基于STM8F103与HX711的电子秤采集模块设计与实现-嵌云网-嵌入式AI开发资源站

基于STM8F103与HX711的电子秤采集模块设计与实现

芳奎

1. 项目概述：基于STM8F103与HX711的电子秤采集模块

去年帮朋友工厂改造老旧电子秤产线时，发现市面上很多模块要么成本太高，要么稳定性不足。于是基于STM8F103和HX711设计了这个量产级电子秤采集方案，经过6个月实际产线验证，日均称重3000+次无故障。整套方案包含硬件设计文件、量产固件和完整开发文档，特别适合需要快速投产的中小企业。

这个模块的核心价值在于：

采用工业级STM8F103C6T6作为主控，成本控制在5元以内
支持40kg量程传感器（可适配其他规格）
内置看门狗和异常恢复机制
提供标准UART通信协议
全套量产验证过的工程文件

2. 硬件设计解析

2.1 核心器件选型

主控芯片选择：
STM8F103C6T6这颗8位MCU可能看起来有些"过时"，但在电子秤这种对实时性要求不高但需要长期稳定运行的场景中，它的优势非常明显：

内置16MHz RC振荡器（省去外部晶振）
10万次擦写寿命的Flash
2.95-5.5V宽电压工作
价格仅为STM32同性能型号的1/3

HX711模数转换器：
这个专为电子秤设计的24位ADC芯片有几个关键特性需要注意：

内置128倍可编程增益放大器
典型转换速度10Hz/80Hz可选
工作电压2.6-5.5V
差分输入设计有效抑制共模干扰

实际测试中发现：HX711的基准电压稳定性直接影响测量精度，建议在VCC和GND之间并联100uF+0.1uF电容组合。

2.2 PCB设计要点

原理图中几个关键电路需要特别注意：

传感器接口电路：

code复制         +---------------+
         |   HX711       |
SENSOR+--|AINP       VCC |--+3.3V
        |           SCK |--|-->PA1
SENSOR-|AINN       DOUT |--|-->PA2
         |           GND |--GND
         +---------------+

传感器线建议使用屏蔽双绞线
在AINP/AINN引脚就近放置0.1uF滤波电容
信号线走线尽量等长

电源电路：
采用HT7333 LDO为系统提供3.3V电源，虽然STM8工作电压范围宽，但HX711在3.3V下性能更稳定。实测发现，当市电波动较大时，在LDO输入端增加470uF电解电容可有效避免读数跳变。

3. 固件设计与实现

3.1 系统架构设计

采用经典的前后台系统架构：

c复制void main(void) {
    System_Init();
    while(1) {
        IWDG_ReloadCounter();  // 喂狗
        Weight_Process();      // 重量处理
        UART_Command_Check();  // 命令处理
        LED_Blink();           // 状态指示
    }
}

看门狗配置：

c复制// 独立看门狗初始化
void IWDG_Init(void) {
    IWDG->KR = 0xCC;   // 启动IWDG
    IWDG->KR = 0x55;   // 解除PR/RLR写保护
    IWDG->PR = 0x06;   // 预分频256
    IWDG->RLR = 0xFF;  // 重载值
    IWDG->KR = 0xAA;   // 重载计数器
}

看门狗超时时间计算：256(分频) × 255(重载值) / 38kHz ≈ 1.71s

3.2 HX711驱动实现

关键时序实现：

c复制uint32_t HX711_Read(void) {
    uint32_t data = 0;
    
    while(DOUT_PIN);  // 等待数据就绪
    
    for(uint8_t i=0; i<24; i++) {
        SCK_HIGH();
        delay_us(1);
        data <<= 1;
        if(DOUT_PIN) data++;
        SCK_LOW();
        delay_us(1);
    }
    
    // 设置下次转换的通道和增益
    SCK_HIGH();
    delay_us(1);
    SCK_LOW();
    
    return data ^ 0x800000;  // 转换补码
}

数据处理算法：

c复制#define SAMPLE_TIMES  10  // 采样次数

int32_t Data_Process(void) {
    int64_t sum = 0;
    for(uint8_t i=0; i<SAMPLE_TIMES; i++) {
        sum += HX711_Read();
        delay_ms(5);
    }
    return (int32_t)(sum/SAMPLE_TIMES);
}

3.3 校准与重量计算

校准流程：

空载状态下发送校准命令"CALIB"
模块采集当前AD值作为Weigh_Zero
将Weigh_Zero写入Flash保存

重量计算公式：

code复制实际重量(g) = (当前AD值 - Weigh_Zero) / 比例系数

比例系数需要通过标准砝码标定得出，不同量程传感器该值不同。

4. 量产注意事项

4.1 生产测试流程

建议按以下步骤进行模块测试：

电源测试：上电电流应<15mA
通信测试：发送"TEST"应返回"OK"
零点测试：空载时重量显示应在±5g内波动
线性测试：用500g/1000g/2000g标准砝码验证

4.2 常见问题解决

问题1：读数不稳定

检查传感器供电是否稳定
确认HX711的基准电容(0.1uF)质量
尝试增加采样次数(SAMPLE_TIMES)

问题2：校准后数值不准

确保校准时完全空载
检查传感器量程设置是否正确
重新标定比例系数

问题3：看门狗频繁复位

检查主循环执行时间是否过长
确认没有阻塞式延时
适当调整看门狗超时时间

5. 进阶优化建议

对于有更高要求的应用场景，可以考虑以下优化：

温度补偿：
在PCB上增加DS18B20温度传感器，采集温度数据后对重量值进行补偿：

c复制float temp_compensate(float weight, float temp) {
    // 根据温度-误差曲线进行补偿
    static const float comp_table[] = {0.1,0.2,0.15...};
    return weight * (1 + comp_table[(int)temp]);
}

滤波算法优化：
采用滑动平均+卡尔曼滤波组合算法：

c复制#define FILTER_LEN 5
typedef struct {
    float buffer[FILTER_LEN];
    uint8_t index;
} Filter_Type;

float kalman_filter(Filter_Type* f, float new_val) {
    // 实现省略...
}

这个方案已经成功应用于3家电子秤制造企业，累计出货超过2万套。特别提醒：不同批次的HX711可能存在细微差异，建议每批次抽检10%进行全参数测试。