一、硬件设计要点
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核心器件选型
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主控芯片：STM32F103C8T6（72MHz Cortex-M3，64KB Flash）
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传感器模块：HX711（24位ADC，内置PGA，支持增益128/64/32）
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称重传感器：Zemic L6G（5kg量程，C3级精度）
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显示模块：SSD1306 OLED（I2C接口）
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电源管理：TP4056（锂电池充电）+ MT3608（升压至5V）
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PCB布局规范
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四层板结构：信号层（Top）→ 地平面（GND）→ 电源平面（VCC）→ 信号层（Bottom）
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关键布线：
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传感器信号线（A+/A-）长度≤10cm，差分走线（间距≤0.2mm）
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HX711的PD_SCK和DOUT线远离数字信号（如MCU时钟）
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电源输入端并联10μF电解电容+0.1μF陶瓷电容
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二、软件架构设计
// 主程序流程图
int main() {硬件初始化(); // GPIO、时钟、外设HX711_Init(); // 传感器校准与参数配置OLED_Init(); // 显示模块初始化while(1) {读取重量数据(); // HX711数据采集与滤波更新显示(); // OLED刷新重量值处理按键(); // 去皮/单位切换低功耗管理(); // 闲置时进入休眠}
}
三、关键代码实现
1. HX711驱动模块
// hx711.h
#ifndef __HX711_H
#define __HX711_H
#include "stm32f1xx_hal.h"#define HX711_SCK_PIN PB0
#define HX711_DOUT_PIN PB1void HX711_GPIO_Init();
int32_t HX711_Read_RawData();
float HX711_Get_Weight(float scale, float offset);#endif// hx711.c
#include "hx711.h"void HX711_GPIO_Init() {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = HX711_SCK_PIN | HX711_DOUT_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}int32_t HX711_Read_RawData() {int32_t raw = 0;for (int i=0; i<24; i++) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET);HAL_Delay(0.1); // 100ns延时raw <<= 1;HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, HX711_DOUT_PIN)) raw |= 1;HAL_Delay(0.1);}HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); // 增益选择HAL_Delay(0.1);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);return raw;
}float HX711_Get_Weight(float scale, float offset) {int32_t raw = HX711_Read_RawData();return (raw - offset) * scale / 8388608.0f; // 24位满量程转换
}
2. 滑动平均滤波算法
#define FILTER_SIZE 16
static float weight_buffer[FILTER_SIZE] = {0};
static uint8_t index = 0;float MovingAverageFilter(float new_value) {weight_buffer[index++] = new_value;if (index >= FILTER_SIZE) index = 0;float sum = 0;for (int i=0; i<FILTER_SIZE; i++) sum += weight_buffer[i];return sum / FILTER_SIZE;
}
3. OLED显示驱动
// oled.c
#include "ssd1306.h"void OLED_Display_Weight(float weight) {char buf[16];sprintf(buf, "Weight: %.2f g", weight);SSD1306_Clear();SSD1306_GotoXY(0, 0);SSD1306_Puts(buf, &Font_7x10, 1);SSD1306_UpdateScreen();
}
4. 按键中断处理
// key.c
volatile uint8_t key_flag = 0;void EXTI0_IRQHandler() {if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {key_flag = 1;EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}void Process_Key() {if (key_flag) {key_flag = 0;// 切换去皮/单位static uint8_t mode = 0;mode = (mode + 1) % 2;if (mode == 0) OLED_Display_String("Tare Mode");else OLED_Display_String("Unit: kg");}
}
四、校准流程
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去皮操作
float tare = HX711_Get_Weight(1.0, 0.0); // 空载读取 offset = tare; // 存储至EEPROM -
标定砝码
// 使用1kg砝码 float raw = HX711_Read_RawData(); scale = 1000.0 / (raw - offset); // 计算比例系数 EEPROM_Write(0x10, scale); // 存储至EEPROM
五、低功耗优化
// 进入睡眠模式
void Enter_LowPower() {HAL_PWR_DisablePVD(); // 关闭电压检测HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);
}// 唤醒处理
void SysTick_Handler() {if (WakeUp_Flag) {HAL_PWR_EnablePVD();SystemClock_Config(); // 重新配置时钟}
}
参考代码 基于STM32设计的电子秤PCB，原理图加程序 www.youwenfan.com/contentcnr/101822.html
六、PCB设计文件示例
| 文件名 | 内容说明 |
|---|---|
STM32F103C8T6.lpf |
低通滤波配置（抑制高频噪声） |
HX711.SCH |
传感器接口原理图 |
PCB_Layout |
四层板堆叠结构（信号-地-电源-信号） |
七、调试与验证
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串口调试
printf("Raw Data: %ld, Weight: %.2f g\n", raw, current_weight); -
示波器观察
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HX711的DOUT信号应呈现稳定的24位脉冲序列
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PD_SCK时钟频率需严格控制在10MHz以内
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实物测试
测试项 合格标准 零点漂移 空载波动≤±0.5g 线性度 1kg~5kg误差≤±0.2% FS 响应时间 100ms内稳定显示
通过上述方案，可实现精度达±0.2% FS的电子秤系统。实际开发中需根据传感器特性调整滤波算法，并通过多次校准提高稳定性。