簡介在稱重類嵌入式項目中HX711憑借高精度與簡單接口被廣泛使用。這套基于STM32CubeMX與HAL庫的壓力傳感器工程面向嵌入式開發(fā)者覆蓋了從CubeMX初始化、HX711驅動到串口與OLED顯示的完整流程。項目針對5Kg量程傳感器實現24位AD轉換自動去皮并按GapValue系數換算克重實測既可通過串口助手實時查看數據也能在1.3寸帶字庫OLED屏上同步顯示。壓縮包共1278個文件以C源文件、頭文件為主兼有啟動文件、鏈接腳本、Keil工程配置及編譯產物整體約24MB工程結構完整便于直接導入學習或按需移植。已有5531人學習下載資源內對壓力傳感器及OLED接線如DT接PA5、SCK接PA6的說明清晰校準方法簡單有效是兼顧入門實操與工程參考的優(yōu)質資料。1. 項目整體思路與方案選型1.1 這套方案解決什么問題做嵌入式開發(fā)的朋友應該都遇到過這種需求要做一個稱重或者壓力檢測相關的小設備傳感器數據得能實時看到最好還能在屏幕上直接顯示出來。我最初開始搗鼓HX711的時候市面上能找到的資料散得不成樣子要么是標準庫的老代碼要么網上扒下來的例程跑起來數據亂跳壓根不知道該信誰。HX711是海芯半導體推出的一款24位高精度A/D轉換芯片專門為電子秤、壓力檢測這類橋式傳感器應用設計。和ADS1232、MCP3561這些同類芯片比HX711最大的優(yōu)勢是外圍電路極簡內部集成了穩(wěn)壓電源、時鐘振蕩器和放大電路接上傳感器之后幾乎不用搭額外的東西就能工作。我挑選這款芯片來做壓力檢測項目核心原因就是它的24位采樣精度配上合適的濾波算法完全能滿足多數稱重場景的量程和分辨率需求。這套方案的完整鏈路是這樣壓力傳感器把重量變化轉成微弱的差分電壓信號HX711對信號進行放大和24位AD轉換STM32通過GPIO模擬時序把數據讀出來一邊通過串口把原始數據和換算后的重量值發(fā)到電腦上的串口調試助手另一邊把處理結果送到OLED屏幕上顯示。整個鏈路覆蓋了從模擬信號采集、數字信號處理到人機交互顯示的全流程做學習項目或者產品原型都非常合適。1.2 為什么選STM32CubeMX加HAL庫這套組合早些年用標準庫寫STM32程序最痛苦的事情就是初始化外設。每次新建一個工程時鐘樹配置、GPIO模式設定、串口參數初始化這些代碼全靠手寫一不留神就出錯。我曾因為RCC時鐘配置少了一個分頻系數愣是調了一整天才發(fā)現外設主頻不對。STM32CubeMX的出現把這個問題徹底解決了。它把引腳分配、時鐘配置、外設參數初始化全部圖形化鼠標點一點就能生成完整的初始化代碼而且生成的工程結構清晰規(guī)范特別適合做項目原型快速驗證。配套的HAL庫把硬件操作抽象成統(tǒng)一的API接口換芯片型號的時候只要重新生成工程大部分應用層代碼能直接復用。HX711模塊本身并不復雜但是有個容易被新手忽略的問題它雖然也叫串行接口但并不是標準的I2C或SPI協議而是兩線制的自定義時序DOUT輸出數據、PD_SCK輸入時鐘。初始化的時候根本沒有寄存器配置這一步只要兩個GPIO引腳就能跑起來。但是別被這種簡單迷惑了這個芯片說實話不好對付關鍵就在時序細節(jié)和數據處理上。CubeMX加HAL庫恰好能把底層外設配置這塊快速搞定讓我把精力集中到HX711時序和數據處理上。2. 硬件準備與接線要點2.1 完整硬件清單我用的是最簡單的組合方案全部器件加起來成本不高適合大家照著復刻器件型號/規(guī)格數量用途主控板STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板1核心控制稱重傳感器電阻應變式壓力傳感器量程5kg1信號源AD轉換模塊HX711模組1信號采集轉換顯示屏0.96寸I2C接口OLEDSSD13061數據顯示USB轉串口模塊CH340方案1串口通信杜邦線母對母、公對母若干若干接線連接選擇STM32F103C8T6這款芯片的原因是它性價比高網上資料多而且CubeMX對它的支持很完善。我不建議一上來就使用復雜的芯片如果一個最基礎的方案都跑不順后面排查問題會很痛苦。2.2 接線方式與電源注意事項完整的接線對應關系如下HX711與STM32的連接VCC接5V建議和傳感器共用穩(wěn)壓電源GND接GNDDT數據輸出接PA6SCK時鐘輸入接PA5。OLED與STM32的連接VCC接3.3VGND接GNDSCL接PB6I2C1時鐘線SDA接PB7I2C1數據線。USB轉串口模塊與STM32的連接TXD接PA10USART1_RXRXD接PA9USART1_TXGND接GND。這里有一個很多人都會踩的坑。