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做水位检测这个需求，我最近刚好用STM32搭了一套完整链路：HS-S37A传感器负责采集水位，ADC负责把模拟电压转成数字量，0.96寸OLED屏做实时显示，从硬件接线到软件调试全部走了一遍。这套组合非常适合做智能鱼缸、水箱液位监控、宿舍自动加水装置之类的项目，也是嵌入式入门阶段绕不开的经典外设练习。不管你是刚学STM32的学生，还是想自己动手做个小装置，这篇文章都可以直接当参考。

HS-S37A严格来说是洗衣机里常用的气压式水位传感器，成本低、耐脏、不怕水垢，通过一根气管感知压力变化，输出线性电压。和常见的浮球开关、电极探针相比，它最大的优势是传感器本体不接触液体，寿命长得多。而OLED屏选I2C接口，只需要SCL和SDA两根线，配上STM32F103C8T6的ADC采集，就能实现一个完整的水位监测终端。下面我把整个项目的选型思路、电路设计、代码实现和调试经验都拆开讲。

1. 项目整体设计与方案选型

1.1 为什么选择HS-S37A而不是其他水位传感器

做水位检测，市面上能选的方案其实很多，但每一种都有自己的脾气。我在项目一开始就列了一个对比表，把常见方案的优缺点捋了一遍。

HS-S37A刚好踩中了“可靠”和“便宜”两个关键点。它内部是一个压差开关结构，气管连接到一个密封腔体，水位上升时压迫气管内的空气，压力传递到传感器内部膜片，输出电压随之变化。传感器本体始终在液面之上，水汽不会直接侵蚀电路，这也是洗衣机厂商大量采用它的原因。

这里要提醒一点，HS-S37A的输出电压范围并不是固定不变的，它和你给传感器的供电电压、气管长度、测量容器结构都有关系。但好在它的电压-水位关系在有效量程内接近线性，我们只需要在实际安装好后做一次两点标定，就能得到比较准的换算公式。这一点后面第三节会详细讲。

1.2 OLED显示屏选型：I2C接口比SPI更省事

显示部分我选了0.96寸、SSD1306驱动芯片、I2C接口的OLED模块。市面上这种模块有I2C和SPI两种版本，价格差不多，但我强烈建议新手优先用I2C版本。

原因很简单：STM32F103C8T6引脚本来就吃紧，SPI方式要占用SCK、MOSI、CS、DC、RST五六个引脚，而I2C方式只需要SCL和SDA两根线。OLED本身刷新频率不高，I2C的100k标准模式甚至400k快速模式都完全够用，没必要上SPI去抢带宽。另外I2C总线是开漏结构，多个设备可以挂在同一条总线上，以后想加个温湿度传感器，直接并联就行。

至于硬件I2C和软件模拟I2C的选择，我最终实际写代码时用的是软件模拟I2C。不是说STM32的硬件I2C不行，而是软件模拟的兼容性最好、代码逻辑透明，换了芯片型号也能直接用。尤其是在调试阶段，遇到OLED不亮的问题，软I2C可以逐条波形排查，比硬件外设出问题后云里雾里地找原因要舒服得多。当然，如果你对硬件I2C已经很有经验，用HAL库的硬件I2C也是完全没问题的。

1.3 整体系统信号流

整套系统的信号链路非常清晰，可以分成四个环节：

HS-S37A传感器输出0~5V范围内的模拟电压，经过分压电路把电压压缩到STM32的ADC安全输入范围内，ADC1通道1（PA1）采样后通过DMA搬运到内存，MCU做滤波和线性换算，得到水位高度，最后通过I2C总线把结果送到OLED显示。同时，USART1串口会输出调试数据，方便在电脑上监控传感器原始读数。

这里的核心点有两个：一是模拟信号的电平匹配，直接决定硬件是否安全；二是软件层面的标定和滤波，直接决定显示的数据是否可信。下面我先从硬件搭起。

2. 硬件准备与电路搭建

2.1 材料清单

这个项目用到的元器件不多，基本都是手边常备的东西。

• STM32F103C8T6最小系统板一块（也可以用F103ZET6开发板，就是体积大一些）
• HS-S37A水位传感器一个
• 0.96寸I2C接口OLED屏一块，SSD1306驱动
• 10kΩ电阻一只、20kΩ电阻一只（做分压）
• 0.1uF陶瓷电容一个（ADC引脚滤波）
• 面包板一块、杜邦线若干
• USB转TTL串口模块一个（调试用，不必须）
• 万用表一个（强烈建议常备，排查硬件问题全靠它）
• 选做：5V继电器模块和小型潜水泵，做自动加水功能

