L'oscillazione data dall'accensione del display l'ho sperimentata anch'io tempo fa, secondo me se alimenti a parte il display risolvi i tuoi problemi, l'Arduino prende l'alimentazione dalla porta USB e può darsi che tra quello che consuma la scheda e quello che consuma il tuo display, l'assorbimento sia al limite e causi quel calo di tensione che misuri, che poi ti altera la lettura del sensore.