HX711模塊板上通常有一個穩(wěn)壓芯片給傳感器供電的AVDD可以承受較大的電壓范圍所以VCC接5V問題不大。但是如果你用的是那種沒有板載穩(wěn)壓的裸片HX711供電電壓就不能超過5V否則很容易燒芯片。我之前圖省事直接從一個壞的充電寶上拆的鋰電池供電結果續(xù)航和穩(wěn)定性都出問題后來又老老實實換回USB供電才穩(wěn)定下來。另外一個容易出現的問題是杜邦線接觸不良造成的偶發(fā)性數據跳變這也是排查時需要留意的重點。實際接線時還有一個容易忽視的細節(jié)HX711的模擬電源和數字電源之間要加去耦電容模塊上一般已經貼好了。如果你自己畫板子記得在靠近VCC引腳的位置放一個10uF電解電容加一個100nF陶瓷電容并聯不然采樣數據會容易受到紋波干擾導致讀數不穩(wěn)定。3. STM32CubeMX配置流程3.1 工程初始化與時鐘配置打開STM32CubeMX新建工程后搜索并選擇STM32F103C8Tx芯片接著就要進行關鍵的配置了。我習慣先把時鐘樹配置好因為后續(xù)外設的波特率、定時器精度都是從系統(tǒng)時鐘分頻出來的如果主頻不對串口數據可能會產生亂碼而很難發(fā)現。在RCC選項卡里把HSE高速外部時鐘設置為Crystal/Ceramic Resonator因為我們用的是最小系統(tǒng)板上的8MHz晶振。然后切換到Clock Configuration頁面在HCLK輸入框填72回車讓軟件自動計算分頻系數。這個操作會自動把PLL倍頻到72MHz也就是STM32F103的最高主頻。如果在這一步遇到了HCLK數字變紅的情況通常說明分頻配置有沖突需要檢查APB1和APB2的分頻設置APB1最大36MHzAPB2最大72MHz。3.2 GPIO引腳配置在Pinout Configuration頁面先點擊芯片圖上的PA5和PA6分別設置為GPIO_Output和GPIO_Input。PA5對應的是HX711的SCK時鐘引腳設置為推挽輸出、無上下拉、輸出速度Low就夠用了。PA6對應DT數據引腳設置為輸入模式這里我同樣不開啟上下拉。很多人可能會問為什么SCK的輸出速度不選High因為HX711本身是低速器件時鐘頻率要求不超過幾百千赫茲選擇Low輸出速度反而能減小信號邊沿的振鈴現象對信號完整性有好處。我在調試中發(fā)現把輸出速度改成High之后用示波器可以觀察到SCK邊沿有明顯的過沖雖然不影響邏輯判斷但對EMC不友好。OLED那邊需要在I2C選項卡里面把I2C1啟用選擇Standard Mode即可I2C速度100K就行不用開Fast Mode。OLED屏的I2C時序要求不高標準模式跑得很穩(wěn)定開Fast Mode反而容易因為上拉電阻阻值不合適導致通信錯誤。3.3 串口配置和中斷優(yōu)先級在USART1選項卡里把Mode設置為Asynchronous異步模式波特率填115200數據寬度8位無校驗1位停止位這是最通用的串口參數組合。USART1的引腳默認就在PA9和PA10上如果之前被其他功能占用需要先釋放。串口這塊我建議你在CubeMX里直接打開中斷NVIC Settings里使能USART1 global interrupt。雖然我下面的代碼主要用阻塞式發(fā)送和接收但實際項目中經常需要用中斷或DMA收發(fā)不定長數據先把中斷配置好后面擴展功能會方便很多。DMA方式接收不定長數據是我后來才搞明白的高級玩法。簡單說就是用串口的空閑中斷配合DMA接收這樣不需要預先知道一幀數據的長度。但是第一次做HX711項目沒必要一上來就上DMA先用阻塞式串口發(fā)送數據把整個鏈路跑通再考慮優(yōu)化傳輸方式這樣排查問題會容易得多。3.4 生成工程代碼在Project Manager頁面Toolchain選擇MDK-ARM V5這樣生成的是KEIL工程。這里有個小坑如果你電腦裝的是KEIL V5.36以上版本建議在CubeMX的這個頁面把Minimum Firmware Package版本改成和固件庫版本匹配否則打開工程時可能會提示固件包版本太舊還要額外去更新比較麻煩。生成工程前記得檢查一下Code Generator里的配置勾選Generate peripheral initialization as a pair of .c/.h files per peripheral這樣會把每個外設的初始化代碼單獨放在對應文件中方便閱讀和維護。如果不勾選所有初始化函數會全部堆在main.c文件里后期想改某個外設配置就得在main.c里翻半天。4. HX711驅動代碼實現與原理4.1 HX711時序協議深度解析HX711的通信時序比較特殊它不像I2C那樣有地址和設備號的概念通信接口只有兩根線DOUT和PD_SCK。