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STM32F103C8T6 + HX711 + 0.96寸OLED：手把手教你做一个桌面电子秤（附完整代码）

news 2026/6/11 8:58:37

STM32F103C8T6与HX711打造高精度电子秤：从硬件搭建到软件调优全指南

在创客圈子里，电子秤项目一直是个既能练手又实用的经典选题。这次我们要用STM32F103C8T6这颗性价比之王作为主控，搭配HX711高精度ADC和0.96寸OLED显示屏，打造一个精度可达0.1g的桌面电子秤。不同于简单的模块堆砌，我们将深入探讨传感器稳定性优化、显示界面设计等实战细节，让你真正掌握嵌入式系统开发的全流程。

1. 硬件选型与电路设计

1.1 核心器件选型要点

STM32F103C8T6（俗称"蓝莓派"）的选择理由：

  • 72MHz主频的Cortex-M3内核，足够处理称重数据
  • 64KB Flash + 20KB RAM，轻松容纳我们的程序
  • 丰富的GPIO和通信接口（2个I2C、3个USART等）
  • 市面上开发板价格普遍低于30元

HX711模块的关键参数验证：

  • 24位ADC分辨率（理论精度1/16777216）
  • 内置可编程增益放大器（PGA），支持128倍放大
  • 典型采样率：10Hz或80Hz可选
  • 工作电压：2.6V-5.5V（与STM32完美兼容）

0.96寸OLED屏的选购陷阱：

  • 确认是SSD1306驱动芯片的I2C版本（4针）
  • 分辨率为128x64像素
  • 注意区分3.3V和5V供电版本（我们选3.3V）

1.2 电路连接详解

完整接线方案：

HX711引脚STM32连接注意事项
VCC5V避免使用3.3V，可能供电不足
GNDGND确保共地
DOUTPA1需配置为上拉输入
SCKPA3推挽输出模式

OLED连接方案：

OLED_SCL -> PB6 (I2C1_SCL) OLED_SDA -> PB7 (I2C1_SDA)

关键提示：I2C总线必须接上拉电阻！虽然部分OLED模块内置了，但建议在SCL/SDA线上各加一个4.7kΩ电阻到3.3V

称重传感器选型建议：

  • 推荐使用5kg量程的铝合金悬臂梁传感器
  • 注意灵敏度参数（通常2.0mV/V）
  • 配套使用惠斯通电桥调理电路

2. 开发环境搭建与基础工程配置

2.1 工具链准备

推荐开发环境组合：

  • Keil MDK-ARM V5（使用社区版即可）
  • STM32CubeMX（用于初始化代码生成）
  • ST-Link V2下载器（兼容性好）

必须安装的软件包：

  1. STM32F1xx_DFP（设备支持包）
  2. ARM::CMSIS（5.7.0或更高）
  3. Keil::STM32F1xx_StdPeriph_Lib（标准外设库）

2.2 工程创建步骤

使用CubeMX初始化流程：

  1. 选择STM32F103C8型号
  2. 配置时钟树（72MHz主频）
  3. 启用PA1(输入)、PA3(输出)
  4. 配置I2C1（标准模式，400kHz）
  5. 生成Keil工程

关键外设初始化代码片段：

// HX711 GPIO初始化 void HX711_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // DOUT配置为上拉输入 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // SCK配置为推挽输出 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_3; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); }

3. HX711驱动开发与优化

3.1 基础数据读取实现

HX711工作时序关键点：

  • DOUT变低后开始时钟脉冲
  • 前24个脉冲读取数据（MSB优先）
  • 第25-27个脉冲设置下次转换的通道和增益

原始数据读取函数：

int32_t HX711_Read(void) { int32_t data = 0; while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET); for(uint8_t i=0; i<24; i++) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET); delay_us(1); data <<= 1; HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); delay_us(1); if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_SET) { data++; } } // 设置下次为通道A，128增益 for(uint8_t i=0; i<1; i++) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET); delay_us(1); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); delay_us(1); } return data ^ 0x800000; // 转换补码 }

3.2 数据稳定性优化策略

常见干扰来源及解决方案：

  1. 电源噪声：

    • 在HX711的VCC和GND之间加100μF电解电容
    • 并联0.1μF陶瓷电容去高频噪声

  2. 机械振动：

    • 采用滑动平均滤波算法
    • 代码实现示例：
#define SAMPLE_NUM 10 int32_t HX711_GetStableValue(void) { int64_t sum = 0; for(uint8_t i=0; i<SAMPLE_NUM; i++) { sum += HX711_Read(); delay_ms(5); } return (int32_t)(sum / SAMPLE_NUM); }
  1. 温度漂移：
    • 每次上电后自动去皮
    • 设置定期自动校准功能

4. 称重算法与用户界面实现

4.1 重量换算算法

校准流程数学模型：

  1. 测量空载时的ADC值（Tare）
  2. 放置已知重量M的标准砝码，测得ADC值（Cal）
  3. 计算线性系数：k = (Cal - Tare)/M
  4. 实际重量 = (当前读数 - Tare)/k

