STM32+HX711+OLED称重系统实战：从时序驱动到标定滤波

1. 称重项目为什么值得用 STM32+HX711 这套组合来做

称重看起来简单，无非是把物体放上去读个数，但真要做到稳定、准确、不跳变，里面的门道比想象中多。我前后做过好几个称重相关的项目，从最简单的电子秤到配料系统的称重反馈，踩过的坑基本都集中在三个地方：传感器信号太微弱、ADC 采样噪声大、显示刷新和采样节奏打架。STM32 加 HX711 加 OLED 这套组合，恰好能用较低的成本把这三个问题都处理得比较干净，所以它成了很多人做毕业设计、DIY 电子秤、小型配料装置的首选方案。

先把这套东西的角色分工说清楚。HX711 是一颗专为高精度电子秤设计的 24 位模数转换芯片，它内部集成了稳压电源、片内时钟振荡器，还有专门针对桥式传感器（也就是我们常说的电阻应变片称重传感器）的差分输入通道。它的两个通道 A 和 B，通道 A 可以设置 128 倍或 64 倍增益，通道 B 固定 32 倍增益，用来接一些辅助信号。STM32 在这里扮演的是大脑，负责按 HX711 的时序把数据读出来、做滤波和标定运算、驱动 OLED 显示，顺便还能扩展按键、串口上报、报警输出这些功能。OLED 则是人机交互的窗口，把重量数值、单位、状态实时呈现出来。

为什么不用 STM32 自带的 ADC 直接接传感器？这是新手最容易问的问题。原因在于称重传感器输出的差分电压非常小，满量程通常只有几毫伏到几十毫伏，STM32 内置的 12 位 ADC 分辨率和噪声水平根本不够看，直接采出来的数会跳得你怀疑人生。HX711 的 24 位分辨率配合内部低噪声放大器，能把有效精度做到十几万分之一甚至更高，这才是称重场景真正需要的东西。所以这套组合不是随便凑的，而是各司其职。

这套方案适合谁？如果你正在做基于 STM32 的毕业设计、想做一个厨房电子秤、想做配料称重、想给鱼缸或者宠物喂食器加称重反馈，那这套组合基本可以直接抄作业。它不需要你懂太深的模拟电路，只要把 HX711 的时序搞明白，剩下的都是软件活。下面我会从硬件连接、时序驱动、标定算法、OLED 显示、滤波优化几个角度，把整个项目拆开讲透，尽量把那些文档里不会写的经验都倒出来。

2. HX711 的硬件连接与那些容易接错的引脚

2.1 传感器和 HX711 之间的四线接法

称重传感器一般引出四根线，颜色通常是红、黑、白、绿，但不同厂家的配色并不统一，这一点必须先确认。标准接法是：红线和黑线是传感器的激励电源正负，白线和绿线是差分信号输出。接到 HX711 上时，红黑接 E+ 和 E-，白绿接 A+ 和 A-。这里有个非常关键的细节：白绿两根线如果接反了，读数会反向，也就是压上去重量变成负数。很多人第一次调试发现数值是负的，第一反应是程序写错了，其实只是信号线接反了，对调一下就好。

传感器到 HX711 的连线尽量短，如果实在要延长，建议用屏蔽线，并且屏蔽层单端接地。我见过有人用几十厘米的杜邦线随便一插，结果读数一直在抖，换成短一点的线立刻稳定。称重传感器的信号是毫伏级的，任何一点干扰都会被放大，所以走线这件事不能偷懒。

2.2 HX711 和 STM32 之间的引脚分配

HX711 和单片机之间只需要两根信号线：SCK（有时标为 PD_SCK）和 DOUT（有时标为 DT）。这两根线是 HX711 自己定义的串行时序，不是标准 I2C 也不是标准 SPI，所以不能用硬件外设直接驱动，必须用普通 GPIO 软件模拟时序。这一点是新手最容易误解的地方，看到两根线就以为是 I2C，结果怎么调都不通。