DOUT是數據輸出線PD_SCK是時鐘輸入線同時也是掉電控制線。平時DOUT保持高電平當芯片完成一次AD轉換后DOUT會被拉低這時候主控開始發(fā)送時鐘脈沖讀取數據。讀取邏輯并不復雜當檢測到DOUT引腳變?yōu)榈碗娖秸f明轉換數據已經準備好此時PD_SCK每產生一個上升沿DOUT引腳就會輸出一位數據。芯片總共需要發(fā)送25個時鐘脈沖前24個用于移出24位轉換結果數據從最高位開始輸出第25個脈沖的作用是把DOUT拉高讓它回到高電平狀態(tài)為下一次轉換做準備。這里有一個新手極易出錯的細節(jié)如果你在第24個脈沖之后不發(fā)送第25個脈沖DOUT會一直保持低電平芯片不會開始下一次轉換。我之前調試的時候屏幕上的重量值一直顯示0加砝碼也沒反應排查了很久才發(fā)現是少打了一個脈沖導致芯片根本沒有進入下一次轉換周期。如果你也遇到了一直顯示0或者數據不更新的情況優(yōu)先查一下這個位置。另外關于有效位數的處理HX711硬件上雖然聲稱是24位ADC但實際有效的位數受噪聲影響遠遠達不到24位常見說法是當輸出速率在10Hz時有效分辨率大約在18到20位左右和增益倍數設置也有關系。所以很多工程師會把采集到的24位原始數據低幾位丟棄用來濾掉噪聲抖動。我實測下來直接丟棄低兩位的采樣結果穩(wěn)定性就會有一個比較明顯的提升尤其在傳感器靜止時讀數會更穩(wěn)。4.2 GPIO模擬時序讀取核心代碼在我們用HAL庫的環(huán)境下直接在main.c里添加以下代碼塊。核心讀取函數如下// hx711.c #include hx711.h // 讀取一次HX711原始數據 uint32_t HX711_Read(void) { uint32_t value 0; uint8_t i 0; // 等待DOUT變低表示數據已準備好 // 如果DOUT一直為高說明芯片可能未正常工作或SCK信號異常 while(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_GPIO_Port, HX711_DOUT_Pin) GPIO_PIN_SET); for(i 0; i 24; i) { HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); value value 1; if(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_GPIO_Port, HX711_DOUT_Pin) GPIO_PIN_SET) { value; } HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); } // 發(fā)送第25個脈沖讓DOUT恢復高電平開啟下一次轉換 HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(1); HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_GPIO_Port, HX711_SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); return value; }這段代碼里面有個值得留意的點value變量用32位無符號整數保存24位數據這是有意為之的選擇——HX711輸出的數據是二進制補碼形式最高位是符號位直接把左移后的結果存進去后續(xù)用有符號類型轉換就能正確處理正負值。如果在這里用了16位變量正數部分可能溢出負數部分更會出錯。第25個脈沖后面的HAL_Delay(1)是我加的一個保險。理論上第25個脈沖發(fā)送完芯片就會立即開始下一次轉換但考慮到芯片內部狀態(tài)切換需要一點時間延時1毫秒能確保下一次調用讀取函數時DOUT狀態(tài)已經恢復到高電平。如果不加這個延時在某些情況下可能剛進入下次讀取的等待循環(huán)時DOUT還沒來得及變高直接跳過了等待造成數據錯位。實測下來加了這個延時后連續(xù)讀取數據的穩(wěn)定性明顯提升。4.3 多次采樣濾波與重量轉換單次讀取的數據抖動非常大即使傳感器靜止不動低位數值也會來回跳動。解決辦法是用滑動平均濾波連續(xù)讀取多次去掉最大值和最小值剩下的求平均。這樣一來脈沖干擾和瞬時噪聲都能被過濾掉。