基于STM32的电子秤制作教程

适用场景

基于STM32的电子秤制作项目是一个极具实用价值的嵌入式系统开发案例，适用于多个应用场景：

教育学习场景：该项目是学习嵌入式系统开发的绝佳实践案例，涵盖了STM32微控制器编程、传感器接口技术、数据采集处理、显示控制等多个核心知识点。对于电子工程、自动化、计算机等相关专业的学生来说，这是一个综合性很强的实践项目。

工业应用场景：在工业生产中，高精度电子秤广泛应用于物料称重、质量检测、配料控制等环节。基于STM32的解决方案具有成本低、精度高、稳定性好的特点，适合中小型企业的自动化改造需求。

商业零售场景：超市、菜市场、快递物流等行业都需要使用电子秤进行商品称重和计价。本项目可以实现基本的称重、去皮、单价设置和金额计算功能，满足商业应用的基本需求。

个人DIY场景：对于电子爱好者和创客来说，这是一个很好的DIY项目。通过制作自己的电子秤，可以深入了解传感器原理、信号处理算法和嵌入式系统设计。

适配系统与环境配置要求

硬件要求

核心控制器：推荐使用STM32F103系列（如STM32F103C8T6），该系列具有丰富的外设接口和足够的处理能力，价格适中且资源丰富。

称重传感器：采用HX711模块配合应变式称重传感器。HX711是专为电子秤设计的24位模数转换器，具有高精度和低噪声特性。

显示设备：可选择OLED显示屏（128×64分辨率）或LCD1602液晶屏，前者显示效果更好，后者成本更低。

其他组件：包括矩阵键盘用于输入操作、电源模块（5V/3.3V）、连接线材以及必要的电阻电容等被动元件。

软件开发环境

开发工具：STM32CubeIDE是官方推荐的集成开发环境，支持代码生成、编译、调试等功能。也可使用Keil MDK或IAR EWARM等商业工具。

编程语言：使用C语言进行开发，需要熟悉STM32的HAL库或标准外设库。

调试工具：需要JTAG/SWD调试器（如ST-Link）进行程序下载和在线调试。

资源使用教程

硬件连接指南

HX711模块连接：

• 将称重传感器的四根线（红、黑、白、绿）正确连接到HX711模块的对应端子
• HX711的VCC接5V，GND接地
• DT（数据线）连接到STM32的GPIO输入引脚
• SCK（时钟线）连接到STM32的GPIO输出引脚

显示模块连接：

• OLED通常使用I2C接口，连接STM32的I2C引脚（如PB6/PB7）
• LCD1602可使用4位或8位并行接口，需要占用多个GPIO引脚

键盘连接：

• 矩阵键盘通常需要8个GPIO引脚（4行4列）
• 也可使用独立按键实现基本功能

软件编程步骤

1. 初始化配置 使用STM32CubeMX进行引脚配置和时钟设置，生成基础工程框架。

2. HX711驱动实现 编写HX711的读写时序控制函数，确保24位数据的正确读取：

uint32_t HX711_Read(void) {
    uint32_t data = 0;
    HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    while(HAL_GPIO_ReadPin(DT_GPIO_Port, DT_Pin) == GPIO_PIN_SET);
    
    for(int i = 0; i < 24; i++) {
        HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_SET);
        data <<= 1;
        if(HAL_GPIO_ReadPin(DT_GPIO_Port, DT_Pin) == GPIO_PIN_SET) {
            data++;
        }
        HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    }
    return data ^ 0x800000;
}

3. 数据处理算法 实现数据滤波和重量转换算法，使用移动平均滤波提高稳定性：

float get_filtered_weight(void) {
    static float weights[10];
    static int index = 0;
    float sum = 0;
    
    weights[index] = raw_to_weight(HX711_Read());
    index = (index + 1) % 10;
    
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        sum += weights[i];
    }
    return sum / 10;
}

4. 校准程序 实现自动校准功能，使用已知重量进行标定：

void calibrate_scale(float known_weight) {
    float raw_value = get_filtered_weight();
    calibration_factor = raw_value / known_weight;
    save_calibration_data(); // 保存到EEPROM或Flash
}

常见问题及解决办法

读数不稳定问题

现象：电子秤显示数值跳动较大，无法稳定 原因分析：电源噪声、机械振动、连接线松动、接地不良 解决方案：

• 使用稳定的线性电源供电，避免开关电源的纹波干扰
• 增加软件滤波算法，如移动平均滤波或卡尔曼滤波
• 确保所有连接牢固，传感器安装稳定
• 改善接地设计，减少电磁干扰

校准精度问题

现象：校准后测量结果仍有较大误差 原因分析：校准方法不当、传感器非线性、温度影响 解决方案：

• 使用多个已知重量点进行分段校准
• 实现温度补偿算法，考虑环境温度变化
• 检查传感器安装是否水平，避免偏载误差
• 使用更高精度的参考重量进行校准

显示异常问题

现象：LCD或OLED显示异常或无法显示 原因分析：初始化顺序错误、通信时序问题、硬件连接错误 解决方案：

• 检查显示模块的初始化代码和通信协议
• 确认I2C或SPI的时钟频率设置正确
• 使用逻辑分析仪检查通信时序
• 检查电源电压是否满足显示模块要求

响应速度问题

现象：称重响应过慢，用户体验差 原因分析：滤波算法过于保守、采样频率过低 解决方案：

• 优化滤波算法参数，平衡稳定性和响应速度
• 提高HX711的采样频率（10Hz或80Hz模式）
• 使用自适应滤波算法，根据信号变化动态调整

电源管理问题

现象：电池供电时工作时间短 原因分析：功耗优化不足、电源管理策略缺失 解决方案：

• 使用STM32的低功耗模式，在空闲时进入睡眠状态
• 优化显示背光控制，降低显示功耗
• 选择低功耗的显示模块和传感器
• 实现自动关机功能，长时间无操作自动关闭

通过以上详细的教程和问题解决方案，基于STM32的电子秤制作项目不仅能够帮助开发者掌握嵌入式系统开发的核心技能，还能在实际应用中发挥重要作用。这个项目体现了理论知识与实践应用的完美结合，是嵌入式学习道路上不可或缺的重要实践。