我用的STM32板子是从国产最小系统板，Flash 64KB，跑这个项目绰绰有余。如果你用的是其他型号，只要带ADC和基本的GPIO功能，代码逻辑基本可以直接移植。

2.2 分压电路：保护STM32引脚的关键

很多新手第一次接HS-S37A会踩一个坑：传感器正常工作电压是5V，输出信号范围可以达到0~5V，而STM32的ADC引脚输入范围不能超过VDD也就是3.3V。信号超过3.3V以后，ADC读数会直接饱和在4095，无法区分不同水位；如果电流稍大，还可能损坏引脚。

解决办法是加一个电阻分压器。我用的是10kΩ和20kΩ串联，信号从传感器SIG线输入接到10kΩ电阻一端，10kΩ另一端接20kΩ再接地，中间抽头引到STM32的PA1。

分压比计算：U_STM32 = U_SENSOR × R2 / (R1 + R2)，其中R1=10kΩ，R2=20kΩ。代入最坏情况U_SENSOR=5V，U_STM32 = 5 × 20 / 30 ≈ 3.33V，略高于3.3V但非常接近，ADC还能承受。如果传感器的实际最大输出只有4.5V，那分压后就是3.0V，更加安全。为了保险，也可以把分压比再压低一点，比如10k和10k，最大输入就只有2.5V，但会牺牲一些分辨率。我实测下来20k:10k这个组合够用，不过建议你对传感器做一次空载实测，确认最大输出电压再决定。

此外，在PA1引脚对地并联一个0.1uF陶瓷电容，可以有效滤除导线耦合进来的高频噪声。注意这颗电容要尽量靠近STM32引脚放置，距离远了效果会大打折扣。

2.3 接线对照表

接线其实不复杂，但建议按下面的表格一一对照，接错很容易烧传感器或者读不到数据。

HS-S37A的引脚颜色不是绝对统一的，不同批次、不同商家可能颜色有差异，接线前务必用万用表确认一下引脚定义，或者查商家给的规格书。传感器接反电源可能会直接烧坏内部芯片。

OLED模块分4针和7针两种。4针版本在板上已经默认接好了I2C模式，直接接VCC/GND/SCL/SDA即可。7针版本需要先确定背后电阻把模式设为I2C，并把BS0、BS1跳线配置成I2C所需的状态，否则无论怎么写代码屏幕都不会亮。

2.4 气管安装：很多怪问题的源头

HS-S37A是气压式传感器，气管安装的好坏直接决定数据的可靠性。我有几条实际经验供参考。

传感器本体最好放在液面以上，气管从传感器气压嘴伸向需要检测的水体，气管末端要侵入水中至少几厘米。水位升高时，水压迫使管内空气压力升高，传感器内部膜片感受到压力变化，输出电压随之改变。如果气管在安装路径中被压扁、打折，或者接口处有漏气，压力就无法正确传导，读数要么一直不变，要么乱跳。

还有一个容易被忽略的问题：气管内壁冷凝水。如果气管长期处于低温潮湿环境，水汽会在管内凝结成水珠，堵住气压传导。解决办法是把传感器的气压嘴朝下安装，气管从气压嘴弯一个向下的弧度再伸向水中，这样冷凝水会顺着管壁流回容器，不容易倒灌进传感器。气管的长度也不要拖太长，10~30厘米以内效果最好。给气管末端加一小段硬质塑料管，可以防止气管在水里漂浮摆动。

