Arduino 自动垃圾桶（RBT 中三专题）：HC-SR04 + SG90 舵机接线与完整代码

中三 RBT 的自动垃圾桶，说穿了就是三个方块：HC-SR04 量出手的距离，Arduino Uno 拿这个距离跟一个阈值比较，SG90 舵机把桶盖抬起来。最常出问题的地方不是代码，而是电源。舵机直接从 Uno 的 5V 脚取电，桶盖就会抖，板子也会在示范到一半时自己重启。

做这个自动垃圾桶要准备什么？

这个作品完全不必动烙铁 —— 所有连接都靠杜邦线和一块面包板完成。

公头母头对不对得上，正是这个作品能不能免焊的关键。HC-SR04 露出来的是四支公针，所以要接公对母杜邦线的母头那一端 —— 那一端同时也充当延长线，让传感器可以装到桶的前面。SG90 舵机的线尾是一个黑色的三孔母座，所以插进去的是公对公杜邦线的公针。电池盒出来的则是多股软线、线头裸露：先把铜丝拧紧、再对折一次，然后才插进面包板的电源轨，不然细铜丝会散开、一拉就掉。这块 Uno 是用全尺寸 USB-B 口烧录的，所以要顺手带上一条 A 转 B 数据线；在 Arduino IDE 里开发板选 Arduino Uno，端口就选插上线之后才冒出来的那一个。

HC-SR04、Arduino 和舵机怎么组成输入—处理—输出？

HC-SR04 是输入方块。在 Trig 脚上给一个 10 微秒的脉冲，它就会发出一串 40kHz 的声波，接着把 Echo 脚拉高，并且维持高电平，长度正好等于声音来回一趟的时间。代码要做的，只是量这个脉冲有多宽。声音大约每秒走 343 米，也就是每微秒 0.0343 厘米；而这段时间涵盖的是去程加回程，所以距离 = 时间 × 0.0343 ÷ 2。房间热一些会让声速上升大约 2%，换算到 15cm 的阈值上只有 0.3cm —— 在这里无关痛痒。脉冲时序的其余细节，可以看我们那篇 HC-SR04 超声波传感器教程。

我们目前这一批 HC-SR04 的丝印把功能合并印在一起：Vcc、Trig_RX_SCL、Echo_TX_SDA、Gnd。多出来的那几个字是给别的通信模式用的，这个作品完全用不到 —— 第二支脚就当 Trig、第三支脚就当 Echo，跟任何一块 HC-SR04 一样。

SG90 舵机则是输出方块。它每 20 毫秒收到一个脉冲，而决定输出轴角度的是脉冲的宽度，不是电压，也不是电流。因为位置是以绝对角度下达的，所以桶盖要用的正是这颗 180° 舵机 —— 360° 那种是连续旋转舵机，只听得懂方向和速度，没办法把桶盖停在某个角度上。两者的差别写在我们的舵机 180°、270° 与 360° 区别那一篇。

夹在两者中间的就是处理方块 —— 阈值、读数确认、以及保持开启的计时 —— 这一段正好就是你 RBT 作业簿里「处理」那一栏要写的内容。

为什么舵机接在 5V 脚上，桶盖会抖、Uno 还会重启？

SG90 舵机里面是一颗普通的有刷直流电机加一组减速齿轮。在它刚要动起来的那一瞬间 —— 桶盖卡住时更严重 —— 转子还没转起来，没有反电动势去对抗电源，这时候流过的电流几乎只由线圈电阻决定。这就是启动涌流：一瞬间几百毫安，远高于它转起来之后的稳态电流。

再看这股电流得从哪里来。电脑的 USB 口额定 500mA，而 USB 电源进入 Uno R3 板子时还要先经过一颗 500mA 的自恢复保险丝 —— 它不是开关，而是一颗电流越大就越热、越热电阻就越高的元件，所以它的第一个效果不是断电，而是压降。空板本身已经吃掉大约 50mA，HC-SR04 再拿走 15mA 左右，剩下的连半安培都不到 —— 再加上 USB 线本身的电阻，舵机每一次涌流都会在电压还没送到板子之前就把电源轨拉下去。

