news 2026/6/14 1:26:55

从电子秤到智能设备：用STM32F4和HX711做个带蓝牙APP的迷你压力监测仪（附CubeMX工程）

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张小明

前端开发工程师

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从电子秤到智能设备：用STM32F4和HX711做个带蓝牙APP的迷你压力监测仪（附CubeMX工程）

从电子秤到智能终端：基于STM32F4与HX711的蓝牙称重系统开发实战

在创客圈子里，将传统电子秤升级为智能终端一直是个热门话题。想象一下：当你在厨房烘焙时，称重数据能实时同步到手机APP；或者在物流仓库，工作人员可以边移动边记录包裹重量。这种融合硬件与软件的微型物联网项目，正是STM32F4系列微控制器搭配HX711模数转换芯片的绝佳应用场景。

1. 硬件架构设计

1.1 核心元件选型指南

构建一个完整的蓝牙称重系统需要四大核心组件：

  • STM32F407VET6：具备浮点运算单元，适合实时数据处理
  • HX711模块：24位高精度ADC，市场均价约12元
  • HC-05蓝牙模块：经典串口透传方案，兼容Android/iOS
  • 应变式称重传感器：推荐5kg量程，灵敏度2.0mV/V

提示：选购HX711模块时注意VCC电压，3.3V版本可直接与STM32F4对接

1.2 电路连接方案

完整的硬件连接需要关注三个关键接口：

连接点STM32引脚备注
HX711_DOUTPA0配置为上拉输入
HX711_SCKPA1推挽输出模式
HC-05_TXDPA2USART2_RX
HC-05_RXDPA3USART2_TX
传感器E+5V桥压供电
传感器E-GND
// GPIO初始化示例（CubeMX生成） void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // HX711 DOUT配置 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // HX711 SCK配置 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); }

2. CubeMX工程配置

2.1 时钟树优化策略

在RCC配置中启用外部晶振（HSE）后，按以下参数配置时钟树：

  1. 输入频率：8MHz（外部晶振）
  2. PLLM分频：8
  3. PLLN倍频：336
  4. PLLP分频：2
  5. 系统时钟：168MHz
  6. APB1分频：4（42MHz）
  7. APB2分频：2（84MHz）

注意：过高的时钟频率可能导致HX711时序异常，建议实测稳定性

2.2 外设模块配置

在CubeMX中需要完成三个关键配置：

  • USART2：蓝牙模块通信接口
    • 波特率：9600
    • 字长：8bit
    • 停止位：1
    • 无流控
  • SysTick：作为HAL库基础时钟源
  • GPIO：如前文电路连接所示
// USART初始化代码片段 void MX_USART2_UART_Init(void) { huart2.Instance = USART2; huart2.Init.BaudRate = 9600; huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B; huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1; huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE; huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX; huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE; huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16; HAL_UART_Init(&huart2); }

3. HX711驱动开发

3.1 数据采集时序控制

HX711的24位数据读取需要严格遵循以下时序：

  1. 等待DOUT变为低电平（就绪信号）
  2. 发送25个时钟脉冲：
    • 前24个脉冲读取数据位（MSB优先）
    • 第25个脉冲设置增益（128/64/32）
  3. 每个时钟高电平持续至少1μs
  4. 数据在时钟下降沿有效
uint32_t HX711_Read() { uint32_t count = 0; while(HAL_GPIO_ReadPin(DT_GPIO_Port, DT_Pin) == GPIO_PIN_SET); for(uint8_t i=0; i<24; i++) { HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); delay_us(1); count <<= 1; HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); delay_us(1); if(HAL_GPIO_ReadPin(DT_GPIO_Port, DT_Pin) == GPIO_PIN_SET) count++; } // 设置增益为128 HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_SET); delay_us(1); HAL_GPIO_WritePin(SCK_GPIO_Port, SCK_Pin, GPIO_PIN_RESET); delay_us(1); return count ^ 0x800000; }

3.2 重量校准算法

实际应用中需要解决两个关键问题：

  1. 去皮功能：存储空载时的基准值
  2. 线性校准：通过已知砝码建立转换公式
float calibration_factor = -106.5f; // 需要实际校准的参数 void Weight_Calibration() { float known_weight = 500.0f; // 500g标准砝码 uint32_t adc_value = HX711_Read(); calibration_factor = (adc_value - tare_value) / known_weight; printf("New calibration factor: %.2f\n", calibration_factor); }

4. 蓝牙数据透传实现

4.1 数据协议设计

建议采用简单的JSON格式传输数据：

{ "weight": 325.6, "unit": "g", "stable": true }

对应的C语言生成代码：

void Bluetooth_Send_Weight(float weight) { char buffer[64]; int len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "{\"weight\":%.1f,\"unit\":\"g\",\"stable\":%s}", weight, is_stable()?"true":"false"); HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, len, 100); }

4.2 MIT App Inventor客户端开发

在MIT App Inventor中构建基础界面需要以下组件：

  1. ListPicker：蓝牙设备选择
  2. BluetoothClient：通信组件
  3. Label：重量显示区域
  4. Clock：定时刷新数据

关键逻辑块示例：

当 BluetoothClient1.收到数据 时 设 接收文本 为 解码 BluetoothClient1.接收文本 UTF-8 设 jsonObj 为 从JSON文本转换 接收文本 设 重量值 为 从jsonObj获取 "weight" 设 Label1.文本 为 连接字符串 "当前重量: " 重量值 "g"

5. 系统优化技巧

5.1 数字滤波方案对比

针对称重系统的抖动问题，实测三种滤波算法效果：

算法类型实现复杂度延迟时间滤波效果
滑动平均★★☆50ms★★★
卡尔曼滤波★★★★10ms★★★★☆
中值+均值复合★★★30ms★★★★

推荐实现方案：

#define FILTER_WINDOW 5 float moving_average_filter(float new_val) { static float buffer[FILTER_WINDOW] = {0}; static uint8_t index = 0; static float sum = 0; sum -= buffer[index]; buffer[index] = new_val; sum += buffer[index]; index = (index + 1) % FILTER_WINDOW; return sum / FILTER_WINDOW; }

5.2 低功耗优化策略

通过以下措施可降低50%以上功耗：

  1. 动态调整HX711采样率（空闲时降至10Hz）
  2. 使用STM32的STOP模式配合蓝牙模块唤醒
  3. 关闭未使用的外设时钟
  4. 降低CPU主频至84MHz（称重时恢复）
void Enter_Low_Power_Mode() { // 配置唤醒源（蓝牙模块中断） HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); // 设置电压调节器为低功耗模式 HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3); // 进入STOP模式 HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI); // 唤醒后重新初始化时钟 SystemClock_Config(); }

在实际项目中，我发现蓝牙模块的配对时间往往成为用户体验瓶颈。通过预存常用设备的MAC地址，可以将首次连接时间从8秒缩短到2秒以内。另一个实用技巧是在HX711的电源路径上添加MOS管控制，需要采样时才供电，这样能显著降低系统整体功耗。

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