3. 软件工程搭建与驱动实现

3.1 CubeMX配置：ADC、DMA、I2C、USART一个都不能少

我开发时用的是STM32CubeMX生成初始化代码，配合Keil MDK编译。这样生成的HAL库代码结构清晰，外设初始化参数一目了然，也方便以后换芯片重新生成。

CubeMX里主要配置项如下：

• 芯片选STM32F103C8T6，SYS里的Debug选Serial Wire，防止下载一次程序后SWD接口被禁用。
• RCC里选HSE晶振（板载8MHz），时钟树拉到72MHz主频。
• ADC1开启通道IN1，对应PA1引脚。分辨率选12位，对齐选右对齐，采样时间直接选最大的239.5周期。采样时间拉长可以减少信号源内阻带来的采样误差，对高阻抗输出的传感器很友好。
• DMA配置：ADC1请求设置为DMA模式，DMA通道选择Channel 1？这一项在不同CubeMX版本里可能显示为ADC1 DMA1, DMA Request，数据方向Peripheral To Memory，模式选Circular循环模式，数据宽度和外设宽度都选Half Word（半字，对应16位ADC值）。
• I2C1开启标准模式即可，速度100kHz。如果你想更快，400kHz也能用，但OLED的响应速度并不会因此加快多少，反而容易在长线上出现信号质量问题。
• USART1开启异步模式，波特率115200。
• 定时器TIM2开启，设置1ms时基，用来做显示刷新和状态机轮询。

CubeMX生成的main.c里已经把这些外设初始化好了，接下来要在用户代码区里添加自己的逻辑。注意每次重新生成代码，用户代码区里“USER CODE BEGIN”到“USER CODE END”之间的内容会保留。

3.2 OLED驱动：点亮屏幕只需要一个初始化序列

SSD1306驱动芯片控制方式很固定，核心就是一组初始化寄存器和读写指令。我用的软I2C实现，底层只需要两个函数：写命令和写数据。

先定义I2C地址和命令/数据控制字节：

#define OLED_ADDR 0x78 // 7位地址0x3C左移1位 #define OLED_CMD 0x00 // 控制字节：后续是命令 #define OLED_DATA 0x40 // 控制字节：后续是显存数据 void OLED_WriteCmd(uint8_t cmd) { I2C_Start(); I2C_SendByte(OLED_ADDR); I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(OLED_CMD); I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(cmd); I2C_WaitAck(); I2C_Stop(); } void OLED_WriteData(uint8_t data) { I2C_Start(); I2C_SendByte(OLED_ADDR); I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(OLED_DATA); I2C_WaitAck(); I2C_SendByte(data); I2C_WaitAck(); I2C_Stop(); }

初始化序列比较长，核心操作是：关闭显示、设置显示时钟分频、设置复用比、设置显示偏移、打开电荷泵、设置寻址模式为页寻址、复位列地址和页地址、打开显示。完整序列在SSD1306数据手册里有，网上也有无数现成代码，我就不整段贴了，但只要按顺序调用，屏幕就能点亮。

点亮之后就是画点、画线、画矩形填充、显示英文字符。英文字符本质上是字模数组，ASCII从0x20到0x7F每个字符对应8字节数据，每字节表示字符的一列。写字符时按页坐标定位，一页是8个像素高度。128x64的屏被分成8页，每页128列。

显示字符串的核心逻辑：

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str) { while (*str != '\0') { OLED_ShowChar(x, y, *str); x += 8; // 一个ASCII字符宽度为8像素 if (x > 120) { x = 0; y += 2; } // 自动换行 str++; } }

汉字显示也是同理，16x16字模，一个字占两行两列，按行写入显存。用PCtoLCD2002这一类取模软件，字模格式选“行列式”或“横向取模左高位”，生成16进制数组，然后分段发送即可。我界面里显示“水位”两个汉字，就是用的16x16字模。

3.3 HS-S37A采集驱动：ADC+DMA+软件滤波

ADC采集部分我用的是DMA循环模式，这样ADC每次转换完成后数据会自动搬进内存数组，CPU不用一直等待转换结果。配置好之后，在main函数里调用一次启动函数：

#define ADC_BUF_SIZE 32 uint16_t adc_buf[ADC_BUF_SIZE]; HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)adc_buf, ADC_BUF_SIZE);

之后adc_buf数组里会持续刷新最新的32次采样值。读取时只需要从中取数即可。这里有一个关键点：DMA是循环写入，意味着数组任何位置的数据都可能新旧交替，读的时候最好一次性读出多个值做处理后计算，不要只读一个。

滤波我用了“中值+均值”的两级方案。先用32个样本里做一次简单排序取中值，能剔除异常毛刺；再对连续7次中值做算术平均，平滑传感器本身的微小波动。这比单纯平均更抗干扰，代码也不复杂。

uint16_t level_filter(uint16_t *buf, uint8_t len) { uint16_t tmp[ADC_BUF_SIZE]; memcpy(tmp, buf, len * sizeof(uint16_t)); // 冒泡排序取中值，采样点不多，性能足够 for (int i = 0; i < len - 1; i++) for (int j = 0; j < len - 1 - i; j++) if (tmp[j] > tmp[j+1]) { uint16_t t = tmp[j]; tmp[j] = tmp[j+1]; tmp[j+1] = t; } return tmp[len / 2]; }