我在代碼里用了一個簡單的濾波函數// 連續(xù)讀取n次去掉最大最小值后取平均 uint32_t HX711_Read_Average(uint8_t times) { uint32_t sum 0; uint32_t max 0, min 0xFFFFFFFF; uint32_t value 0; uint8_t i 0; for(i 0; i times; i) { value HX711_Read(); if(value max) max value; if(value min) min value; sum value; } // 如果采樣次數小于等于2去掉最大最小會導致沒數據可用 if(times 2) { sum sum - max - min; return sum / (times - 2); } else { return sum / times; } }調用這個濾波函數時次數建議設在5到10次之間取太少噪聲濾不干凈取太多則實時性變差。根據我的實測數據采樣速率設置為10Hz時一次濾波函數調用大約耗時80毫秒在稱重這類對實時性要求不高的場景下完全夠用。如果你要做的是動態(tài)稱重需要更快的響應速度采樣次數就要適當降低或者改用中值濾波效果也還不錯。接下來就是關鍵的標定環(huán)節(jié)。HX711輸出的是24位原始數字量要換算成實際重量必須進行兩點標定先記錄空載時的零點值然后放上一個已知重量的砝碼記錄帶載值。利用這兩個數據點就能推算出每單位ADC讀數對應的實際重量值。標定代碼如下// 全局變量標定后存儲 int32_t offset_value 0; // 空載零點值 float scale_factor 0.0f; // 單位讀數對應的重量單位克 // 標定函數empty_offset為空載采樣值known_weight為砝碼重量克 // full_scale為放砝碼時采樣值 void HX711_Calibrate(int32_t empty_offset, int32_t full_scale, float known_weight) { offset_value empty_offset; // 除以0保護 if(full_scale ! empty_offset) { scale_factor known_weight / (float)(full_scale - empty_offset); } else { scale_factor 0.0f; } } // 獲取實際重量 float HX711_Get_Weight(void) { int32_t reading (int32_t)HX711_Read_Average(5) - offset_value; return (float)reading * scale_factor; }關于這個轉換關系需要解釋一下scale_factor的單位是克/ADC讀數它取決于傳感器的量程和靈敏度。我手上這個5kg量程的傳感器實測標定后scale_factor大約在0.0006克/ADC讀數附近也就是說ADC讀數變化大約1670左右對應1克。不同傳感器這個值差異很大同一個傳感器在不同增益倍數下也不一樣所以每換一個傳感器或者調整增益后都需要重新標定。4.4 負值處理和零點漂移的修正很多人做稱重時還會遇到一個問題空載時讀數不為零。這里面的原因比較復雜可能是傳感器本身的零點偏移也可能是HX711輸入的差分電壓有一個微小的偏置。標定時把空載采樣值直接當作offset_value記錄下來就能把零點漂移抵消掉了。但是這里還有一個在去皮操作中的常見問題如果把傳感器上面的托盤或者容器也放在秤臺上進行零點標定后來換了一個更重的托盤零點就會偏移。正確的做法是每次開機后等系統(tǒng)穩(wěn)定先獲取一次空載值更新offset_value然后再開始稱重。我在代碼里就是這么設計的上電后延時等傳感器穩(wěn)定然后做一次自動零點校準。另外一個值得警惕的現象是如果讀取到的重量值不是正數而是負數需要檢查采樣數據的符號位處理是否有問題。我剛才說了HX711是補碼輸出當讀到的原始值大于0x800000時說明是負值需要手動將其轉換為負數才能正確計算或者用以下方式處理int32_t raw_signed (int32_t)HX711_Read_Average(5); // 如果是24位符號數需要手動擴展符號位 if(raw_signed 0x800000) { raw_signed raw_signed | 0xFF000000; }如果你不做這個符號擴展最典型的癥狀就是傳感器上面放個重物讀數正常但用手往下壓傳感器時讀到的重量卻是一個很大的正數而不是負數。做過電子秤項目的朋友應該對這個現象不陌生。5. 