第 30 课：坐姿提醒器

我是吴老师。这个课题是实战单元里第一个"三模块"的，也是第一个带"时间"的。

你有没有被家里人念过"坐直一点""头抬起来""眼睛离远点"？念的人累，被念的人也累。

这节课咱们做个东西替你管这件事：一个立在桌上的小支架，你趴下去，它先不理你；你要是趴着不动几秒钟，它就"嘀"一声。 你坐直，它闭嘴。

注意上面那句里我说了"几秒钟"。这就是这个课题的全部新东西。

前面二十几节课，板子判断的都是"现在"：现在亮不亮、现在近不近、现在按没按。它没有"刚才"这个概念。 而这个课题要判断的是"已经多久了"——板子要学会看表。

一、【闭环】这个课题的三个环节

注意执行器那一栏有两个东西。 前面几个课题都是"一个传感器 + 一个执行器"，这次不一样了。

为什么要有 OLED？ 因为蜂鸣器只会"嘀"，它不会告诉你"现在几厘米"。没有 OLED，你根本不知道这个装置在想什么——调试的时候只能干瞪眼。它是作品的"嘴"。

二、材料清单

套件里：ESP32-C3 主控 + 拓展板、超声波模块、蜂鸣器模块、OLED 显示屏、杜邦线若干（12 根左右，多备几根）。

身边要准备：

三、接线

这次要接三个模块，引脚得提前规划——第 4 课那句话，今天真的用上了。

两个地方解释一下。

第一，蜂鸣器为什么用 GPIO6，不是第 17 课的 GPIO5？ 因为 GPIO5 被超声波的 Echo 占了。引脚是要抢的——手上的模块越多，越得提前排。这次刚好三个模块七个脚，不打架。

第二，OLED 那两根线：SDA 接 GPIO8，SCK 接 GPIO9。这就是板子默认的 I²C 脚，第 19 课用过。记住这个对应关系，等下排查的时候要用。

接线之前先断电，三个模块一个一个接。 别贪快一把全插上——一次接一个、接完立刻上电试一次，这样出错的时候你马上就知道是哪一根。这是"分步来"用在了接线上。

四、分步实现

第一步：先把距离读出来（串口版）

第 15 课那段代码，原样搬过来：

#define TRIG 4
#define ECHO 5

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);

  long duration = pulseIn(ECHO, HIGH);
  float cm = duration * 0.034 / 2;      // 那个 ÷2，别忘了
  Serial.println(cm);
  delay(200);
}

烧进去，手在模块前面慢慢靠近、慢慢移开，看数字跟着变。

先别往下走，做一件正事：标定。 还没有支架，就把手当成你的胸口：放到离模块 60 厘米的地方，记下读数（这叫"坐直"）；再放到 30 厘米，记一个（这叫"趴下"）。把这两个数记在纸上，中间取个值就是你的阈值。这个课题我暂时用 45 厘米，但你要用你自己量出来的那个数（第 11 课：别抄别人的参数）。

为什么一定要自己量？ 因为阈值跟你的支架高度、桌子宽度、你坐的位置都有关系。别人在别人桌上量出来的数，搬到你这儿可能永远不触发，或者一直在响。

第二步：把数字显示到屏上

复习第 19 课那三步套路：擦干净 → 重新画 → 推上屏。setup() 里照第 19 课抄这几行：Wire.begin(8, 9)（先 SDA 后 SCL）、oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)，再加一句 oled.setTextSize(2)。循环里每量一次距离，就更新一次屏幕：

  oled.clearDisplay();               // 1. 擦干净
  oled.setCursor(0, 0);              // 2. 重新画
  oled.print("Dist");
  oled.setCursor(0, 26);
  oled.print(cm, 0);                 // 那个 0 是"不要小数"
  oled.print("cm");
  oled.display();                    // 3. 推上屏

手上上下下，屏幕上的数字跟着跳。 到这一步，你的装置有"嘴"了。

oled.begin 那一行的地址，如果屏幕死活不亮，先别怀疑线——跑一个 I²C 扫描程序，让板子自己把地址报出来（第 19 课讲过）。多数是 0x3C，也有印 0x3D 的。现在就去跑一遍，把结果记在笔记里，等下排查的时候它是最省事的一个证据。

