Thước đo khoảng cách siêu âm hiện số trên màn OLED

Nguyên lý hoạt động

ESP32 phát một xung 10 micro giây ra chân TRIG; HC-SR04 bắn 8 chu kỳ siêu âm 40kHz rồi kéo chân ECHO lên cao đúng bằng thời gian sóng đi và về. Khoảng cách = thời gian × 343m/s ÷ 2, tức là chia cho 58 để ra centimet. Chân ECHO xuất mức 5V trong khi ESP32 chỉ chịu 3,3V, nên bắt buộc phải có cầu chia áp: 1kΩ nối tiếp rồi 2kΩ xuống mát kéo 5V xuống khoảng 3,1V — vẫn thừa ngưỡng nhận mức cao của ESP32. Màn OLED chạy I2C ở 3,3V nên nối thẳng vào GPIO21 (SDA) và GPIO22 (SCL). Code đo 5 lần rồi lấy giá trị giữa (trung vị) để bỏ các lần dội sai, nhờ vậy số không nhảy loạn. Nút ở GPIO19 dùng trở kéo lên trong chip: bấm nhanh để giữ/thả số đo, giữ 1,5 giây để đổi cm sang inch.

Sơ đồ đấu dây

Mỗi màu là một dây. Chấm tròn là điểm hàn. Chạm vào tên dây trong bảng để làm nổi bật.

Danh sách linh kiện

Các bước làm

1. Chuẩn bị
   Mỏ hàn, thiếc, board lỗ 7×9cm, header cái 15 chân ×2, dây cái-đực, cáp USB có dây dữ liệu.
2. Gắn ESP32
   Hàn 2 hàng header cái 15 chân lên board rồi cắm ESP32 vào.
3. Nối màn OLED
   OLED 4 chân: GND → GND, VCC → chân 3V3 của ESP32 (KHÔNG phải VIN), SCL → GPIO22, SDA → GPIO21.
4. Cấp nguồn cho cảm biến
   HC-SR04 cần đúng 5V: VCC → chân VIN của ESP32 (chân này là 5V lấy từ cổng USB), GND → GND.
5. Nối chân TRIG
   GPIO5 → TRIG, nối thẳng. Cảm biến nhận mức cao từ 2V nên 3,3V của ESP32 là đủ.
6. Hàn cầu chia áp cho ECHO
   Đây là bước quan trọng nhất: ECHO → R1 1kΩ → điểm giữa; từ điểm giữa nối R2 2kΩ xuống GND; cũng từ điểm giữa kéo một dây về GPIO18. Tuyệt đối không nối thẳng ECHO vào ESP32.
7. Hàn nút nhấn
   Một chân nút về GPIO19, chân chéo góc về GND. Đo thang thông mạch để chọn đúng cặp chân chỉ kêu khi nhấn.
8. Kiểm tra trước khi cắm điện
   Thang thông mạch: giữa VIN và GND, giữa 3V3 và GND đều không được kêu. Đo điện trở từ GPIO18 xuống GND phải khoảng 2kΩ.
9. Nạp code
   Arduino IDE 2, board "DOIT ESP32 DEVKIT V1". Library Manager cài: Adafruit SSD1306 và Adafruit GFX Library. Mở dist_meter.ino → Upload. Lỗi kết nối thì giữ nút BOOT lúc thấy "Connecting…".
10. Dùng thử
    Hướng mặt cảm biến vuông góc với vật cần đo. Vật nhỏ hơn 10cm hoặc bề mặt mềm (rèm, áo) hấp thụ sóng nên đo không chuẩn. Dùng thước dây so lại ở 30cm và 1m; sai số thường dưới 1cm.

Code nạp cho mạch

Cài thư viện: Adafruit SSD1306, Adafruit GFX Library (Arduino IDE → Library Manager). Chọn board DOIT ESP32 DEVKIT V1.

/*
  Mạch Gọn — Thước đo khoảng cách siêu âm (ESP32 + HC-SR04 + OLED SSD1306)
  Thư viện: Adafruit SSD1306, Adafruit GFX Library
  Chân : GPIO5 -> TRIG ; ECHO -> 1kΩ -> GPIO18, có 2kΩ xuống GND (BẮT BUỘC)
         GPIO21 SDA, GPIO22 SCL -> OLED 3V3 ; GPIO19 nút nhấn về GND
*/
#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// ---------- Cấu hình ----------
const uint8_t PIN_TRIG = 5, PIN_ECHO = 18, PIN_NUT = 19;
const float BU_TRU_CM      = 0.0;      // cộng/trừ bù sai số cố định (cm)
const float XA_NHAT_CM     = 300.0;    // quá số này coi như không thấy vật
const float GAN_NHAT_CM    = 2.0;      // HC-SR04 không đo nổi gần hơn
const uint32_t CHU_KY_MS   = 200;      // nhịp đo
const uint32_t HET_GIO_US  = 25000;    // chờ xung dội tối đa (~4m)
const uint32_t GIU_DOI_DV_MS = 1500;   // giữ nút bao lâu thì đổi cm/inch