串口輸出與OLED屏幕顯示5.1 串口printf重定向把數據通過串口發(fā)到電腦上最方便的方式就是重定向printf函數。在HAL庫環(huán)境下這里需要自己實現一個fputc函數底層調用HAL_UART_Transmit// 重定向printf到串口1 int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(huart1, (uint8_t *)ch, 1, 0xFFFF); return ch; }然后就可以直接用printf來輸出數據了printf(Weight: %.2f g\r\n, weight);在CubeMX生成的main.c里別忘了在main函數開頭添加#include stdio.h這個重定向的思路和標準庫在PC平臺的原生printf不太一樣它實質上是將字符逐個通過串口發(fā)送出去。有一點需要注意如果使用微庫MicroLIBprintf處理和這個方式略有不同。在KEIL工程配置的Target選項卡里勾選Use MicroLIB通常就不需要額外實現fputc了有時會導致重定向不生效所以建議你在工程里把MicroLIB勾上然后在代碼里再實現fputc雙保險。實際調試時我發(fā)現用USART1發(fā)數據在115200波特率下一幀大約幾十個字符傳輸時間在幾毫秒量級完全不會阻塞業(yè)務流程。5.2 用串口調試助手看數據連接好USB轉串口模塊后在電腦上安裝CH340的驅動程序打開串口調試助手OpenJPort或者網上隨便一個都行選擇對應的COM口波特率設置為115200數據位8、停止位1、無校驗點擊打開串口。如果一切正常串口調試助手里就能看到不斷刷新的重量數據。這里有個地方需要注意有些USB轉串口模塊和STM32之間需要共地否則串口數據會隨機出錯甚至完全收不到數據。接線的時候一定要把GND連上這一條經驗適用于所有串口通信場景。另外如果你的串口調試助手打開串口后沒有反應優(yōu)先檢查設備管理器里COM口號是否正確以及是否被其他程序占用。如果你的操作系統(tǒng)是Windows 10/11CH340驅動通常會自動安裝但個別精簡版系統(tǒng)可能需要手動安裝。注意千萬不要裝錯成CH341的驅動雖然名字像但芯片不通用。遇到驅動安裝失敗的情況可以先更換USB口有些劣質USB口的供電能力不足也會導致USB轉串口芯片無法工作。5.3 OLED屏幕初始化與顯示代碼OLED屏幕我用的是0.96寸SSD1306方案I2C接口方式。在CubeMX中已經配置好了I2C1所以OLED的初始化就變得非常簡單。因為SSD1306的內部驅動邏輯已經很成熟通常我們需要一對基礎的初始化命令序列和數據寫入操作。OLED顯示這塊有兩種常見方案硬件I2C和軟件模擬I2C。硬件I2C的優(yōu)點是CPU占用少但是有一個經典坑如果模塊上的I2C地址不對初始化后屏幕沒有任何反應。SSD1306的I2C地址常見是0x3C或0x3D一般由模塊背面的電阻決定。我手里這個模塊是0x3C如果你的屏幕不亮先確認一下模塊的地址是不是和代碼里一致。核心的OLED顯示流程包括發(fā)送初始化命令序列、設置顯示坐標、寫入顯示緩存數據三個步驟。我先用一塊128x64的OLED屏每次更新的時候把要顯示的內容轉換成位圖數據然后通過I2C寫入SSD1306的顯存屏幕就會刷新。下面是一個簡化的OLED顯示重量信息的核心片段// oled.c 部分代碼 void OLED_ShowWeight(float weight) { char buf[32]; sprintf(buf, Weight:%.2fg, weight); OLED_Clear(); OLED_ShowString(0, 0, buf); OLED_Refresh(); }SSD1306內部有一塊顯示RAM大小為128*64/81024字節(jié)每8個像素點對應一個字節(jié)。操作的時候需要先通過命令設置頁地址和列地址然后連續(xù)寫入數據。這里有一個容易出錯的細節(jié)每次寫完一頁數據后需要重新設置頁地址否則寫第二頁時數據會錯位。我第一次寫OLED驅動時就遇到過屏幕內容亂碼的情況原因就是頁地址沒有正確切換。OLED模塊的VCC是3.3V絕對不能接5V不然會直接燒掉屏幕。I2C上拉電阻的問題也常見有些模塊已經板載了上拉電阻就不需要再外接。如果你發(fā)現I2C通信時好時壞很可能是因為模塊板載上拉電阻和主控板上拉電阻并聯后阻值過小導致I2C信號畸變。5.4 完整數據流整合在主函數中我們把前面所有模塊串起來。主要的思路是先去皮讀取空載值接著持續(xù)讀取HX711數據并換算成重量然后把原始采樣值和換算重量通過串口輸出同時把重量值顯示在OLED上。