HC-SR04超音波センサー：仕組みと主要応用
HC-SR04超音波センサーは、送信機と受信機を用いて距離を測定するコンパクトな非接触デバイスです。40 kHzパルスのエコー時間を計測することで、物体までの距離を高精度に算出します。動作範囲は2 cm〜400 cmで、ロボティクス、オートメーション、ホビープロジェクトに最適です。
ピン構成
- Vcc — 5 V電源。
- Trigger — 入力ピン。10 µsのHighパルスで測定開始。
- Echo — 出力ピン。超音波パルスが目標まで往復する間Highを維持。
- GND — グラウンド接続。
主な特徴
- 電源：5 V DC、動作電流15 mA、待機時<2 mA。
- 寸法：45 mm × 20 mm × 15 mm。
- 測定範囲：2 cm〜800 cm（実用的2〜400 cm）。
- 分解能：0.3 cm、精度±3 mm。
- 指向角：30°（実効<15°）。
- 周波数：40 kHz。
動作原理
HC-SR04は飛行時間（Time-of-Flight）原理で動作します。Triggerピンが10 µsのHighパルスを受けると、センサーは40 kHz音波を8サイクル放出。反射パルスが戻るとEchoピンがHighになります。トリガーからエコーまでの時間を半分にしたものが距離です：
S = (V × t)/2
ここでSは距離、Vは音速（20℃で約343 m/s）、tは往復時間です。
HC-SR04をArduinoに接続
典型的な配線：
- Vcc → 5 V (Arduino)
- Trig → デジタルピン 11
- Echo → デジタルピン 12
- GND → GND (Arduino)
ArduinoスケッチではpulseIn()関数でEchoパルス幅を読み取り、距離を計算できます。
一般的な応用
- ロボットの障害物検知と回避。
- ロボティクス、ドローン、自律走行車両の距離測定。
- タンク・容器の液面検知。
- タッチレス操作とジェスチャー認識。
- セキュリティシステムの近接アラーム。
- 非破壊検査と深度プロファイリング。
- 医療用超音波診断・画像（専用構成で）。
- 産業オートメーションとプロセス制御。
- 教育プロジェクトとSTEM学習。
まとめると、HC-SR04はシンプルなハードウェアとファームウェアで信頼性の高い正確な距離センシングを実現します。低コストと統合の容易さから、ホビーからプロフェッショナルまで幅広いプロジェクトの定番となっています。
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