

完整程式碼

// HC-SR04超音波避障自走車
#define TRIG_PIN 9
#define ECHO_PIN 10

#define ENA 5
#define ENB 6
#define IN1 2
#define IN2 3
#define IN3 4
#define IN4 7

const int STOP_DISTANCE = 15; // 公分,低於這個距離視為有障礙物
const int TURN_TIME = 400;    // 毫秒,轉向持續時間(依實際車體調整)

void setup() {
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(ENB, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
  pinMode(IN3, OUTPUT);
  pinMode(IN4, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

long readDistanceCm() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); // 30ms逾時,避免沒有回波時整個程式卡住
  if (duration == 0) return -1; // 沒有量到距離
  return duration * 0.0343 / 2; // 距離(公分) = 時間 * 音速 / 2
}

void goForward() {
  analogWrite(ENA, 200);
  analogWrite(ENB, 200);
  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW);
}

void goBackward() {
  analogWrite(ENA, 200);
  analogWrite(ENB, 200);
  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, HIGH);
  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);
}

void turnRight() {
  analogWrite(ENA, 180);
  analogWrite(ENB, 180);
  digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH);
}

void stopCar() {
  digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW);
  digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW);
}

void loop() {
  long distance = readDistanceCm();

  if (distance > 0 && distance < STOP_DISTANCE) {
    stopCar();
    delay(200);
    goBackward();
    delay(300);
    turnRight();
    delay(TURN_TIME); // 轉多久算轉夠,建議先固定時間測試,跑順了再考慮加陀螺儀
    stopCar();
  } else {
    goForward();
  }
}