主循環(huán)的核心代碼如下int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); MX_I2C1_Init(); OLED_Init(); OLED_Clear(); printf(System Start...\r\n); // 等待一段時間讓傳感器穩(wěn)定 HAL_Delay(2000); // 自動去皮標定 int32_t zero (int32_t)HX711_Read_Average(10); HX711_Calibrate(zero, zero 16700, 10.0f); // 用10g砝碼做參考 printf(Calibration done, zero%d\r\n, zero); while(1) { HAL_Delay(200); // 200ms刷新一次數據 int32_t raw (int32_t)HX711_Read_Average(5); float weight HX711_Get_Weight(); // 串口輸出原始值和重量值 printf(RAW:%6d | Weight:%.2f g\r\n, raw, weight); // OLED顯示 OLED_ShowWeight(weight); } }實際跑起來就是這樣上電后串口先打印標定信息然后每隔200ms打印一行數據。OLED屏幕上實時顯示當前的重量值。把砝碼放上去讀數馬上就有變化拿下來讀數回到接近零點的位置。這套流程雖然簡單但串口輸出、屏幕顯示、傳感器采集三大模塊都完整地整合在一個項目里了。6. 常見問題與排查實錄6.1 典型問題速查表做這個項目過程中我踩了不少坑也幫網友排查過不少問題。下面這個表格是最常見的問題和解決辦法基本上覆蓋了90%的失敗場景現象可能原因解決辦法串口無任何輸出USB轉串口驅動未裝好或TXD和RXD接反檢查設備管理器COM口TXD接對方RXDRXD接對方TXD串口輸出亂碼波特率不一致或時鐘配置錯誤檢查CubeMX時鐘樹HCLK是否為72MHz串口波特率是否匹配OLED屏幕不亮I2C地址錯誤或模塊供電電壓不對用I2C掃描程序確認地址是否為0x3C或0x3DOLED屏幕花屏亂碼頁地址設置錯誤檢查寫入數據前是否重新設置了頁地址和列地址重量讀數一直為0DOUT引腳配置錯誤或缺少第25個SCK脈沖檢查DOUT是否為輸入模式且接線正確補上第25個脈沖重量讀數亂跳電源紋波大或采樣次數太少改用5V穩(wěn)壓電源增加滑動平均采樣次數讀數一直是同一個固定值HX711模塊供電異?；騻鞲衅骶€序錯誤檢查模塊上的LED是否亮起核對傳感器E/E-、S/S-接線負數處理不對未對24位補碼做符號擴展對讀數和標定后的差值做符號位判斷并擴展6.2 我踩過的最大一個坑做這個項目時最讓我抓狂的問題是這個把砝碼放在傳感器上串口顯示重量值從零跳到幾百克但拿掉砝碼后讀數很多時候不回到零一直在幾克到十幾克之間漂移完全無法確定最終歸零。排查過程是這樣的一開始我以為是傳感器有問題換了一個新的問題依舊隨后懷疑是HX711模塊采樣不穩(wěn)定試過調整采樣頻率和濾波系數還是沒有根治最后用示波器抓HX711的電源波形才發(fā)現VCC引腳上的紋波已經高達200多毫伏幾乎可以確定是電源帶來的干擾。原來我用的是一個手機充電頭供電空載時輸出還算穩(wěn)定但接上傳感器和單片機之后負載變化電源紋波變大導致HX711的參考電壓也跟著抖動讀數自然就漂移了。解決方式很簡單換成電腦USB口供電或者用一個穩(wěn)壓芯片單獨給HX711供電問題立刻消失。這件事給我留下了一個深刻印象很多看起來像是軟件算法問題的現象根源往往在硬件電源上。所以如果你的重量數據飄得離譜先排查電源紋波再考慮改軟件濾波。6.3 濾波參數怎么調才合適關于濾波參數我建議用這種思路來確定采樣次數先用默認值采樣5次在傳感器靜止時觀察讀數跳動范圍。如果跳動范圍在正負1克以內說明當前濾波參數合適如果跳動超過正負3克就把采樣次數改成10次再觀察。如果跳變仍然明顯那大概率不是軟件問題需要回頭檢查硬件和電源。另外HX711芯片內部的可選輸出速率設置也值得關注。模塊上一般有一個跳線或者電阻可以設置常見的是10Hz和80Hz兩種速率。如果項目不追求快速動態(tài)響應我會更推薦使用10Hz輸出速率它的噪聲更低讀數更穩(wěn)定。反過來如果我們做的是快速沖擊力測量那就要使用80Hz速率配合較少的平均次數來保證實時性。這個輸出速率的選擇是要和濾波次數組合考慮的不能孤立地只看一個參數。