學習目標
- ✓能分辨 VCC、TRIG、ECHO、GND 四個腳位的用途。
- ✓能在桃園版 Blockly 設定 TRIG 與 ECHO 腳位。
- ✓能用序列埠觀察距離數值，並判斷異常讀值。
- ✓能解釋距離公式為什麼要除以 2。
TEMPLATE 01 · 樣板確認中
SENSOR / ULTRASONIC
HC-SR04 超音波距離感測器讓機器用回聲看見距離
HC-SR04 先發出超音波，再量測聲波碰到物體後返回的時間。這一課使用桃園版 Blockly 的實際積木，把距離值顯示在序列埠監控視窗。
入門1 節課（45–50 分鐘）Arduino UNO
48.6CM
SIGNAL STABLEHC-SR04
VCC / 5VTRIG / D7
01 / PREPARE
課前準備
先確認這一課要學會什麼，以及桌面上需要哪些材料。
材料清單
1Arduino UNO 相容控制板本篇接線與腳位以 UNO 為準
1HC-SR04 超音波感測器確認板上標示 VCC／TRIG／ECHO／GND
4公對母杜邦線顏色不同較容易檢查
1USB 資料線需可傳輸資料，不只是充電線
02 / HOW IT WORKS
HC-SR04 超音波距離感測器如何運作？
控制板送出短暫的觸發訊號後，模組會發射一串 40 kHz 超音波。ECHO 腳位維持高電位的時間，代表聲波往返物體所花的時間。
觸發
TRIG 維持高電位至少 10 微秒，要求模組開始量測。
發射
模組送出人耳聽不到的 40 kHz 超音波。
反射
聲波碰到物體後返回接收端，ECHO 脈波長度記錄往返時間。
換算
程式以聲速換算距離，並除以 2 取得單程距離。
DISTANCE FORMULA距離（cm）＝ ECHO 時間（μs）× 0.0343 ÷ 2
0.0343 cm/μs 是約略聲速；除以 2 是因為聲波走了去程與回程。
03 / WIRING
接線配置
以下採用 Arduino UNO；積木參數必須與實際接線相同。
MODULEHC-SR04VCCTRIGECHOGND
CONTROLArduino UNO5VD7D8GND
| 模組腳位 | 接到控制板 | 訊號方向 | 檢查重點 |
|---|---|---|---|
| VCC | 5V | 電源 | HC-SR04 使用 5V 供電 |
| TRIG | D7 | 控制板輸出 | 對應積木的 TRIG 7 |
| ECHO | D8 | 控制板輸入 | 對應積木的 ECHO 8 |
| GND | GND | 共同接地 | 未共地會造成讀值不穩 |
✓ WIRING ROWS ALIGNED
已將 4 條線路依同一筆資料逐列對齊；電壓仍須依手上模組版本確認。
04 / BLOCK GUIDE
本課會用到的積木
積木名稱與型別以桃園版 Blockly 現行程式為準，不以通用積木替代。
啟動序列埠 鮑率 9600
BLOCK 01
arduino_serial_begin啟動序列埠 鮑率 9600
設定控制板與電腦的通訊速度，放在程式開始區。
位置：通訊 → 序列埠- 鮑率
- 9600序列埠監控視窗也要選相同速度。
超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）
BLOCK 02
arduino_ultrasonic超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）
送出觸發脈波、讀取 ECHO 時間並回傳公分數值。這是有回傳值的積木，要嵌入需要數字的插槽。
位置：感測器 → 距離感測器 → 超音波（HC-SR04）- TRIG
- 7必須和接線的 D7 相同。
- ECHO
- 8必須和接線的 D8 相同。
序列埠 印出並換行 [距離值]
BLOCK 03
arduino_serial_print序列埠 印出並換行 [距離值]
把超音波積木回傳的數值送到電腦，方便觀察與除錯。
位置：通訊 → 序列埠等待 100 毫秒時間 100 ms
BLOCK 04
arduino_delay等待 100 毫秒
控制量測頻率，避免序列埠訊息更新太快。
位置：時間- 時間
- 100 ms每秒約更新 10 次，適合課堂觀察。
LEGACY COMPATIBILITY
分類資料同時保留舊版 ultrasonic_distance 與現行 arduino_ultrasonic。本篇主範例採現行積木；開啟舊專案時仍可辨識舊版型別。
05 / BLOCK EXAMPLE
範例 1｜在序列埠連續顯示距離
