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从厨房秤到智能称重：用STM32F103和HX711打造你的第一个物联网传感器节点

news 2026/7/1 2:34:30

从厨房秤到智能称重：用STM32F103和HX711打造你的第一个物联网传感器节点

在智能家居和精准农业的浪潮中，称重技术正从简单的测量工具进化为数据感知节点。想象一下：当厨房秤能自动记录食材库存，或花盆通过重量变化提醒浇水，这些场景背后都依赖一个关键组件——智能称重传感器。本文将带您从零构建一个基于STM32F103和HX711的物联网称重系统，涵盖硬件设计、数据上传和可视化全流程。

1. 硬件架构设计

1.1 核心组件选型

STM32F103C8T6作为主控芯片，以其72MHz主频和丰富的外设接口成为性价比之选。搭配HX711这款24位高精度ADC芯片，可轻松实现毫克级测量精度。典型硬件连接方案如下：

模块	连接引脚	功能说明
HX711 DOUT	PA1	数据输入
HX711 PD_SCK	PA0	时钟控制
ESP-01S TX	USART2_RX	Wi-Fi模块数据接收
ESP-01S RX	USART2_TX	Wi-Fi模块数据发送

提示：应变片选择直接影响量程，20kg规格的传感器适合大多数家用场景，工业应用建议选用铝合金材质传感器。

1.2 电源管理优化

物联网节点常需电池供电，低功耗设计尤为关键：

启用STM32的睡眠模式，仅在测量时唤醒
为HX711设计独立电源开关电路
配置ESP-01S的深度睡眠模式（需硬件复位唤醒）

// 低功耗配置示例 void Enter_LowPowerMode(void) { HAL_GPIO_WritePin(PWR_CTRL_GPIO_Port, PWR_CTRL_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 关闭HX711电源 HAL_UART_DeInit(&huart2); // 禁用Wi-Fi模块 HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI); }

2. 称重算法实现

2.1 数据采集与滤波

HX711的10Hz采样率需配合数字滤波才能获得稳定读数。采用移动平均+阈值滤波的复合算法：

#define SAMPLE_COUNT 5 long Get_FilteredWeight(void) { long samples[SAMPLE_COUNT]; for(int i=0; i<SAMPLE_COUNT; i++){ samples[i] = Get_Weight(); HAL_Delay(100); } // 剔除最大最小值 long sum = 0; long max = samples[0], min = samples[0]; for(int i=0; i<SAMPLE_COUNT; i++){ if(samples[i] > max) max = samples[i]; if(samples[i] < min) min = samples[i]; sum += samples[i]; } return (sum - max - min)/(SAMPLE_COUNT-2); }

2.2 动态校准机制

传统电子秤需手动校准，智能系统可实现自动校准：

上电后检测10秒无负载状态，自动记录零点
已知重量校准法：放置500g标准砝码后触发校准命令
温度补偿：内置NTC监测环境温度，修正漂移误差

3. 物联网集成方案

3.1 通信协议选择

对比三种主流物联网协议：

协议	功耗	传输距离	数据速率	适用场景
Wi-Fi	高	中	快	固定电源设备
BLE	低	短	中	移动终端直连
LoRa	极低	长	慢	户外分散节点

3.2 MQTT数据上传

通过ESP-01S连接MQTT Broker的完整流程：

void Publish_WeightData(float weight) { char payload[50]; sprintf(payload, "{\"weight\":%.2f,\"unit\":\"g\"}", weight); HAL_UART_Transmit(&huart2, "AT+CIPSEND=0,", strlen("AT+CIPSEND=0,"), 100); HAL_UART_Transmit(&huart2, strlen(payload), 2, 100); HAL_UART_Transmit(&huart2, payload, strlen(payload), 100); HAL_Delay(500); }

注意：MQTT主题建议采用分层结构，如home/kitchen/scale1

4. 云端数据可视化

4.1 ThingsBoard仪表盘配置

创建设备实体并配置MQTT接入点
设计包含以下组件的仪表盘：
- 实时重量曲线图
- 累计重量统计卡片
- 异常重量报警开关
设置规则链实现微信推送报警

4.2 本地数据缓存策略

网络中断时的数据保障方案：

使用STM32内部Flash存储最近100条记录
实现FIFO循环存储算法
网络恢复后自动同步历史数据

#define MAX_RECORDS 100 typedef struct { uint32_t timestamp; float weight; } WeightRecord; void Save_ToFlash(WeightRecord record) { static uint16_t write_ptr = 0; FLASH_Program(0x0800FC00 + write_ptr*sizeof(WeightRecord), (uint32_t*)&record, sizeof(WeightRecord)/4); write_ptr = (write_ptr + 1) % MAX_RECORDS; }