6.4 一個額外的好用功能串口指令控制去皮做完整套流程后我還給項目加了一個小功能通過串口發(fā)送字符觸發(fā)去皮歸零操作。這個功能在真實稱重場景中幾乎必備因為每次放上容器后都需要按一下去皮鍵把容器重量清零然后再放物料才能準確顯示凈重。串口指令方式非常適合遠程控制或者批量測試場景。實現方法是在主循環(huán)中檢查串口是否收到特定字符收到后更新零點值// 在main.c的while循環(huán)中增加 if(HAL_UART_Receive(huart1, rx_buf, 1, 10) HAL_OK) { if(rx_buf t || rx_buf T) // 收到t或T觸發(fā)去皮 { int32_t tara (int32_t)HX711_Read_Average(10); offset_value tara; printf(Tara done, zero%d\r\n, tara); } }注意這里HAL_UART_Receive的最后一個參數是超時時間單位是毫秒。設置為10毫秒意思是阻塞等待10毫秒沒有數據就返回超時避免卡住主循環(huán)。這種非阻塞檢查方式在嵌入式程序里非常常用它是一種典型的超時輪詢思路。7. 核心代碼完整示例一次能跑通的HX711驅動7.1 hx711.h頭文件定義為了讓項目結構更清晰我把HX711相關的代碼整理到了獨立的頭文件和源文件中。頭文件內容如下// hx711.h #ifndef __HX711_H #define __HX711_H #include main.h // 引腳定義 - 如果你用的不是PA5和PA6修改這兩個宏即可 #define HX711_SCK_PORT GPIOA #define HX711_SCK_PIN GPIO_PIN_5 #define HX711_DOUT_PORT GPIOA #define HX711_DOUT_PIN GPIO_PIN_6 // 函數聲明 uint32_t HX711_Read(void); uint32_t HX711_Read_Average(uint8_t times); void HX711_Calibrate(int32_t empty_offset, int32_t full_scale, float known_weight); float HX711_Get_Weight(void); void HX711_Auto_Tare(void); #endif這個頭文件單獨定義了引腳宏。你換用別的引腳時不需要去源文件里面改代碼只修改這兩個宏定義并且保證CubeMX生成的GPIO初始化一致即可。這是一個值得堅持的工程習慣把硬件相關的配置集中在一個位置方便后續(xù)硬件改版和維護。7.2 hx711.c源文件實現源文件的完整實現如下直接復制就可以用// hx711.c #include hx711.h static int32_t offset_value 0; static float scale_factor 0.0f; uint32_t HX711_Read(void) { uint32_t value 0; uint8_t i 0; // 等待數據就緒DOUT由高變低 while(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_PORT, HX711_DOUT_PIN) GPIO_PIN_SET); for(i 0; i 24; i) { HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); value value 1; if(HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_PORT, HX711_DOUT_PIN) GPIO_PIN_SET) { value; } HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET); } // 第25個脈沖通知芯片本次讀取完成開始下一次轉換 HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(1); HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET); return value; } uint32_t HX711_Read_Average(uint8_t times) { uint32_t sum 0; uint32_t max 0, min 0xFFFFFFFF; uint32_t value 