ServoRadar：Arduino 超声波雷达扫描系统

项目概述

本项目利用 Arduino UNO 驱动 SG90 舵机旋转 HC-SR04 超声波传感器，实现 0°~180° 扫描测距，并在串口监视器实时打印角度、距离及“物体检测”报警信息。原理类似雷达：超声波发射 8 个周期脉冲束，接收回波计算飞行时间换算距离；舵机以 1° 步长扫描，形成极坐标点云。适合初学者理解舵机控制、超声波测距、串口通信及简单数据可视化。

所需组件与物料

• Arduino UNO R3 × 1
• HC-SR04 超声波测距模块 × 1
• SG90 微型舵机 × 1
• 面包板 × 1
• 杜邦线若干

硬件接线表

核心代码逻辑

#include <Servo.h>
Servo myservo;
int angle = 0;
long duration;
int distance;
const int trigPin = 8;
const int echoPin = 11;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  myservo.attach(3);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  // 正向扫描 0° -> 180°
  for (angle = 0; angle <= 180; angle++) {
    myservo.write(angle);
    delay(15);  // 舵机到位延时
  }
  // 反向扫描 180° -> 0° (含测距)
  for (angle = 180; angle >= 0; angle--) {
    myservo.write(angle);
    delay(200);  // 稳定后测距
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(trigPin, HIGH);
    delayMicroseconds(10);  // 标准 10μs 触发脉冲
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
    distance = duration * 0.034 / 2;  // 声速 340m/s 换算 cm
    Serial.print("Angle: "); Serial.println(angle);
    Serial.print("Distance: "); Serial.println(distance);
    if (distance <= 10) Serial.println("Object detected!");
  }
}

关键参数与优化建议

数据可视化扩展

• Processing 绘图：串口读取 "Angle,Distance" 绘制极坐标雷达图，实时显示障碍物轮廓。
• Python + Matplotlib：plt.polar(theta, r) 绘制极坐标散点图，可保存历史帧生成动画。
• Serial Plotter：Arduino IDE 自带工具，直接绘制距离随角度变化曲线。

常见问题排查

• 距离读数为 0 或乱跳：检查 Echo 引脚接线、共地、供电纹波；加 100μF 电解电容跨接传感器 VCC-GND。
• 舵机抖动/卡顿：舵机峰值电流大，Arduino 5V 引脚限流约 400mA，必须外接 5V 电源并共地。
• 串口乱码：波特率统一 9600，避免中文注释编码问题。
• 盲区：HC-SR04 最近测距约 2cm，<2cm 读数不准。

进阶改进方向

• 双舵机实现俯仰 + 方位二维扫描 (3D 雷达)。
• 替换为 TF-Luna / TFmini Plus 激光雷达，精度 mm 级、范围 12m+。
• 加入 SLAM 算法 (如 Hector SLAM) 构建 2D 地图。
• 集成 ESP32 通过 WiFi 传输点云至 Web 端三维渲染。