Arduino近接センサー自作ガイド：IR/超音波モジュールで物体検知

Arduinoと赤外線（IR）または超音波モジュールを組み合わせれば、低コストで近接センサーが自作できます。人・ペット・小物の検知から、衝突防止・自動照明・セキュリティまで幅広く応用可能。本記事では、HC-SR04超音波センサーとIR近接モジュールの両方に対応した配線・コード・調整手順を解説します。

Arduino近接センサーとは

マイコンボードに距離測定モジュールを接続し、物体までの距離や接近を検知するシステムです。主な方式は2つ：

• 超音波（HC-SR04等）： 超音波パルスの往復時間で距離測定（2cm〜4m、精度約3mm）。指向性広め。
• 赤外線反射（GP2Y0A21YK等 / 安価なIRモジュール）： 赤外光の反射強度で距離推定（数cm〜80cm程度）。安価だが環境光・材質の影響大。

必要なハードウェア

• Arduino Uno / Nano / Pro Mini 等
• ブレッドボード、ジャンパー線
• 超音波センサー HC-SR04（推奨：安定・距離長）
  または IR近接モジュール（3ピン：VCC/GND/OUT）
• LED（検知表示用）、抵抗 220Ω〜1kΩ
• USBケーブル（書き込み用）

ピン接続（HC-SR04 超音波センサーの場合）

センサー	Arduino	備考
VCC	5V	5V駆動
GND	GND	共通グランド
Trig	D9（例）	トリガー出力
Echo	D10（例）	エコー入力（5V→3.3V分圧推奨）

3ピンIR近接モジュール（VCC/GND/OUT）の場合

• 茶色/赤：VCC → 5V
• 青/黒：GND → GND
• 黒/白：OUT → D2 等（デジタル入力）

※ モジュールにより配色異なるためデータシート確認必須。

製作手順

1. ブレッドボードに配線： 上記ピン表通りに接続。LEDはD13（オンボード兼用）または別ピンにアノード、カソード→抵抗→GND。
2. スケッチ書き込み： 後述のコードをArduino IDEで書き込み。
3. センサー配置： センサー正面に遮蔽物なく、検知エリアを確保。
4. キャリブレーション（重要）：
   • 超音波：温度補正・最小/最大距離クリッピング設定
   • IR：モジュール背面のポテンショメータで検知距離調整（時計回りで感度UP/距離延長傾向）
5. 動作確認： シリアルモニタ（9600bps）で距離値・検知状態を監視。物体を近づけ/離してLED点灯/消灯・数値変化を確認。

動作原理

超音波（HC-SR04）

1. Trigに10μs以上のHIGHパルス送信
2. モジュール内部で8回の40kHzパルスバースト送出
3. 物体で反射した超音波を受信 → EchoピンがHIGH期間＝往復時間
4. 距離 = (HIGH期間 × 音速340m/s) / 2 = HIGH期間(μs) / 58.2 (cm)

IR反射式

1. 内部IR LEDがパルス発光
2. 物体で反射した光をフォトトランジスタ/PSDで受光
3. 受光量（距離に反比例）をコンパレータで閾値判定 → デジタルOUT、またはADCでアナログ出力

サンプルコード

HC-SR04 超音波距離測定

const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
const int ledPin = 13;
const float threshold_cm = 30.0; // 検知閾値

void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);

  long duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 30000); // タイムアウト30ms(約5m)
  float distance = duration / 58.2;

  bool detected = (distance > 0 && distance < threshold_cm);
  digitalWrite(ledPin, detected);

  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(" cm | ");
  Serial.println(detected ? "DETECTED" : "CLEAR");
  delay(100);
}

IR近接モジュール（デジタル出力）

const int irPin = 2;
const int ledPin = 13;

void setup() {
  pinMode(irPin, INPUT);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  bool detected = (digitalRead(irPin) == LOW); // アクティブLOWの場合多い
  digitalWrite(ledPin, detected);
  Serial.println(detected ? "Object NEAR" : "Object FAR");
  delay(100);
}

主な活用例

1. 物体検知・カウント： コンベアライン、自動ドア、来客カウンター
2. 衝突防止・AGV/ロボット： 前方障害物検知で停止/回避
3. セキュリティ： 駐車場空き検知、侵入検知、自動照明
4. スマートフォンのジェスチャー/近接： 通話時の画面消灯等（近接センサー応用）
5. 液面/残量検知： タンク上部から超音波で液面距離測定

まとめ

Arduino近接センサーは、超音波（距離精度・範囲重視）かIR（低コスト・近距離）で使い分けが鉄則。配線・ライブラリ不要のシンプルコードで即動作確認でき、アイデア次第で多彩な応用が可能です。より高精度・長距離ならToF（Time-of-Flight）センサー（VL53L0X等）へのステップアップもおすすめ。ご質問・ご相談はお気軽に。