0; uint8_t i 0; for(i 0; i times; i) { value HX711_Read(); if(value max) max value; if(value min) min value; sum value; } if(times 2) { sum sum - max - min; return sum / (times - 2); } else { return sum / times; } } void HX711_Calibrate(int32_t empty_offset, int32_t full_scale, float known_weight) { offset_value empty_offset; if(full_scale ! empty_offset) { scale_factor known_weight / (float)(full_scale - empty_offset); } else { scale_factor 0.0f; } } void HX711_Auto_Tare(void) { offset_value (int32_t)HX711_Read_Average(10); } float HX711_Get_Weight(void) { int32_t reading (int32_t)HX711_Read_Average(5) - offset_value; return (float)reading * scale_factor; }這段代碼里函數名使用了英文原詞注釋也用中文做了相應的說明方便新手理解。在代碼風格上我比較推薦統(tǒng)一命名規(guī)范并且把模塊內部的全局變量加上static限定防止被其他文件隨意訪問盡可能降低代碼耦合度。7.3 在CubeMX工程中集成到主程序把hx711.c文件添加到KEIL工程中然后在main.c中包含頭文件#include hx711.h主函數中的初始化過程就是前面展示過的標定流程這里不再重復貼代碼。但有一點需要強調上電后不要立即標定要給HX711芯片和傳感器一個穩(wěn)定時間。我實測過HX711上電后開始讀取的數據會有少量漂移大約2到3秒后才會穩(wěn)定下來。所以在上電后加一個2秒延時然后再做去皮和標定這樣得到的零點值才準確。7.4 關于HX711有效位數的再討論網上搜索HX711的時候大家經常會看到24bit 危-螖 adc這樣的說法其實是在討論這個24位ADC在實際應用中的有效分辨率問題。我測過的結果是當輸出速率設為10Hz、增益為128倍時HX711的無噪聲分辨率大約可以達到19到20位左右這在電子秤領域已經是夠用的水平了。但是如果你把輸出速率調到80Hz無噪聲分辨率會明顯下降大約在17到18位。這個差異會直接體現在稱重的穩(wěn)定性和重復性上。因此在實際工程項目中我一般會先確定需要的精度等級。比如你做的是人體秤量程150kg分度值要求50g那么20位的有效分辨率綽綽有余。如果你要做的是珠寶秤量程100g分度值0.01gHX711的低噪聲能力就比較有限了在做小量程高精度測量時HX711的表現未必滿足要求。選芯片前先搞清楚需求避免做了一個看起來很酷但實際精度不符合預期的項目。8. 項目擴展方向與最后一點個人體會這次HX711項目做完其實已經形成了一個完整的信號采集、處理、傳輸、顯示的閉環(huán)。如果后面想繼續(xù)擴展可以從幾個方向上入手一是把HX711的數據通過藍牙或Wi-Fi模塊發(fā)到手機APP上做成一個物聯網電子秤二是在系統(tǒng)中加入SD卡存儲功能記錄重量數據隨時間的變化曲線三是在算法上加入更復雜的濾波算法比如卡爾曼濾波雖然代碼復雜度會上升一個臺階但在動態(tài)稱重場景下效果確實明顯。說句實在話HX711套件做電子秤是嵌入式學習路上比較理想的一個練手項目。它不涉及冗長復雜的寄存器操作同時又包含了模擬信號、數字信號、通信接口、顯示界面等多個維度整個鏈路走下來你會收獲一套非常完整的嵌入式基本功。雖然這套方案不能算作高深技術但如果你能把它徹底搞清楚后面再去接觸更高精度的ADC芯片比如ADS1232或者MCP3561理解數據手冊的時序圖和寄存器配置時就會輕松很多。最后再多說一句如果你用的是STM32F103C8T6這個板子接線的時候特別留意一下PA11和PA12這兩個引腳位置它們通常被USB功能占用有讀者在接線時不小心把HX711的DOUT接到了PA11上結果數據讀取一直異常排錯了大半天才注意到這個細節(jié)。遇到奇怪問題的時候先回頭檢查引腳配置很多時候答案就在最基礎的地方。本文還有配套的精品資源點擊獲取