ADC值转换为引脚电压的公式很简单：

float voltage = (float)adc_mid / 4095.0f * 3.3f;

如果你的分压比是20/(10+20)，真实传感器输出电压需要再除以分压比：

float sensor_v = voltage / (20.0f / (10.0f + 20.0f));

但我实际调的时候发现，直接用PA1引脚上的电压做标定更省事，没必要来回还原传感器原始电压。这个思路下面会讲。

3.4 水位换算：两点标定和线性插值

这是整个项目里最影响数据准确性的环节，我觉得值得单独说细一点。

HS-S37A的电压输出与水位在有限范围内近似线性，但这并不意味着你把手册里的某个参数抄过来就能用。因为气管长度、容器形状、传感器个体差异都会影响斜率。所以正确的做法是：装好传感器后，实际做一次两点标定。

标定方法很简单。水箱为空时，记录一次PA1引脚上的ADC滤波值，记为empty_adc；然后往水箱里加水到目标高度，比如10cm，再记录一次adc值，记为full_adc。那么水位换算公式为：

float water_level_cm(float adc_val) { float ratio = (float)(adc_val - empty_adc) / (float)(full_adc - empty_adc); float level = ratio * full_height_cm; if (level < 0) level = 0; if (level > full_height_cm) level = full_height_cm; return level; }

这本质上就是两点线性插值。空水读一次，满水读一次，中间均匀映射。如果追求更高精度，可以取多个标定点，比如0cm、5cm、10cm、15cm，记录每个点的ADC值，存入表格，然后分段线性插值。这样即使传感器在某个区间略有非线性，也能修正回来。

标定过程中有一个容易忽略的前提：气管内的压力必须在每次测量前都处于参考状态。也就是说，第一次标定empty_adc时，气管已经浸入水中但水位为零，系统保持静止几分钟再读数。不要在刚加水翻腾的时候记录数据，否则气泡、水波会让标定值失真。

4. 功能实现与UI设计

4.1 数据实时显示界面

OLED分辨率128x64，可以做两屏显示。第一屏显示用户关心的水位数据，第二屏显示调试信息，通过按键切换。

第一屏布局我这样设计：第一行显示“当前水位”，第二行用大号数字显示水位数值，单位为cm，第三行画一条水位条作为直观视觉反馈。大号数字可以用8x16的ASCII字模，比默认6x8的字符好看很多。

显示刷新的代码放在TIM2的定时中断或主循环里用毫秒计数触发，每100ms刷新一次就够了。刷新太快反而会出现闪烁，因为OLED写显存需要一定时间，而人眼对50Hz以下的刷新能明显感知到闪烁。100ms对应10Hz，看起来非常平滑。

4.2 水位条和动态水波效果

水位条的绘制原理是画矩形填充。先确定水位条区域的范围，比如左上角(96, 10)，宽度24像素，高度50像素。根据当前水位百分比计算填充高度：

uint8_t bar_height = (uint8_t)(50.0f * (level / full_height_cm)); OLED_FillRect(96, 60 - bar_height, 24, bar_height, 1); // 1表示填充

填充之后，再用背景色覆盖原来超出部分的残留，否则水位下降时旧像素会留在屏幕上。实际上我每帧都会先清空水位条区域，然后重新填充，这样代码不会因为忘了局部擦除而出错。

想做一个动态水波纹效果，可以在水位条的上边界附近，每隔一帧用不同的Y坐标作为波峰，做1~2像素的上下抖动。比如水位条高度确定后，给顶部两行做交替填充/清零的操作，模拟水面在晃动。这个效果成本极低，观感却很不错。

4.3 自动加水控制逻辑（选做）

如果你想把项目做成“自动水位控制器”，加一个继电器和水泵就行。控制逻辑要注意防抖和滞后区间。

比如设定目标水位为8cm，但继电器不能在水位刚好到8cm时立刻断开，而是在水位到8.5cm时才断开；低于7.5cm时才启动。这个“滞后区间”非常关键，否则水泵会在目标值附近不停开关，继电器触点很快烧蚀，也消耗水泵电机寿命。

