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STM32F103C8T6称重传感器HX711模块压力传感器称重的使用方法和代码驱动

news 2025/10/17 11:57:34

STM32F103C8T6称重传感器HX711模块压力传感器称重的使用方法和代码驱动

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🎯 实现效果

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🌟 传感器用途

称重传感器的核心价值是“将重量信息数字化、可量化”，结合HX711和单片机后，能实现从“单纯称重”到“智能监测与控制”的延伸，覆盖民用、工业、智能硬件、医疗等多个领域。

1.民用消费场景

家庭日常称重：家用电子体重秤（通过4个分布式传感器测量体重、体脂率，HX711负责同步采集各传感器信号）、厨房秤（称量食材克数，精度达1g，满足烘焙、辅食制作的精准配比需求）、宠物秤（监测宠物体重变化，辅助判断健康状况）。
便携称重工具：行李秤（最大量程50kg，通过挂钩式传感器测量行李重量，避免航空托运超重）、钓鱼秤（称量渔获重量，带背光显示屏，适配户外使用）、珠宝秤（高精度达0.01g，采用小型应变式传感器，搭配HX711实现微量称重）。
消费电子附件：智能水杯（内置微型传感器，监测饮水量变化，通过APP提醒补水）、快递打包秤（小型桌面秤，方便电商卖家快速称重计价）。

2. 工业生产场景

生产线上的重量管控：食品饮料行业（瓶装饮料灌装后称重，检测是否漏灌、少灌，不合格产品自动剔除）、制药行业（药片/胶囊重量检测，确保每粒药量符合标准，避免药效不足或过量）、五金加工（零部件重量筛选，剔除材质不均的次品）。
仓储物流与物料管理：仓库货架称重（在货架横梁安装传感器，实时监测货物重量，实现库存动态管理）、传送带物料流量监测（通过传感器连续称重传送带上的物料，换算单位时间内的输送量，优化生产节奏）、叉车称重（在叉车货叉上安装传感器，叉取货物时直接显示重量，无需额外过磅）。
工业设备状态监测：机械臂抓取力检测（在机械臂末端安装小型传感器，通过抓取重量判断是否成功抓取物体，避免空抓或抓取过紧损坏工件）、机床切削负载监测（在机床主轴或工作台安装传感器，监测切削过程中的重量变化，间接判断切削力，防止过载损坏设备）。

3. 智能硬件与物联网场景

智能家居与农业：智能花盆（传感器监测盆土+植物总重量，结合湿度传感器判断是否缺水，自动启动浇水装置）、智能垃圾桶（通过重量变化判断垃圾是否装满，满桶后推送提醒至用户手机）、温室大棚（监测作物生长过程中的重量变化，分析生长速率，优化水肥管理）。
医疗健康设备：婴儿培养箱体重监测（内置高精度传感器，实时监测新生儿体重变化，数据同步至医护系统）、康复训练设备（如肌力训练器，通过传感器测量患者发力时的重量/压力，制定个性化康复方案）、输液重量监测（通过传感器监测输液袋重量，计算输液速度，快输完时报警提醒护士）。
创意DIY与创客项目：自制自动喂料机（传感器检测料仓重量，低于阈值时启动电机补料）、智能快递柜称重模块（用户存件时自动称重，根据重量收取费用）、重量感应式台灯（放置物体在底座上时自动开灯，移开后关灯，实现无接触控制）。

🌟 传感器的介绍

称重传感器是将物体重量信号转换成可测量电信号的核心器件，也是 HX711 的前端信号来源，其设计和性能直接决定称重系统的精度。
1.主流类型与核心原理

目前与 HX711 搭配最广的是电阻应变式称重传感器，原理可拆解为 3 步：
传感器内部含 “应变片”（一种受力后电阻会变化的特殊材料），应变片粘贴在金属弹性体上。
当物体压在传感器上时，弹性体发生微小形变，带动应变片同步形变，使其电阻值改变。
应变片组成 “惠斯通电桥” 电路，电阻变化会转化为微弱的差分电压信号（通常仅几毫伏），该信号需经 HX711 放大、AD 转换后，才能被单片机读取。