第三步：先做个"笨版本"——近了就响

先跑通最丑的版本，再往上加东西。 这一步只有几行：

#define BUZZ 6
#define NEAR 45          // 阈值：厘米。用你自己量出来的那个数

// setup 里加一句 pinMode(BUZZ, OUTPUT);
// loop 里，显示完距离之后：
  if (cm < NEAR) digitalWrite(BUZZ, HIGH);   // 太近了，响
  else           digitalWrite(BUZZ, LOW);    // 坐直了，停

烧进去，趴下去试试。它会响。你坐直，它停。

成了吗？成了。但这个版本有个大问题，你自己试试就知道——

低头捡个笔，它响。伸个懒腰，它响。扭头看一眼窗外，它响。 甚至你呼吸时胸口起伏一下，它都可能"嘀"一声。

一天下来，你会想把它砸了。

第四步：给它加一块秒表（这一步是重点）

问题出在哪？ 出在"现在"这两个字上。板子现在判断的是"这一刻够不够近"。但真实的坐姿问题是"你保持这个姿势多久了"。趴一秒钟不算事，趴两分钟才是事。

所以我们要给板子加一个新东西：时间。 板子里有一块看不见的秒表，叫 millis()。

它的比喻特别好记：这是一块从开机就开始跑、永远不停的秒表。 你问它一次，它就回答"从开机到现在过了多少毫秒"。单独看这个数一点用都没有——它只会一直变大。

有用的是两个动作：按下秒表（把这一刻的数记下来），和再看一次表（把两个数一减）。一减，就是"从按下到现在过了多久"。 这就是全部的秘诀。

看这张图：蓝线是距离读数，红线是阈值，它穿过阈值线两次。第一次在下面待了 0.4 秒——那是你低头捡笔，不理它；第二次待了 2.5 秒——那是你真的趴下去了，该响了。

看出来了吗？阈值只回答"现在够不够近"，秒表才回答"够近多久了"。 两件事合起来，才能做出一个不烦人的提醒器。

#define TRIG  4
#define ECHO  5
#define BUZZ  6
#define NEAR  45          // 阈值（厘米），用你自己量的
#define HOLD  2000        // 要趴够多久才响（毫秒）

unsigned long startTime = 0;    // 记下"开始趴近"的时刻
bool tooClose = false;          // 现在算不算趴太近

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  pinMode(BUZZ, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  long duration = pulseIn(ECHO, HIGH);
  float cm = duration * 0.034 / 2;

  if (cm < 2 || cm > 400) cm = 999;     // 野数据当成"很远"

  if (cm < NEAR) {                      // 太近了
    if (!tooClose) {                    // 刚从"坐直"变成"趴下"——按下秒表
      tooClose = true;
      startTime = millis();
    } else if (millis() - startTime > HOLD) {   // 已经趴够 2 秒
      digitalWrite(BUZZ, HIGH);         // 响！
    }
  } else {                              // 坐直了
    tooClose = false;                   // 松开秒表
    digitalWrite(BUZZ, LOW);
  }

  // 这里再补上第二步那几行 OLED：clearDisplay → print → display
  delay(50);
}

几个地方要讲清楚。

bool tooClose 是什么？ bool 就是只能装 true 或 false 的盒子。它的作用是记住"上一轮循环，你算不算趴太近"。没有它，你就分不清"刚开始趴"和"已经趴了一会儿"。

为什么是 if (!tooClose)？ ! 读作"不"。"如果之前不算近"——也就是你这一下才刚趴过来。这时候要做的事只有一件：按下秒表。为什么用 else if？ 因为你刚趴下的那一瞬间不该响——秒表才刚按下，得给它时间跑。

millis() - startTime > HOLD 就是"两个数一减"。 2500 减 400 等于 2100，大于 2000——趴够 2 秒了，响。

cm = 999 那句是干嘛的？ 第 15 课说过，超声波会蹦野数据（pulseIn 等不到回声会返回 0）。不处理的话，蜂鸣器会被一个野数据吓得乱叫。 这句的意思很简单：读数不合理，就当"很远"，别报警。