Adafruit_SSD1306 man(128, 64, &Wire, -1);
bool manOk = false;

float khoangCach = NAN, ganNhat = 9999, xaNhat = 0;
bool dungDonViInch = false, dangGiuSo = false, daDoiDonVi = false, nutDangNhan = false;
float soDaGiu = NAN;
uint32_t mocDo = 0, mocNhanNut = 0;

// Một lần đo: trả về cm, NAN nếu không có xung dội
float doMotLan() {
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(3);
  digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  uint32_t us = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, HET_GIO_US);
  if (us == 0) return NAN;
  float cm = us / 58.0 + BU_TRU_CM;
  if (cm < GAN_NHAT_CM || cm > XA_NHAT_CM) return NAN;
  return cm;
}

// Đo 5 lần lấy giá trị giữa để bỏ lần dội sai
float doTrungVi() {
  float m[5];
  uint8_t n = 0;
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    float v = doMotLan();
    if (!isnan(v)) m[n++] = v;
    delay(12);
  }
  if (n == 0) return NAN;
  for (uint8_t i = 1; i < n; i++) { float k = m[i]; int8_t j = i - 1; while (j >= 0 && m[j] > k) { m[j + 1] = m[j]; j--; } m[j + 1] = k; }
  return m[n / 2];
}

void veMan() {
  if (!manOk) return;
  man.clearDisplay();
  man.setTextColor(SSD1306_WHITE);

  man.setTextSize(1);
  man.setCursor(0, 0);
  man.print(dangGiuSo ? F("DANG GIU SO") : F("Khoang cach"));

  float hien = dangGiuSo ? soDaGiu : khoangCach;
  man.setTextSize(3);
  man.setCursor(0, 16);
  if (isnan(hien)) man.print(F("--.-"));
  else man.print(dungDonViInch ? hien / 2.54 : hien, 1);
  man.setTextSize(1);
  man.setCursor(104, 30);
  man.print(dungDonViInch ? F("in") : F("cm"));

  // thanh mức 0..100cm
  man.drawRect(0, 44, 128, 8, SSD1306_WHITE);
  if (!isnan(hien)) {
    int w = (int)(hien > 100 ? 126 : hien * 1.26);
    if (w > 0) man.fillRect(1, 45, w, 6, SSD1306_WHITE);
  }

  man.setCursor(0, 56);
  if (ganNhat < 9999) { man.print(F("gan ")); man.print(ganNhat, 0); man.print(F("  xa ")); man.print(xaNhat, 0); man.print(F(" cm")); }
  else man.print(F("Chua co so do"));
  man.display();
}

void setup() {
  pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
  pinMode(PIN_NUT, INPUT_PULLUP);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println(F("Mach Gon - thuoc do khoang cach sieu am"));

  Wire.begin(21, 22);
  for (uint8_t a = 0x3C; a <= 0x3D && !manOk; a++) {
    if (man.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, a)) {
      manOk = true;
      Serial.print(F("Dia chi OLED: 0x")); Serial.println(a, HEX);
    }
  }
  if (!manOk) Serial.println(F("Khong thay man OLED - kiem tra day SDA/SCL"));
  else {
    man.clearDisplay();
    man.setTextColor(SSD1306_WHITE);
    man.setTextSize(1);
    man.setCursor(0, 24);
    man.println(F("Mach Gon"));
    man.println(F("Thuoc sieu am"));
    man.display();
    delay(900);
  }
}

void loop() {
  uint32_t bayGio = millis();

  // 1. Đo theo nhịp
  if (bayGio - mocDo >= CHU_KY_MS) {
    mocDo = bayGio;
    khoangCach = doTrungVi();
    if (!isnan(khoangCach) && !dangGiuSo) {
      if (khoangCach < ganNhat) ganNhat = khoangCach;
      if (khoangCach > xaNhat) xaNhat = khoangCach;
    }
    Serial.print(F("d="));
    if (isnan(khoangCach)) Serial.print(F("--")); else Serial.print(khoangCach, 1);
    Serial.print(F(" cm giu=")); Serial.println(dangGiuSo ? 1 : 0);
    veMan();
  }

  // 2. Nút: bấm nhanh giữ/thả số đo, giữ 1,5 giây đổi đơn vị
  bool dangNhan = (digitalRead(PIN_NUT) == LOW);
  if (dangNhan && !nutDangNhan) { nutDangNhan = true; daDoiDonVi = false; mocNhanNut = bayGio; }
  if (dangNhan && nutDangNhan && !daDoiDonVi && bayGio - mocNhanNut >= GIU_DOI_DV_MS) {
    daDoiDonVi = true;
    dungDonViInch = !dungDonViInch;
    Serial.print(F("Doi don vi: ")); Serial.println(dungDonViInch ? F("inch") : F("cm"));
    veMan();
  }
  if (!dangNhan && nutDangNhan) {
    nutDangNhan = false;
    if (!daDoiDonVi && bayGio - mocNhanNut > 30) {
      dangGiuSo = !dangGiuSo;
      soDaGiu = khoangCach;
      veMan();
    }
  }
}

Đo kiểm bằng đồng hồ vạn năng

Sửa lỗi thường gặp