抖动就是这样来的。但原因并不是舵机把自己的位置读错了。像 SG90 这类模拟舵机，内部的控制芯片自带一颗稳压器，专门给它自己的反馈电位器提供基准电压，而这个基准的设计目标就是在供电电压波动时仍然保持稳定；轴的位置也是以电阻的形式被读出来、再转换成脉冲宽度的，并不是拿原始电压去比。所以舵机不是糊涂了 —— 它是饿着了。电源轨塌下去等于扭力变小，轴到不了被要求的角度，误差一直存在，控制电路就一直驱动电机，电机也就一直拉电流。而每一个 20 毫秒的脉冲，都是在这条已经晃动、还叠着电机电刷噪声的电源轨上重新比较一次，于是驱动方向来回翻转 —— 你听到的嗡嗡声和抖动就是这么来的。挂在同一条轨上的 HC-SR04 读数也跟着跳；万一自恢复保险丝最终真的断开，Uno 会彻底断电，然后重新启动。

解法是把电源分开，而不是把角度调小或者把代码放慢。给舵机一路自己的电：四颗 AA 电池装进电池盒（四节串联，大约 6V，盒上自带 ON/OFF 开关）接到面包板的电源轨，舵机的红线和棕线就从这条轨上取电。这样一来，舵机的电流完全不再经过 Uno。

还有一条线绝对不能省：电池的 GND 必须接到 Uno 的 GND。舵机橙色线上的信号是电压，而电压只有相对于某个参考点才有意义。如果舵机的 0V 和 Uno 的 0V 从来没有在任何一点碰头，那 Arduino 送出去的「5V 脉冲」在舵机那一端就没有共同的参考，舵机要么完全不理它，要么随机抽搐。把两个 GND 接在一起，就是让两边对「零」有同一个定义。

千万别把这同一组 6V 电池接到 Uno 的 VIN 脚。这块板子的推荐输入是 7–12V，因为板上的稳压器需要一点余压才能工作；6V 已经贴在范围的底部，电池一旦变弱，5V 电源轨就会塌下来。也别图省事插到 5V 脚上：那支脚绕过了稳压器，直接通到 ATmega328P 的 VCC 引脚，而它的绝对最大额定值是 6.0V —— 比一组全新碱性电池的电压还低。Uno 请用 USB 供电 —— 上传代码时用笔电，要独立展示就用充电宝配那条 A 转 B 线。而四颗全新的碱性电池空载大约是 6.2–6.4V，略高于舵机 4.8–6V 的范围；一旦电机开始拉电流，电压就会掉回范围之内 —— 这也是为什么 4×AA 这个做法在每一张 RBT 桌子上都跑得动。想要全程都稳稳待在标称范围内，四颗 NiMH 充电电池（4 × 1.2V = 4.8V）才是照着规格书来的选择。

电路要怎么接？

接线之前先拔掉 USB，也把 AA 电池盒的开关关掉。这张表的最后一行 —— 共地 —— 正是最常被漏掉的一条。

从	接到	为什么
HC-SR04 Vcc（最外侧那一支）	Uno 5V	只有 15mA 左右 —— 挂在 USB 电源轨上很安全
HC-SR04 Trig（第二支）	Uno D7	Uno 由这里送出 10 µs 的触发脉冲
HC-SR04 Echo（第三支）	Uno D6	脉冲宽度 = 声音来回的时间
HC-SR04 Gnd（另一侧最外那一支）	Uno GND	Echo 信号的零参考点
舵机橙线	Uno D9	50 Hz 位置脉冲；这条线上的电流几乎是零
舵机红线	面包板 + 轨	电机的电流来自电池，不是来自 Uno
舵机棕线	面包板 − 轨	电机的回流路径
电池盒红线	面包板 + 轨	四节串联，大约 6V
电池盒黑线	面包板 − 轨	把电池这一路的回路接通
Uno GND（第二个 GND 脚）	面包板 − 轨	共地 —— 少了这条，舵机不是抽搐就是完全不动

自动垃圾桶的代码是怎么运作的？

有三个设计决定让这个桶盖稳得下来。阈值把原始数字变成一个是/否的判断。连续两次读数确认能挡掉偶发的乱数：从桶壁边缘反弹回来的回声有时候会提早回来，凭空造出一个很小的假距离。保持开启计时器则把「桶盖开着的时间」和「手还在不在」这两件事分开，这样桶盖不会砸在还悬在上面的手上，手正好停在阈值线上时也不会一开一关地跳个不停。

loop() 里面没有任何 delay()，所以桶盖开着的整段时间里传感器都还在读 —— 这正是每一次新的侦测都能把计时刷新的原因。这份 sketch 占用 4,738 字节，也就是 Uno 程序存储空间的 14%。