烧进去，试这三件事： ① 趴下去数两秒——第二秒末尾它才"嘀"，前两秒是安静的；② 快趴快起——它一声都不吭，这就是你想要的；③ 坐直——立刻安静。

你做出一个"不烦人"的提醒器了。 HOLD 定多少合适？2000 毫秒只是个起点，你自己调：1000 太敏感，5000 又太宽容（你都快趴到桌上了它还不吭声）。你家人的容忍度是多少，就定多少。

五、组装：冰棒棍支架

这个支架要解决一个问题：让超声波正对着你的胸口。 那意味着它得够高、还得能调角度。

底座。 3 根冰棒棍并排（间隔 1 厘米），上面横压 2 根，点胶粘死——得到一块 11×4cm 的平板。底下再粘一小块厚纸皮或两枚硬币当配重，不加配重一碰就倒。

立柱。 2 根冰棒棍叠着粘成一根更硬的杆，再拿 2 根接着往上粘。接缝处正反两面各贴一小段冰棒棍当"夹板"——这是木工的老办法，不贴就会断在接缝上。立柱粘在底座正中间，总高大概 30 厘米（你坐直时胸口差不多就这个高度）。

横臂（难点一）。 拿 1 根冰棒棍当横臂，先别粘死。用针在横臂一端和立柱顶端各扎一个小孔，把回形针掰直了穿过去，做成一个能上下转的关节。超声波模块粘在横臂另一端。

粘超声波有个讲究：胶只点在模块 PCB 的边缘，别糊在那两个金属筒上。

那两个筒是它的"嘴"和"耳朵"。你把胶糊上去，等于给它塞了棉花——它照样通电、照样有读数，就是测不准。而且这种故障看着特别像"模块坏了"。

调角度（这才是造物环节的真正难点）。 超声波不是激光，它散出去是个喇叭形，偏一点回波就弱一截，再偏一点读数就开始乱跳。所以角度不能"猜"，得调：

1. 把支架摆在桌子靠你这一侧或者桌角上，让超声波朝着你坐的位置。坐好，看着串口（或者 OLED）上的数字，慢慢转横臂。
2. 读数稳（一直在 62、63、64 之间小晃）→ 正对了；读数乱跳（一会儿 60 一会儿 200 一会儿 0）→ 歪了，或者打到你衣服上了。
3. 找到最稳的那个角度，在关节那儿点一点热熔胶固定。

看到没有——你又是靠"先测，再定"解决的。 这次你测的不是电压，是"读数稳不稳"，但方法一模一样：不猜，看现象。

顺便提醒：别对着自己的衣服测。 第 15 课讲过，软材料会吸声音，棉质睡衣最坑，校服好一点。 你要是发现换了件衣服数字就变了——那不是你代码的问题。

装好了，就把它立在你桌角上。 坐正，看它安安静静的样子。然后趴下去，等两秒。"嘀"。

六、【排查】屏幕一片黑，但别的都正常

先看症状，这个症状很有意思。

你把东西装好了，上电。串口里，距离数字在正常地变；趴下去两秒，蜂鸣器"嘀"了。超声波、蜂鸣器、代码——全都是好的。只有那块 OLED，从头到尾一片黑。

这时候你心里想的是什么？ "是不是屏坏了？""是不是地址不对？""是不是 oled.begin 那句话写错了？"

先别改代码。 电 → 信号 → 代码，老顺序。

第一步：先量电

万用表拨到直流电压档。黑表笔搭 OLED 的 GND，红表笔点在 VDD 针上。3.3V，正常。

好，供电排除了。 而且你顺带确认了另一件事：板子能给这个模块供电，不是它的电源问题。

第二步：那问题在信号线上

OLED 有四根线：VDD、GND、SDA、SCK。前两根刚量过，剩下两根。

这里要用通断档，但用法跟平时不一样，我要专门说。 平时你量通断，问的是"这根线断没断"。今天要问的是另一个问题：

"这根线，到底通到板子的哪个脚去了？"

