Arduino 超声波雷达：HC-SR04 + 舵机 + Processing 可视化全攻略

项目概述

经典入门级雷达项目：HC-SR04 超声波测距 + SG90 舵机扫描（15°~165°），Arduino 采集角度与距离经串口发送，Processing 绘制绿色扫描线、同心圆弧、红色目标点、实时角度/距离文本，酷似军用雷达屏幕。

硬件清单

• Arduino Uno / Nano
• HC-SR04 超声波模块
• SG90 / MG90S 微型舵机
• 面包板、杜邦线、纸板/3D 打印支架（将超声波模块固定在舵机臂上）

电路连接

• HC-SR04：Trig → D10，Echo → D11，VCC/GND → 5V/GND
• 舵机信号线 → D12，电源并联 5V/GND（建议外接舵机供电，防止 Arduino 复位）

Arduino 端代码

舵机往返扫描，每度测一次距离，格式 角度,距离. 发送（逗号分隔、句点结束），便于 Processing 解析。

#include <Servo.h>
const int trigPin = 10, echoPin = 11;
long duration; int distance;
Servo myServo;

void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  myServo.attach(12);
}

void loop() {
  // 15° -> 165°
  for (int i = 15; i <= 165; i++) {
    myServo.write(i); delay(30);
    distance = calculateDistance();
    Serial.print(i); Serial.print(","); Serial.print(distance); Serial.print(".");
  }
  // 165° -> 15°
  for (int i = 165; i > 15; i--) {
    myServo.write(i); delay(30);
    distance = calculateDistance();
    Serial.print(i); Serial.print(","); Serial.print(distance); Serial.print(".");
  }
}

int calculateDistance() {
  digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2; // 声速 340m/s，单位 cm
  return distance;
}

Processing 端可视化核心

坐标系与缩放

屏幕中心底部 (960,1000) 为雷达原点（1920×1080 分辨率）。扫描半径 950px 对应 40cm 量程，像素折算系数 pixsDistance = iDistance * 22.5。

核心绘图函数

// 雷达背景：同心圆弧 + 角度径向线
void drawRadar() {
  pushMatrix(); translate(960, 1000);
  noFill(); strokeWeight(2); stroke(98, 245, 31);
  arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI); // 40cm
  arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI); // 30cm
  arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI); // 20cm
  arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);   // 10cm
  // 角度线 0,30,60,90,120,150,180
  line(-960,0,960,0);
  line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
  ...
  popMatrix();
}

// 扫描线
void drawLine() {
  pushMatrix(); strokeWeight(9); stroke(30,250,60);
  translate(960,1000);
  line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle)));
  popMatrix();
}

// 目标点（红色线段从目标处延伸至最大半径）
void drawObject() {
  pushMatrix(); translate(960,1000);
  strokeWeight(9); stroke(255,10,10);
  pixsDistance = iDistance * 22.5;
  if (iDistance < 40) {
    line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)), -pixsDistance*sin(radians(iAngle)),
         950*cos(radians(iAngle)), -950*sin(radians(iAngle)));
  }
  popMatrix();
}

// 文本信息
void drawText() { ... }

串口解析 serialEvent()

void serialEvent(Serial myPort) {
  data = myPort.readStringUntil('.');
  data = data.substring(0, data.length()-1);
  index1 = data.indexOf(',');
  angle = data.substring(0, index1);
  distance = data.substring(index1+1);
  iAngle = int(angle); iDistance = int(distance);
}

主循环 draw()

void draw() {
  fill(98,245,31); textFont(orcFont);
  // 残影效果：半透明黑矩形覆盖上部区域
  noStroke(); fill(0,4); rect(0,0,width,1010);
  fill(98,245,31);
  drawRadar(); drawLine(); drawObject(); drawText();
}

自适应分辨率版本（推荐）

文末提供 通用版代码，所有坐标、半径、字体位置均用 width、height 相对计算，仅需修改 size(你的宽, 你的高) 即可适配任意屏幕。核心改动示例：

translate(width/2, height - height*0.074); // 雷达原点
arc(0,0, width-width*0.0625, ..., PI, TWO_PI); // 最外弧
pixsDistance = iDistance * ((height-height*0.1666)*0.025); // 动态折算

常见问题排查

• 串口乱码/卡顿：波特率一致、Processing 端口号正确、bufferUntil('.') 与 Arduino 发送末尾句点匹配。
• 测距跳变：超声波受多径反射影响，可在 calculateDistance() 中加中值滤波（连续取 3~5 次中位值）。
• 舵机抖动：供电不足，外接 5V/1A 以上电源，舵机电源地与 Arduino 共地。
• 显示区域被切：使用自适应版代码，或手动调整 translate、arc 半径参数。

完整 Processing 代码（含固定分辨率版与自适应版）已在文末给出。下载运行，即刻拥有专属桌面雷达！