// 自动垃圾桶 - Arduino Uno 上的 HC-SR04 + SG90 舵机。
// loop() 里没有 delay()，所以桶盖开着的时候传感器仍然一直在读。

#include <Servo.h>

const uint8_t TRIG_PIN  = 7;   // HC-SR04 Trig
const uint8_t ECHO_PIN  = 6;   // HC-SR04 Echo
const uint8_t SERVO_PIN = 9;   // 舵机橙线（信号）

const int SUDUT_TUTUP = 10;    // 依你自己的拉杆长度微调
const int SUDUT_BUKA  = 90;

const long          AMBANG_CM    = 15;      // 比这个更近就开盖
const uint8_t       SAH_BERTURUT = 2;       // 连续两次读数才当真
const unsigned long SELANG_PING  = 60UL;    // 两次发射之间的间隔（旧回声要先散掉）
const unsigned long MASA_TAHAN   = 3000UL;  // 最后一次侦测之后盖子还开多久
const unsigned long MASA_GERAK   = 600UL;   // 留给舵机走完行程的时间
const unsigned long HAD_ECHO_US  = 25000UL; // 约 4.2 m 之后就不再等回声

Servo servoTutup;

bool tutupTerbuka  = false;
bool servoAktif    = false;
uint8_t kiraDekat  = 0;

unsigned long pingTerakhir  = 0;
unsigned long kesanTerakhir = 0;
unsigned long mulaGerak     = 0;

// 发射一串声波，并量出回声要多久才回来。
// 返回 -1 表示在时限内完全没有回声（前方是空的）。
long bacaJarakCm() {
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);          // 模块要求的 10 us 触发脉冲
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

  unsigned long tempoh = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, HAD_ECHO_US);
  if (tempoh == 0) return -1;

  // 声音约 343 m/s = 每 us 0.0343 cm，而这段时间
  // 涵盖了去程和回程，所以要除以二。
  return (long)(tempoh * 0.0343 / 2.0);
}

// 只有在舵机真的需要动的时候才 attach，这样盖子关着的期间
// 它就不会一直嗡嗡叫、一直吃电流。
void gerakTutup(int sudut) {
  if (!servoAktif) {
    servoTutup.attach(SERVO_PIN);
    servoAktif = true;
  }
  servoTutup.write(sudut);
  mulaGerak = millis();
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);

  gerakTutup(SUDUT_TUTUP);        // 开机就先回到关闭位置
  delay(MASA_GERAK);
  servoTutup.detach();
  servoAktif = false;

  Serial.println(F("Tong sampah automatik sedia."));
}

void loop() {
  unsigned long kini = millis();

  // 1. 输入 - 每隔 SELANG_PING 毫秒发射一次。
  if (kini - pingTerakhir >= SELANG_PING) {
    pingTerakhir = kini;
    long jarak = bacaJarakCm();

    if (jarak > 0 && jarak <= AMBANG_CM) {
      if (kiraDekat < SAH_BERTURUT) kiraDekat++;
    } else {
      kiraDekat = 0;              // 只要有一次读到远的，计数就归零
    }

    // 2. 处理 - 读数确认之后才做判断。
    if (kiraDekat >= SAH_BERTURUT) {
      kesanTerakhir = kini;       // 每一次确认都会刷新保持计时

      if (!tutupTerbuka) {
        tutupTerbuka = true;
        gerakTutup(SUDUT_BUKA);   // 3. 输出
        Serial.print(F("Buka pada "));
        Serial.print(jarak);
        Serial.println(F(" cm"));
      }
    }
  }

  // 只有在整整 MASA_TAHAN 都没有任何确认时才关盖。
  // 两个 unsigned long 相减，即使 millis() 溢出归零结果依然正确。
  if (tutupTerbuka && (kini - kesanTerakhir >= MASA_TAHAN)) {
    tutupTerbuka = false;
    kiraDekat = 0;
    gerakTutup(SUDUT_TUTUP);
    Serial.println(F("Tutup"));
  }

  // 盖子回到位之后就放开舵机。
  if (servoAktif && !tutupTerbuka && (kini - mulaGerak >= MASA_GERAK)) {
    servoTutup.detach();
    servoAktif = false;
  }
}