2.关键技术参数

量程：传感器能测量的最大重量，常见规格有 1kg、5kg、10kg、50kg 等，需根据实际称重需求选择。
灵敏度：单位重量对应的输出电压，通常标注为 “mV/V”（如 2mV/V），表示给传感器加 1V 电源时，每承受 1kg 重量会输出 2mV 电压。
精度：测量值与真实重量的偏差程度，民用场景（如电子秤）选 0.1% 精度即可，工业检测可能需 0.01% 高精度。

🎯 单片机连接硬件图

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🌟 驱动思路

步骤 1：硬件初始化

将 SCK 配置为输出引脚，DOUT 配置为输入引脚
SCK 引脚：推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP），初始电平为低（HX711 规定：DOUT 为高时，SCK 必须为低）。
DOUT 引脚：浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）或上拉输入（避免悬空干扰）。
使能对应 GPIO 端口的时钟（通过 RCC 寄存器）。

步骤 2：传感器数据读取

HX711 的数据读取依赖严格的时序控制，核心流程：等待数据就绪→读取 24 位数据→发送通道 / 增益选择脉冲。
（1）等待数据就绪
HX711 完成 AD 转换后，DOUT 会从高电平变为低电平（表示数据就绪）。需循环检测 DOUT 电平，直到变为低。
（2）读取 24 位数据（高位先出）
通过 SCK 发送 24 个时钟脉冲，每发一个脉冲（高→低），从 DOUT 读取 1 位数据（24 位补码）：
第 1 个脉冲：读取最高位（bit23），第 24 个脉冲：读取最低位（bit0）。
每次 SCK 从低→高时，HX711 准备好下一位数据；SCK 从高→低时，读取当前位。
（3）通道 / 增益选择（第 25-27 个脉冲）
读取 24 位数据后，需额外发送 1-3 个 SCK 脉冲，选择下一次转换的通道和增益：
25 个脉冲：通道 A，增益 128（最常用）。
26 个脉冲：通道 B，增益 32。
27 个脉冲：通道 A，增益 64。

步骤 3：数据处理与显示

HX711 输出的 24 位数据是补码形式，需转换为实际物理量（重量）：
补码转原码：24 位补码的最高位为符号位，若为 1（负数），需转换为正数（rawData ^= 0x800000）。
滤波处理：称重数据易受噪声干扰，需通过中值滤波、滑动平均等算法平滑（如取 5 次数据的中值）。
重量转换：通过校准系数将 AD 值转换为实际重量（单位：g），公式：重量 = (AD值 - 皮重AD值) × 校准系数。
4.数据显示: 接提取出来的数据通过串口一打印以及OLED显示数据

🎯 单片机程序代码

main.c

#include "stm32f10x.h"  
#include "string.h"  
#include "stdio.h" 
#include "delay.h"   
#include "bsp_usart.h"
#include "oled.h"
#include "HX7111.h"int weight=0;
char OledBuff[52];
int main(void)
{NVIC_PriorityGroupConfig (NVIC_PriorityGroup_2);SysTick_Init(72);  //系统时钟初始化 usart1_init(115200);//串口1初始化printf("USART1 OK!\r\n");usart2_init(9600);//串口1初始化usart3_init(115200);//串口3初始化	OLED_Init();OLED_ShowString(36,0,"HX711");HX711_Init();OLED_ShowString(0,2,"去皮");HX711_CalibrateTare();delay_ms(100);OLED_ShowString(0,2,"去皮成功");delay_ms(100);OLED_ShowString(0,2,"        ");while(1){weight=HX711_GetWeight();sprintf(OledBuff,"重量:%d g    ",weight);OLED_ShowString(0,2,OledBuff);}
}

