STM32驱动的智能电子秤设计实践

基于 STM32 的智能电子秤设计

摘要：本文设计了一款基于 STM32 的智能电子秤，详细阐述了系统的设计方案、硬件组成和软件实现。该电子秤具备液晶显示重量、设置物品单价、去皮清零以及显示重量、单价和总价等功能。通过合理的硬件选型和软件编程，实现了高精度、高稳定性的测量，具有一定的实际应用价值。

关键词：STM32；智能电子秤；液晶显示；按键设置

一、引言

电子秤作为一种常见的测量工具，广泛应用于商业、工业、科研等领域。随着微电子技术和传感器技术的不断发展，智能电子秤的功能越来越强大，精度也越来越高。STM32 微控制器具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，非常适合用于智能电子秤的设计。本文设计了一款基于 STM32 的智能电子秤，实现了基本的称重和计价功能。

二、设计功能

（一）液晶显示当前重量大小

能够实时、准确地在液晶显示屏上显示所称物品的重量，让使用者直观地了解物品的重量信息。

（二）按键可以设置当前物品单价

通过按键操作，用户可以方便地设置所称物品的单价，以适应不同物品的计价需求。

（三）具有去皮清零功能

在放置容器等物品后，可通过去皮功能将容器的重量去除，使电子秤只显示被称物品的净重；清零功能则可将当前显示的重量值清零，以便重新进行称重。

（四）按键确认按键液晶显示当前重量，单价，总价

当用户设置好单价并完成称重后，按下确认按键，液晶显示屏将同时显示当前物品的重量、单价和总价，方便用户进行结算。

三、系统总体设计

（一）系统架构

本系统主要由称重传感器模块、信号放大与 A/D 转换模块、STM32 微控制器模块、液晶显示模块、按键模块和电源模块组成。称重传感器将重量信号转换为电信号，经过信号放大与 A/D 转换后送入 STM32 微控制器进行处理，处理结果通过液晶显示模块显示出来，按键模块用于用户输入操作，电源模块为整个系统供电。

（二）设计方案选择

1. 微控制器选择：选用 STM32F103C8T6 微控制器，它具有丰富的外设接口、较高的处理速度和较低的功耗，能够满足系统的需求。
2. 称重传感器选择：采用 HX711 称重传感器模块，该模块集成了信号放大和 A/D 转换功能，具有高精度、高稳定性和易于使用的特点。
3. 液晶显示模块选择：选用 12864 液晶显示模块，它能够显示丰富的信息，包括重量、单价和总价等，显示效果清晰。
4. 按键模块设计：采用独立按键的方式，实现单价设置、去皮清零和确认等功能。

四、硬件设计

（一）称重传感器模块

HX711 称重传感器模块主要由称重传感器和信号调理芯片 HX711 组成。称重传感器将重量信号转换为微弱的电信号，HX711 芯片对该信号进行放大和 A/D 转换，然后通过串行接口将数字信号输出给 STM32 微控制器。

（二）STM32 微控制器模块

STM32F103C8T6 微控制器是系统的核心，它负责接收称重传感器模块的数字信号，进行数据处理和计算，并将处理结果通过液晶显示模块显示出来。同时，它还监测按键模块的状态，根据按键操作执行相应的功能。

（三）液晶显示模块

12864 液晶显示模块采用并行接口与 STM32 微控制器连接。通过编写相应的驱动程序，可以实现文字、数字等信息的显示。在本设计中，液晶显示屏将显示重量、单价和总价等信息。

（四）按键模块

按键模块包括单价设置按键、去皮清零按键和确认按键。这些按键通过 GPIO 口与 STM32 微控制器连接，当按键按下时，产生中断信号，STM32 微控制器根据中断信号执行相应的操作。

（五）电源模块

电源模块为整个系统提供稳定的电源。采用 5V 直流电源供电，通过稳压芯片将 5V 电压转换为 3.3V 电压，为 STM32 微控制器和其他模块供电。

五、软件设计

（一）主程序设计

主程序主要完成系统的初始化、按键扫描、数据处理和显示等功能。系统初始化包括 STM32 微控制器的时钟配置、GPIO 口配置、液晶显示模块初始化等。按键扫描程序不断检测按键的状态，当检测到按键按下时，执行相应的功能。数据处理程序对称重传感器模块输出的数字信号进行处理，计算出物品的重量、总价等信息。显示程序将处理结果通过液晶显示模块显示出来。