两次发射之间那 60 毫秒并不是随手挑的整数：上一串声波的回声还在房间里来回弹，如果太早触发下一次，旧回声就会被当成新的读数收进来。而盖子关好之后那一句 detach()，作用是停掉送往舵机的脉冲 —— 盖子是靠重力压着的，所以电机没必要在整段等待时间里一直嗡嗡作响、一直吸电池的电。

舵机和传感器要怎么装到真的垃圾桶上？

SG90 舵机在 4.8V 下的额定扭力是 1.3kg·cm。扭力等于力乘以半径，所以在离轴 2cm 的拉杆上，它大约能推 0.65kg —— 对付一个轻的塑料桶盖绰绰有余，而这也正是拉杆做得太长就会变得没力的原因。

我们这颗舵机是按舵机本体单卖的 —— 舵盘和螺丝并不在这个价格里面，所以拉杆请自己用雪糕棒或者硬塑料条做：钻一个比花键轴略小的孔，压进去让花键咬住，再用电工胶布在轴套外面绕一圈，免得拉杆自己滑脱。先上传代码，再装拉杆 —— sketch 一上电就会把舵机推到 SUDUT_TUTUP，所以要在盖子处于关闭位置的时候才装拉杆；否则舵机会去顶一个已经合上的盖子，那正是前面讲的堵转状态，会拉出那一波涌流。拉杆和桶盖之间用一根拉直的回形针连接，两端各弯一个小圈 —— 这根连杆必须能转动，因为死接的两端会互相锁住，把舵机卡死。舵机装在靠近铰链的位置；如果它在行程末端一直嗡嗡响，就把 SUDUT_BUKA 调小一点。

传感器装在哪里，决定了盖子还关不关得回去。把 HC-SR04 装在桶的前脸、朝外，大约在手的高度，并且确认盖子抬起来之后它看不到自己的盖子。电工胶布只能贴在传感器电路板的边缘；那两个银色圆筒的网面绝对不能遮 —— 声音就是从那里出去、再从那里回来的。

亲眼看看拉杆和传感器真正装到桶上的样子，会更好理解：

我们常看到的错误

把舵机接到 Uno 的 5V 脚。盖子抖、读数乱跳、板子自己重启，头号原因就是这个。把电源分开，然后接上共地。

传感器对着自己的盖子。盖子一抬起来就进了侦测锥，传感器于是不停读到很近的距离，盖子就永远开着。打开 Serial Monitor：如果明明没有手，读数却一直很小，原因就在这里。

拿 delay(3000) 当保持时间。那三秒里 Arduino 是瞎的 —— 它看不见又伸回来的手，于是盖子正好压在使用者的手上。用 millis() 计时就能解决。

买成 360° 舵机。它只会转，不会走到某个角度，所以盖子永远停不到正确的位置上。买的时候请认准 180° 那一款。

常见问题

自动垃圾桶的阈值距离设多少比较合适？

15cm 是很好的起点。HC-SR04 量不了比 2cm 更近的距离，所以阈值设得太小几乎不可能达到；设得太大则会变成有人走过就开盖。一边看 Serial Monitor 一边调 AMBANG_CM 就好。

为什么我的盖子一直开开关关？

因为手正好停在阈值线上，读数于是在范围内外之间来回跳。这份 sketch 里的 MASA_TAHAN 计时和 SAH_BERTURUT 计数就是为此而存在的；如果还是会发生，把 MASA_TAHAN 调大一些。

四颗 AA 电池可以顺便给 Arduino 供电吗？

不能走 VIN 脚。Uno 的推荐输入是 7–12V，而 6V 在这个门槛之下，电池一变弱 5V 电源轨就会塌。Uno 请用 USB 供电，AA 电池组只负责舵机。

HC-SR04 需要额外装库吗？

HC-SR04 不需要 —— pulseIn() 本来就内建在 Arduino 里。至于 Servo 库，那是 Arduino 官方自己的库；如果 IDE 报 Servo.h: No such file or directory，打开 Library Manager 搜 Servo，装一次就行。

这个作品适合中三的 RBT 作业簿吗？

适合 —— 它的结构本来就是输入—处理—输出，而且每一个方块都可以单独演示。想找同样结构的其他题目，可以看我们整理的RBT 电子专题项目清单。

最后更新：2026 年 8 月。有问题？WhatsApp 联系我们。