移動手掌靠近或遠離感測器，監控視窗中的公分數值會跟著變化。
桃園版 BLOCKLY / WORKSPACE● BLOCK STYLE
Arduino 程式
初始化
啟動序列埠 鮑率 9600
arduino_serial_begin重複執行
序列埠 印出並換行
arduino_serial_print超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）
arduino_ultrasonic等待 100 毫秒時間 100 ms
arduino_delayX / 010Y / 024
組合步驟
啟動通訊
把「啟動序列埠 9600」放進開始區。
為什麼：只需要初始化一次，不要放在重複區。建立輸出
把「序列埠 印出並換行」放進重複區。
為什麼：每輪會送出一筆新數值，換行後比較容易閱讀。嵌入感測值
將「超音波距離 TRIG 7 ECHO 8」塞進序列埠積木的數值插槽。
為什麼：超音波積木是數值積木，不能單獨接在上下堆疊中。控制更新速度
在輸出積木下方接上「等待 100 毫秒」。
為什麼：保留穩定觀察時間，也避免訊息塞滿監控視窗。上傳並觀察
上傳後打開序列埠監控視窗，速度設為 9600。
為什麼：鮑率不一致時，文字可能變成亂碼。積木使用重點先辨認積木是「回傳值」還是「執行動作」，再放到正確的拼接位置。
arduino_ultrasonic：送出觸發脈波、讀取 ECHO 時間並回傳公分數值。這是有回傳值的積木，要嵌入需要數字的插槽。
EXAMPLE DOWNLOAD下載後即可練習
下載桃園版 Blockly 專案或對應的文字程式。
預期觀察結果
| 測試情境 | 可能讀值 | 判讀 |
|---|---|---|
| 手掌正對感測器約 10 cm | 約 9–12 cm | 可接受少量波動 |
| 手掌逐漸遠離 | 數值逐漸增加 | 感測方向與程式正常 |
| 前方沒有可反射物 | 可能出現 -1 或異常值 | 逾時，並非距離為負數 |
06 / CODE EXPLAINED
範例程式逐段解說
這段程式把「HC-SR04 超音波距離感測器」的實體接線、桃園版 Blockly 積木與 Arduino 執行流程接在一起。先對照腳位，再看初始化、讀值、輸出與等待的順序；每一步都可以回到本頁的積木範例實測。
GENERATED LOGIC / EXCERPT積木背後的程式碼收合程式碼 −
TAOYUAN BLOCKLY / ARDUINO C++READ ONLY
float readUltrasonicCm(int trigPin, int echoPin) {
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
unsigned long duration = pulseIn(echoPin, HIGH, 30000);
if (duration == 0) return -1;
return duration * 0.0343 / 2.0;
}SELF STUDY GUIDE先看哪一段、為什麼？
先載入函式庫與建立裝置
// HC-SR04 超音波距離感測器 library函式庫提供桃園版 Blockly 產生器所需的底層功能；若這裡的函式庫或物件名稱不對，後面的 arduino_ultrasonic 就算接線正確也無法使用。
把程式腳位對回接線表
pinMode(trigPin, OUTPUT);本頁接線是 VCC → 5V、TRIG → D7、ECHO → D8、GND → GND。程式常數、積木欄位與實體線材必須使用同一組設定；若改了其中一邊，另外兩邊也要一起改。
在 setup 只做一次初始化
void setup() {啟動序列埠、I²C／UART 或感測器初始化通常只需要做一次，所以要放在「初始化」區，不要每一圈重複建立裝置。這也對應範例中的啟動積木。
在 loop 更新並取得資料
float readUltrasonicCm(int trigPin, int echoPin) {重複執行區先讓感測器更新，再讀取 超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）。若元件有 data ready、可用性或逾時條件，先判斷狀態再使用數值，避免把無效資料當成真實測量。
輸出結果並控制取樣速度
delayMicroseconds(2);先把原始值、單位或狀態送到序列埠，才能和預期結果比較；等待時間則決定更新速度。若看到亂碼，先檢查鮑率；若數值跳動，先增加合理的取樣間隔或做校正。
