【小学生の自由研究】初心者キットで作る「超音波で測る身長メーター」｜壁に貼って自分の背を測る装置

超音波センサーで自分の身長を測る装置を作ろう

夏休みの自由研究で、ちょっと変わったテーマがいいんだ。家で測れる物だと面白そうだなぁ。

じゃあ「超音波で測る身長メーター」はどう? 天井に貼って、下に立つだけで頭までの距離を測って身長を計算してくれるんだ。コウモリと同じ仕組みで動く、ちょっとカッコいい自由研究になるよ。

今回は、自由研究で電子工作をやりたい小学生のお子さんに向けて、初心者キットだけで作れる「超音波で測る身長メーター」を紹介します。

超音波センサーHC-SR04を天井に貼り付けて、その下に立ってもらうことで、頭までの距離を測って身長を計算する装置です。家族みんなの身長を測ってデータを集めれば、研究らしいレポートが書けます。

この記事で作るもの

超音波センサーで頭までの距離を測る
「天井までの高さ – 頭までの距離」で身長を計算
結果をシリアルモニタにcmで表示
LEDで「測定中」を知らせる

使う部品

部品	役割	個数
Arduino UNO R3	装置の頭脳	1
HC-SR04超音波センサー	距離を測る	1
LED	測定中の表示	1
抵抗330Ω	LEDを保護	1
ブレッドボード	配線をする台	1
ジャンパーワイヤー	つなぐ線	7〜8本

配線図

        a b c d e
       +─────────+
[+]rail| . . . . . | ← 5V (Arduino から)
[-]rail| . . . . . | ← GND (Arduino から)
       +─────────+
row 5  | X . . . . | ← HC-SR04 VCC ([+]rail)
row 7  | X . . . . | ← HC-SR04 Trig (D7)
row 9  | X . . . . | ← HC-SR04 Echo (D6)
row 11 | X . . . . | ← HC-SR04 GND ([-]rail)
row 15 | X . . . . | ← 330Ω 上足 (D13 から)
row 16 | X . . . . | ← 330Ω 下足+LED アノード
row 18 | X . . . . | ← LED カソード ([-]rail)
       +─────────+

部品同士のつながり

Arduino       HC-SR04
  5V   ────→   VCC
  D7   ────→   Trig (送信トリガ)
  D6   ←────   Echo (受信タイミング)
  GND  ←────   GND

超音波センサーは「ピッ」と音を送って、跳ね返ってくる時間で距離を計算する仕組みです。コウモリと同じ原理ですね。

プログラム

#define TRIG 7
#define ECHO 6
#define LED 13
#define MOUNT_HEIGHT_CM 250  // 床からセンサー面までの高さ (測って書き換える)

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  pinMode(LED, OUTPUT);
  Serial.println("身長メーター スタート!");
}

void loop() {
  digitalWrite(LED, HIGH);

  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);

  long duration = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000);
  if (duration == 0) {
    Serial.println("測定失敗");
    digitalWrite(LED, LOW);
    delay(1000);
    return;
  }

  float distanceCm = duration * 0.034 / 2;
  float heightCm = MOUNT_HEIGHT_CM - distanceCm;

  Serial.print("頭までの距離: ");
  Serial.print(distanceCm);
  Serial.print("cm  身長: ");
  Serial.print(heightCm);
  Serial.println("cm");

  digitalWrite(LED, LOW);
  delay(1000);
}

プログラムの動き

flowchart TD A[起動] --> B["LED点灯
測定中"] B --> C[超音波送信] C --> D[反射時間を測る] D --> E[距離を計算] E --> F["身長を計算
天井-距離"] F --> G[シリアル表示] G --> H[LED消灯] H --> I[1秒待つ] I --> B