超音波感測器可偵測距離，基於聲波傳播時間原理。HC-SR04模組的工作範圍為2到400公分，頻率為40Hz，並需適當的電壓轉換才能與樹莓派3連接。文中還提到的應用包括測速警報器和模擬聚光燈的裝置。

1. 超音波感測器
2018/5/31

2. 超音波
• 指高於人耳可聽見的最高頻率(20Hz至20,000 Hz)以上的聲波，被
用來偵測距離，其原理是計算發射超音波到接收超音波所需的時
間，即可算出超音波感測器到反射超音波物體之間的距離。
• 在溫度為0℃的空氣中，聲速為每秒331公尺，空氣的溫度愈高，
則聲速愈快；反之，則愈慢。且溫度每升降1℃，聲速即增減0.60
公尺/秒。
2

3. HC-SR04 超音波
超音波模組包含發射器、接收
器和控制電路。
工作頻率40Hz。
測量距離2 - 400公分。
測量角度15度。
測量距離精確度達0.3公分。
每次觸發產生音波至少要10us
的高電位訊號。
發射器 接收器
15度
RX
TX
3

4. HC-SR04 超音波
腳位標記 腳位功能描述
VCC 5V power supply
Trig Trigger Input pin
Echo Receiver Output pin
GND Power ground
4

5. 運作原理
Trig = HIGH Echo = LOW Echo = HIGH
5

6. 6
ATTENTION
物體傾斜會造成距離誤判
距離偵測不會造成誤判

7. 超音波運作時序圖
Echo Pulse Output
to User Timing Circuit
Sonic Burst
from Module
Trigger Input
to Module
10uS TTL
8 Cycle Sonic Burst
Input TTL Lever
Signal with a Range
in Proportion
7

8. 超音波測量距離

9. 9
ATTENTION
分壓電路：由於HC-SR04是以5V工作電壓而設計的感測器，而樹莓派
3的工作電壓是以3.3V為主，因此在Echo腳位的輸出則需進一步分壓後，
將5V降為3.3V，才能連接樹莓派3的數位輸入，以避免樹莓派3的損壞。

10. 10

11. Echo腳位 Vout
樹莓派GPIO腳位 Vin
R1
270 Ω
R2
470 Ω
約3.3V
0V

12. #觸發超音波感測器
#取得目前空氣溫度來計算超聲波傳送速度
#發出超聲波
#接收超聲波
12
7
12

13. 超音波測量速率

14. #觸發超音波感測器
#取得目前空氣溫度來計算超聲波傳送速度
14
7
12

15. #發出超聲波
#接收超聲波
#使用兩點距離與經過的時間差算出速率
15

16. 課後實作基本題：測速警報器
• 說明：利用課堂實作2的速率測量結合LED燈和喇叭來製作一個
簡易的測速警報器。
• 功能設定： 感測元件 觸發條件 觸發事件
超音波感測器
速率 >= 50 cm/s
• 閃爍LED燈
• 發出警報聲
速率 < 50 cm/s
• 不亮LED燈
• 關閉警報聲
16

17. 課後實作進階題：模擬聚光燈
• 說明：將超音波感測器量測到的距離與伺服馬達轉動的角度對應，
讓在伺服馬達上的LED燈隨時照射在移動物體上，類似聚光燈的
效果。
• 功能設定：
180度 0度
90度
17