HX7111.c

#include "HX7111.h"
#include "delay.h"
#include "bsp_usart.h"// 静态变量 - 仅在本模块内有效，避免全局变量冲突
static uint32_t tareWeight = 0;              // 皮重值
static const uint32_t calibrationFactor = 25499;  // 校准系数
static uint32_t filterBuffer[MEDIAN_FILTER_LEN];  // 滤波缓冲区
static uint8_t filterIndex = 0;              // 滤波数据计数/*** @brief 配置HX711数据引脚为输出模式*/
static void HX711_SetDataOutput(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HX711_DATA_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(HX711_DATA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}/*** @brief 配置HX711数据引脚为输入模式*/
static void HX711_SetDataInput(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HX711_DATA_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_Init(HX711_DATA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
}/*** @brief HX711初始化函数*/
void HX711_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 使能GPIO时钟（仅需初始化一次）HX711_GPIO_APBxClkCmd(HX711_GPIO_CLK, ENABLE);// 配置SCK引脚为推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HX711_SCK_GPIO_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(HX711_SCK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);// 初始化为输入模式HX711_SetDataInput();// 初始状态设置HX711_SCK_LOW;
}/*** @brief 读取HX711原始AD数据* @return 24位AD转换结果*/
uint32_t HX711_ReadRawData(void)
{uint8_t i;uint32_t rawData = 0;// 等待数据就绪HX711_SetDataOutput();HX711_DATA_HIGH;delay_us(HX711_DELAY_US);HX711_SCK_LOW;HX711_SetDataInput();// 等待DOUT变为低电平（数据就绪）while(HX711_DATA_READ);delay_us(HX711_DELAY_US);// 读取24位数据（高位先出）for(i = 0; i < 24; i++){HX711_SCK_HIGH;delay_us(HX711_DELAY_US);rawData <<= 1;                // 左移一位if(HX711_DATA_READ)           // 读取当前位rawData |= 0x01;HX711_SCK_LOW;delay_us(HX711_DELAY_US);}// 第25个时钟脉冲（选择通道A，增益128）HX711_SCK_HIGH;rawData ^= 0x800000;  // 转换为补码delay_us(HX711_DELAY_US);HX711_SCK_LOW;delay_us(HX711_DELAY_US);return rawData;
}/*** @brief 中值滤波处理* @param newData 新采集的数据* @return 滤波后的值（当缓冲区满时）*/
static uint32_t medianFilter(uint32_t newData)
{uint8_t i, j;uint32_t temp;// 存入新数据filterBuffer[filterIndex++] = newData;// 缓冲区未满时返回0if(filterIndex < MEDIAN_FILTER_LEN)return 0;// 缓冲区满，进行排序（插入排序）for(i = 0; i < MEDIAN_FILTER_LEN - 1; i++){for(j = i + 1; j < MEDIAN_FILTER_LEN; j++){if(filterBuffer[i] > filterBuffer[j]){temp = filterBuffer[i];filterBuffer[i] = filterBuffer[j];filterBuffer[j] = temp;}}}// 重置缓冲区索引filterIndex = 0;// 返回中值return filterBuffer[MEDIAN_POSITION];
}/*** @brief 校准皮重（获取空载重量）*/
void HX711_CalibrateTare(void)
{uint32_t rawData;uint32_t filteredData = 0;// 采集一组数据进行中值滤波filterIndex = 0;  // 重置滤波缓冲区while(filteredData == 0){rawData = HX711_ReadRawData();filteredData = medianFilter(rawData);}// 计算皮重（缩小100倍处理）tareWeight = (uint16_t)(filteredData * 0.01f);
}/*** @brief 获取当前重量（已扣除皮重）* @return 重量值（g）*/
uint32_t HX711_GetWeight(void)
{uint32_t rawData, processedData;uint32_t weight = 0;uint32_t filteredData = 0;// 读取原始数据并进行滤波while(filteredData == 0){rawData = HX711_ReadRawData();processedData = (uint16_t)(rawData * 0.01f);  // 数据预处理filteredData = medianFilter(processedData);}// 计算净重（扣除皮重）if(filteredData > tareWeight){// 应用校准系数转换为实际重量weight = (uint16_t)(((float)(filteredData - tareWeight) * calibrationFactor) * 0.00001f);}else{weight = 0;  // 小于皮重时视为0}// 打印重量信息（调试用）printf("重量: %d g\r\n", weight);delay_ms(500);return weight;
}