Arduino HC-SR04 超音波レーダー：サーボ＋Processingでリアルタイム可視化

必要な部品と材料

Arduino UNO	×1
超音波距離センサ HC-SR04	×1
サーボモータ（SG90等、標準サイズ）	×1
ブレッドボード & ジャンパーワイヤー	適宜

プロジェクト概要

HC-SR04超音波センサをサーボモータで水平にスキャンさせ、距離データをシリアル通信でPCへ送信。PC側でProcessingを用いてレーダー画面風にリアルタイム描画するプロジェクトです。往年のレーダースコープのようなビジュアルで、周囲の障害物分布を直感的に把握できます。

システム構成

• Arduino側（送信側）：サーボを往復駆動（-80°〜+80°、1°刻み）、各角度でHC-SR04から距離を取得し、「角度,距離」形式でシリアル出力（9600bps）
• Processing側（受信・描画側）：シリアルポートからデータを読み取り、極座標→直交座標変換して画面上にプロット。往路・復路の2回測定値を平均化して表示

Arduinoコード（送信側）

NewPingライブラリとServoライブラリを使用。NewPingはパルス幅測定をラップし、簡潔に距離（cm）を取得できます。

/* HC-SR04 Radar Screen Visualisation
   Sends angle,distance via Serial for Processing */
#include <NewPing.h>
#include <Servo.h>

#define TRIGGER_PIN  2
#define ECHO_PIN     3
#define MAX_DISTANCE 150   // 最大測定距離 cm
#define SERVO_PWM_PIN 9
#define ANGLE_BOUNDS 80    // ±80°
#define ANGLE_STEP   1     // 1°刻み

int angle = 0;
int dir = 1; // 1:正方向, -1:逆方向
Servo myservo;
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

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

void loop() {
  delay(50); // サーボ安定待ち
  // サーボ角度指令（0〜180°に正規化）
  myservo.write(angle + ANGLE_BOUNDS);
  // 距離測定 & シリアル送信
  getDistanceAndSend2Serial(angle);

  // 角度更新・反転判定
  if (angle >= ANGLE_BOUNDS || angle <= -ANGLE_BOUNDS) dir = -dir;
  angle += dir * ANGLE_STEP;
}

int getDistanceAndSend2Serial(int angle) {
  int cm = sonar.ping_cm(); // cm単位で距離取得（0=範囲外/エラー）
  Serial.print(angle, DEC);
  Serial.print(",");
  Serial.println(cm, DEC);
}

Processingコード（受信・描画側）

GitHubリポジトリに完全なコードがあります（リンク）。主な処理は以下の通り。

• シリアルポートを開き、カンマ区切りで角度・距離をパース
• 角度をラジアン変換し、x = r * cos(θ), y = r * sin(θ)で画面座標へ
• 往路・復路それぞれのスイープで描画色を変え、重ね合わせで平均化効果を演出
• 画面中心から円弧状にグリッド線・目盛りを描画し、レーダー風UIを構築

配線図

• HC-SR04: VCC→5V, GND→GND, Trig→D2, Echo→D3
• サーボ: 赤→5V, 茶/黒→GND, オレンジ/黄→D9（PWM）
• ※サーボ駆動時の電流変動でArduinoがリセットされる場合、サーボ電源を外部5V（大容量）から取るか、電源ラインに大きめの電解コンデンサ（470µF以上）を追加してください

拡張アイデア

• 測定角度範囲・ステップ角の変更（広角・高分解能化）
• 複数センサの融合（前方＋側方など）
• Processing側で障害物検出・アラート機能追加
• Bluetooth/Wi-Fiモジュール追加でワイヤレス化

まとめ

超音波センサとサーボ、PCの組み合わせで手軽に「レーダー」を体験できる好例です。Arduino側はセンサ驱動とデータ送信に専念し、重い描画処理はPCのProcessingに任せるという役割分担が明確で、拡張性も高い構成です。ロボットの環境認識や、駐車支援シミュレーションの教材としても活用できます。