（二）称重算法设计

称重算法主要包括零点校正和重量计算。零点校正是在没有放置物品时，记录称重传感器模块的输出值作为零点值。在称重时，将当前输出值减去零点值，得到物品的实际重量。为了提高称重精度，还可以采用滤波算法对称重数据进行处理，去除噪声干扰。

（三）按键处理程序设计

按键处理程序根据不同的按键操作执行相应的功能。单价设置按键用于增加或减少物品的单价，去皮清零按键用于去除容器重量或清零当前重量，确认按键用于显示重量、单价和总价信息。

（四）液晶显示程序设计

液晶显示程序根据要显示的内容，将数据转换为液晶显示模块能够识别的格式，并通过并行接口发送给液晶显示模块。在显示过程中，需要注意显示的格式和刷新频率，以保证显示效果清晰、稳定。

六、系统测试与结果分析

（一）测试环境搭建

搭建测试平台，将智能电子秤放置在平稳的台面上，连接好电源和各个模块。准备不同重量的标准砝码，用于测试电子秤的称重精度。

（二）功能测试

1. 液晶显示测试：检查液晶显示屏是否能够正常显示重量、单价和总价等信息，显示内容是否清晰、准确。
2. 按键功能测试：分别测试单价设置按键、去皮清零按键和确认按键的功能，确保按键操作能够正常执行相应的功能。
3. 去皮清零功能测试：放置一个已知重量的容器在电子秤上，按下去皮按键，检查液晶显示屏是否显示为零；再按下清零按键，检查当前重量值是否清零。

（三）精度测试

使用不同重量的标准砝码进行称重测试，记录电子秤显示的重量值，并与标准砝码的实际重量进行比较，计算称重误差。测试结果表明，该智能电子秤的称重精度较高，能够满足一般商业和家庭使用的需求。

（四）结果分析

通过对测试结果的分析，发现系统在功能和精度方面都达到了设计要求。但在实际应用中，可能会受到环境温度、湿度等因素的影响，导致称重精度有所下降。因此，在实际使用中，需要定期对电子秤进行校准，以保证称重精度。

七、结论与展望

（一）结论

本文设计了一款基于 STM32 的智能电子秤，实现了液晶显示重量、设置物品单价、去皮清零以及显示重量、单价和总价等功能。通过合理的硬件选型和软件编程，系统具有较高的精度和稳定性。测试结果表明，该智能电子秤能够满足一般商业和家庭使用的需求。

（二）展望

虽然本设计取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。例如，系统的功能还可以进一步完善，如增加数据存储、与上位机通信等功能；在称重精度方面，可以采用更先进的传感器和算法，提高称重精度。未来的研究可以围绕这些方面展开，不断优化智能电子秤的性能和功能。

八、参考文献

[1] 王永虹, 徐炜, 郝立平. STM32 系列 ARM Cortex – M3 微控制器原理与实践[M]. 北京航空航天大学出版社, 2008.
[2] 童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础[M]. 高等教育出版社, 2015.
[3] 阎石. 数字电子技术基础[M]. 高等教育出版社, 2016.
[4] HX711 数据手册[EB/OL]. [具体网址，可根据实际情况查找].
[5] 12864 液晶显示模块数据手册[EB/OL]. [具体网址，可根据实际情况查找].

九、附录

（一）硬件电路原理图

提供称重传感器模块、STM32 微控制器模块、液晶显示模块、按键模块和电源模块的电路原理图，详细标注各个元件的参数和连接方式。

（二）软件源代码

给出主程序、称重算法程序、按键处理程序和液晶显示程序等关键部分的源代码，并对代码进行简要注释，方便读者理解和参考。

（三）测试数据记录表

记录功能测试和精度测试过程中的详细数据，包括测试时间、测试项目、测试数据和测试结果等信息，以便对系统的性能进行全面评估。

以上论文仅供参考，你可以根据实际设计情况进行调整和补充，在撰写过程中还需要进一步查阅相关资料，完善论文内容。

作者：科创工作室li