校准函数实现：

float weight_g = 0; int32_t tare_value = 0; float calibration_factor = 0; void HX711_Calibrate(float known_weight) { int32_t raw = HX711_GetStableValue(); calibration_factor = (raw - tare_value) / known_weight; } float HX711_GetWeight(void) { int32_t raw = HX711_GetStableValue(); return (raw - tare_value) / calibration_factor; }

4.2 OLED界面设计

显示内容规划：

  • 主界面：当前重量（大字体）+单位
  • 次级信息：电池电量、采样率
  • 菜单界面：校准模式、单位切换

使用u8g2图形库的显示示例：

void OLED_ShowWeight(float weight) { char buf[16]; u8g2_ClearBuffer(&u8g2); u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_inb38_mr); sprintf(buf, "%.1f", weight); u8g2_DrawStr(&u8g2, 10, 50, buf); u8g2_SetFont(&u8g2, u8g2_font_6x10_mr); u8g2_DrawStr(&u8g2, 100, 50, "g"); u8g2_SendBuffer(&u8g2); }

5. 系统集成与调试技巧

5.1 常见问题排查指南

问题1：读数不稳定

  • 检查电源滤波电容是否足够
  • 尝试降低HX711采样率到10Hz
  • 确保传感器安装牢固无晃动

问题2：OLED显示异常

  • 确认I2C地址正确（通常0x3C或0x78）
  • 检查上拉电阻是否接好
  • 降低I2C时钟频率测试

问题3：线性度差

  • 检查传感器量程是否合适
  • 确保校准砝码精度足够
  • 验证机械结构无摩擦阻力

5.2 进阶优化方向

  1. 低功耗设计：

    • 使用STM32的停机模式
    • 定时唤醒采样
    • 动态调整OLED刷新率

  2. 多单位切换：

    • 实现g/oz/lb等单位换算
    • 保存用户偏好到Flash

  3. 数据记录功能：

    • 添加EEPROM存储历史数据
    • 通过串口导出到PC
// 简易数据记录实现示例 void SaveToEEPROM(float weight) { static uint16_t addr = 0; uint32_t temp = (uint32_t)(weight * 10); HAL_FLASH_Unlock(); __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_PGERR | FLASH_FLAG_WRPRTERR); FLASH_ErasePage(0x0800FC00); HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, 0x0800FC00 + addr, temp); addr += 4; HAL_FLASH_Lock(); }

6. 成品制作与外壳设计

6.1 结构设计建议

材料选择对比表：

材料类型优点缺点适用场景
亚克力美观、易加工强度一般桌面使用
铝合金坚固耐用加工难度大工业环境
3D打印造型自由表面粗糙原型开发

推荐布局方案：

  • 上层：称重平台（尺寸建议8x8cm）
  • 中层：传感器固定层
  • 下层：电子仓（STM32+OLED）

6.2 电源管理优化

供电方案对比：

  1. USB供电：

    • 优点：稳定可靠
    • 缺点：移动性差

  2. 锂电池方案：

    • 推荐18650电池+充电模块
    • 添加电量检测功能
    • 代码示例：
float GetBatteryVoltage(void) { HAL_ADC_Start(&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10); uint16_t adc = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); return (adc * 3.3 / 4095) * (R1 + R2) / R2; // 分压电阻计算 }
  1. 低功耗提示：
    • 电压低于3.3V时OLED显示警告
    • 自动进入休眠模式

7. 项目扩展与进阶应用

7.1 蓝牙无线传输

添加HC-05模块实现：

  1. 串口连接STM32的USART1
  2. AT指令配置模块参数
  3. 实现重量数据无线传输

示例通信协议设计：

{ "device": "SmartScale", "weight": 125.3, "unit": "g", "timestamp": 1625097600 }

7.2 云端数据对接

通过ESP8266实现：

  1. 连接WiFi网络
  2. 使用MQTT协议上传数据
  3. 阿里云IoT平台接入示例：
void UploadToCloud(float weight) { char cmd[128]; sprintf(cmd, "AT+MQTTPUB=0,\"/scale/data\",\"{\\\"weight\\\":%.1f}\",0,0\r\n", weight); HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)cmd, strlen(cmd), 1000); }

7.3 商业级改进建议

  1. 生产优化：

    • 改用SMT贴片元件
    • 设计PCB整合所有模块
    • 通过EMC测试

  2. 功能增强：

    • 添加触摸按键
    • 实现自动累加计重
    • 支持多用户模式

  3. 认证考虑：

    • 计量器具认证（OIML R76）
    • CE/FCC电磁兼容认证
    • RoHS环保认证

在完成这个项目后，我发现最影响精度的往往不是代码问题，而是机械结构和电源质量。有一次调试时读数总是漂移，最后发现是USB线质量太差导致供电不稳。改用锂电池供电后，精度立即稳定在0.2g以内。另一个实用建议是：在校准时，最好使用多个标准砝码分段校准（如100g、500g、1kg），这样能在全量程范围内获得更好的线性度。

http://www.jsqmd.com/news/991149/

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