代码逻辑可以用一个简单的状态机：

if (level < 7.5f) pump_on = 1; else if (level > 8.5f) pump_on = 0; HAL_GPIO_WritePin(PUMP_GPIO, PUMP_PIN, pump_on ? GPIO_PIN_RESET : GPIO_PIN_SET);

继电器模块一般用低电平触发，所以逻辑上是GPIO_PIN_RESET对应导通，这个接线时要看模块型号。另外，继电器线圈感性负载很重，一定要在模块上并联续流二极管或者使用自带光耦隔离的模块，避免反向电动势干扰STM32。

4.4 串口调试输出

调试阶段，我通过USART1把原始ADC值、引脚电压、计算水位同时发到串口终端：

char buf[64]; snprintf(buf, sizeof(buf), "ADC:%d, VOLT:%.2fV, LEVEL:%.1fcm\r\n", adc_mid, voltage, level); HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 100);

这里有一个容易踩的坑：HAL_UART_Transmit里的超时参数不要给0，否则在高波特率下可能偶尔发送不完整。还有，snprintf的缓冲区长度一定要够长，特别是在同时打多个float变量时，64字节是底线。如果buf长度不够，字符串会被截断，数据就乱了。

5. 常见问题与排查实录

5.1 问题速查表

这次实验前后踩了不少坑，我把典型问题整理成了表格，方便你对照排查。

5.2 三个我在调试中印象最深的教训

第一个教训是OLED不亮但代码看起来没问题。排查了一晚上，最后发现是OLED模块的I2C地址问题。HAL库的I2C写入函数需要8位地址，SSD1306的7位地址是0x3C，左移一位后应该传0x78。我把0x3C直接传进去，总线上一句话都没发出去。这个问题如果你也遇到，先把地址核对一遍，别急着改代码。

第二个教训是传感器供电和信号电平。第一次测的时候我图省事，传感器用5V供电，SIG线没分压直接接到了PA1。结果水位还没到一半，ADC读数已经卡在4095不动了。后来用万用表一量，PA1上电压已经到3.5V以上，明显超限了。加装分压电路后问题立刻解决。这件事之后我养成了一个习惯：任何模拟信号进MCU之前，先量电压，再焊线。

第三个教训是气管的冷凝水。我在实验室用长气管接了1米多的软管，测了几天之后数据越来越漂，怀疑是传感器坏了。拆下来用嘴吹气压嘴，输出能正常变化，装回去又不行。最后发现是气管中间有一段存了水珠。后来把传感器气压嘴朝下安装，让水管设计成低进高出，这个问题就再也没出现过。

6. 项目扩展方向与个人经验

6.1 还能往哪些方向扩展

这个项目的结构其实非常通用，“传感器采集+MCU处理+显示/控制”是嵌入式开发的经典骨架。换一个传感器，改一下采集代码，这套框架就能变成温度监控器、光照记录仪、湿度控制器。

• 把OLED换成ESP8266或ESP32模组，数据通过局域网或者MQTT上报，手机端就能远程查看水位。
• 增加内部Flash存储，把标定参数和运行日志掉电保存。
• 用FreeRTOS把采集、显示、控制拆成三个独立任务，加强系统的响应实时性。
• 多路水位检测，ADC1还有很多通道，一个传感器占一个通道，就能同时监测多个水桶。
• 用PT100或者温度探头配合同一个OLED和串口框架，做成多功能环境监测终端。

6.2 我自己的一些经验和建议

如果你第一次做这套实验，我建议按“点亮OLED → 读取ADC裸值 → 滤波 → 标定 → 显示水位”这个顺序分阶段开发。每个阶段做完都烧录实测一次，不要一口气写完所有代码再上电，那样出了问题很难定位。

关于标定，我觉得“空水+满水”两点线性法对于绝大多数场景已经够用了。不要在精度上过度纠结而迟迟不推进，先把链路跑通，数据有一个稳定的线性关系，后面想提高精度，再加多点插值，比一开始就追求完美要高效得多。

最后分享一个小技巧：调试HS-S37A时，可以用嘴巴含住传感器气管轻轻吹气，观察OLED上的ADC值是否随吹气力度变化。如果吹气时ADC值有明显波动，说明传感器本身、分压电路、ADC采集链路都是通的，剩下的问题就只在气管安装和标定环节了。这个办法我每次调试都会用，比倒水测试方便太多了。