自學檢查
- 實體接線：VCC → 5V、TRIG → D7、ECHO → D8、GND → GND。
- 主要積木：arduino_ultrasonic；先確認它是回傳值還是執行動作。
- 本課板子：Arduino UNO；更換控制板或模組版本時，電壓、腳位與函式庫都要重新確認。
07 / DEBUG
常見問題與故障排除
先從「電源、接線、腳位、物體」四個方向檢查，再修改程式。
一直顯示 -1
先檢查：確認 ECHO 是否接到 D8，感測器前方是否有平整物體。
處理方式：重新插緊杜邦線，讓紙板或手掌正對兩個圓形探頭。
數值固定不變
先檢查：確認 TRIG、ECHO 沒有接反，積木腳位是否為 7、8。
處理方式：逐線比對接線表，再重新上傳程式。
數值跳動很大
先檢查：檢查物體角度、材質與量測間隔。
處理方式：改用平整硬紙板，正對探頭並保留 100 ms 等待。
監控視窗是亂碼
先檢查：檢查程式與監控視窗的鮑率。
處理方式：兩邊都設為 9600。
08 / NEXT MISSION
延伸挑戰
從顯示數值，逐步走向條件判斷、燈號回饋與雷達專題。
距離警戒線
題目：加入判斷積木：距離小於 15 cm 時顯示「太近」。
解題方向
這題要延伸「超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。把結果接到題目指定的輸出元件。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 arduino_ultrasonic，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「加入判斷積木：距離小於 15 cm 時顯示「太近」。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
三段式提示
題目：把距離分成近、中、遠三段，控制紅、黃、綠 LED。
解題方向
這題要延伸「超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。把結果接到題目指定的輸出元件。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 arduino_ultrasonic，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「把距離分成近、中、遠三段，控制紅、黃、綠 LED。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
雷達掃描器
題目：加入伺服馬達，記錄不同角度的距離資料。
解題方向
這題要延伸「超音波距離 TRIG 7 ECHO 8（公分）」的基本讀值：先保留已驗證的接線與初始化，再把題目要求的資料處理加在重複執行區。把結果接到題目指定的輸出元件。
- 先匯入本頁 Blockly 範例，確認感測器在沒有加入挑戰功能時能穩定讀值。
- 保留 arduino_ultrasonic，先把讀值送到序列埠，建立正常範圍或基準值。
- 依題目「加入伺服馬達，記錄不同角度的距離資料。」加入比較、分類、累計或時間判斷；門檻要用實測資料決定，不要直接猜一個數字。
- 用至少三種不同情境測試，記錄輸入、程式判斷與輸出結果，再修正門檻或取樣間隔。
教師快速檢核4 POINT CHECK
- □ 學生能在不看答案時完成四條接線。
- □ 學生能說明 TRIG 是輸出、ECHO 是輸入。
- □ 學生能指出積木中的 7、8 必須與實際接線一致。
- □ 學生能用序列埠讀值判斷至少一種故障原因。
09 / EVIDENCE資料來源與版本展開查看 ＋
sensor-taxonomy.ts、custom-blocks.ts、arduino-generator.ts桃園版 Blockly 現行程式
LOCAL確認分類、積木型別、預設腳位、逾時與距離換算邏輯。
HC-SR04 Ultrasonic Module User GuideELECFREAKS
↗官方教學確認 5V 供電、10 μs 觸發、40 kHz、量測範圍與腳位定義。
Ping Ultrasonic Range FinderArduino Docs
↗官方教學參考 Arduino 官方的超音波回波時間教學脈絡。
Ultrasonic sensor with Arduino — Complete GuideArduino Project Hub
↗參考入門實作、序列埠觀察與距離警報延伸方式。