把万用表当成追踪器用。 具体这么做：

第一量： 黑表笔搭 OLED 的 SDA 针，红表笔搭板子的 GPIO8。不响。

等等——按接线表，SDA 就该接 GPIO8，它为什么不响？

第二量： 黑表笔还搭在 OLED 的 SDA 上，红表笔挪到板子的 GPIO9。响了。

第三量： 黑表笔搭 OLED 的 SCK，红表笔搭 GPIO8。也响了。

结论已经很清楚了：这两根线互换了位置——SDA 跑到 GPIO9 上去了，SCK 跑到 GPIO8 上去了。把两根线在板子这头对调一下，上电，屏幕亮了。

根因

SCK 和 SDA 接反了。

这两根线是孪生兄弟——一样粗、一样长、插头长得一模一样，很多套件里连颜色都一样。你在板子那头插的时候，插错一格是完全正常的事。它不烧，也不报错，屏幕就是死的。

这是我在这个课题里故意留的坑，也是真实调试里天天发生的事。

我留它，是因为你差一点就要去改代码了——你已经在怀疑地址、怀疑库、怀疑屏幕坏了。而代码一个字都没错。

记住今天这个动作：通断档不光能查"断没断"，还能查"通到哪儿去了"。 一根线接错了位置，从外面看跟接对了完全一样——不会冒烟、不会报错、不会松动。只有万用表能告诉你它到底通到哪。

顺便：你要是刚才真跑了一遍 I²C 扫描——它会告诉你"总线上什么都没找到"。 那也是个有用的证据：扫描不到设备，说明线根本没连上，而不是地址写错了。

自测

本节你要动手做的事

• [ ] 先跑通超声波：Trig→GPIO4，Echo→GPIO5，串口里看到距离在变
• [ ] 标定你的两个数：坐直时多少、趴下时多少，阈值取中间——记在纸上
• [ ] 让 OLED 亮起来：SDA→GPIO8，SCK→GPIO9，屏幕上显示出距离
• [ ] 跑一遍 I²C 扫描：把报出来的地址记在笔记里，排查时能省你半小时
• [ ] 先做笨版本：if (cm < NEAR) 就响——然后亲身体会一下它有多烦
• [ ] 加秒表：millis() 记一次、减一次，改成"趴够 2 秒才响"，再调调 HOLD（试试 1000 / 2000 / 5000）
• [ ] 做冰棒棍支架：底座加配重 → 立柱（接缝贴夹板）→ 回形针做转轴
• [ ] 调角度：一边转横臂一边看读数，读数最稳的时候点胶固定
• [ ] 粘超声波注意：胶只点在 PCB 边缘，别糊那两个金属筒

这个课题你做的东西，比前面几个都"像个产品"。 它有嘴（OLED），有嗓子（蜂鸣器），有眼睛（超声波），还站在一个你自己搭的架子上。

但最值钱的不是这些零件，是你今天第一次处理了"时间"。 前面所有的判断都是"现在"——现在是高是低、现在是亮是暗。从今天起，你的板子有了"刚才"和"已经多久了"。

这个能力一打开，能做的事就多了：水开了多久没人管、门开了多久没关、你离开座位多久了。它们全都是"持续了多长时间"这一类问题。

还有那个坑。 屏幕黑掉的时候你没有去改代码，而是拿万用表去追那两根线。接反的线从外面看跟接对的一模一样，你把它揪出来了。 这个判断力，比这个装置本身值钱。

下一节课，我们要让东西动起来——而且是追着光动。

一个光敏 + 一个舵机，能做出一个自己会找最亮地方的"云台"。 而且你会发现一件很有意思的事：只用 1 个光敏，居然能做到"两个光敏"才能做的事。 那是个特别漂亮的设计，是我在这套课里最喜欢的一个课题。

不过丑话说在前面：舵机一转，你的板子可能会重启——第 18 课那个坑，它会换个面孔回来找你。下节课见。