我一般这样分配引脚：把 DOUT 接到 STM32 的一个输入引脚，SCK 接到一个输出引脚。以 STM32F103C8T6 为例，可以选 PA0 做 DOUT、PA1 做 SCK，这两个引脚不冲突，配置起来也方便。DOUT 必须配置成输入模式，SCK 配置成推挽输出。如果你用的是 HAL 库，初始化的时候把这两个引脚分别设成 GPIO_MODE_INPUT 和 GPIO_MODE_OUTPUT_PP，速度设成低速就够了，因为 HX711 的时序并不快。

注意：HX711 的供电电压要和 STM32 的 IO 电平匹配。HX711 常见的工作电压是 2.7V 到 5V，如果你用 5V 给 HX711 供电，而 STM32 是 3.3V 系统，DOUT 输出的高电平可能接近 5V，长期直接接会损伤 STM32 引脚。稳妥的做法是 HX711 也用 3.3V 供电，或者加电平转换。实测 3.3V 供电时 HX711 完全能正常工作，精度也够用。

2.3 电源和去耦电容的处理

HX711 的供电质量直接影响读数稳定性。模块上一般已经带了滤波电容，但如果你是自己画的板子，AVDD 和 DVDD 附近一定要各放一个 0.1uF 的去耦电容，电源入口再并一个 10uF 的电解电容。传感器激励电源 E+ 和 E- 之间的电压稳定性同样重要，如果电源纹波大，读数就会跟着波动。

我遇到过一个很典型的案例：有人用 USB 供电给整个系统，电机一启动读数就乱跳。后来在 HX711 电源入口加了一个 LC 滤波，问题立刻缓解。所以如果你的项目里还有电机、继电器这类负载，一定要把称重部分的电源和它们隔离开，至少加个磁珠或者电感。

3. 把 HX711 的时序吃透：24 位数据到底怎么读出来

3.1 HX711 的通信时序本质

HX711 的通信协议说穿了很简单，但时序细节必须抠准。它的工作流程是这样的：当 DOUT 为高电平时，表示数据还没准备好，这时候你不能去读；当 DOUT 变成低电平，说明一次转换完成，数据可以读了。这时候你给 SCK 发 25 到 27 个时钟脉冲，前 24 个脉冲把 24 位数据一位一位地移出来，第 25 个脉冲用来选择下一次转换的通道和增益。

具体来说，第 25 个脉冲的数量决定下一次读的是哪个通道、什么增益：发 25 个脉冲选通道 A 增益 128，发 26 个脉冲选通道 B 增益 32，发 27 个脉冲选通道 A 增益 64。这个设计很巧妙，用脉冲个数来切换配置，省了额外的控制线。但如果你数错了脉冲，下一次读出来的数据就会来自错误的通道，表现就是数值突然变得很奇怪。

3.2 用 GPIO 模拟时序的代码实现

下面这段是基于 HAL 库的读取函数，逻辑很直白，你可以直接拿去改：

long HX711_Read(void) { unsigned long value = 0; unsigned char i; // 等待 DOUT 变低，表示数据就绪 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; HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET); if (HAL_GPIO_ReadPin(HX711_DOUT_PORT, HX711_DOUT_PIN) == GPIO_PIN_SET) { value++; } } // 第 25 个脉冲，选择通道 A 增益 128 HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(HX711_SCK_PORT, HX711_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 补码转换：24 位有符号数 if (value & 0x800000) { value |= 0xFF000000; } return (long)value; }

这段代码里有两个地方值得展开说。第一，等待 DOUT 变低的那句 while 循环是阻塞的，如果 HX711 没接好或者坏了，程序会卡死在这里。实际项目里我会加一个超时计数，超过一定次数就返回错误，避免整个系统被一个传感器拖死。第二，24 位数据是补码形式，最高位是符号位，所以读完之后要判断第 23 位，如果是 1 就要把高 8 位补成 1，转成 32 位有符号数才能正确表示负值。

3.3 采样率 10Hz 还是 80Hz 的选择

HX711 有两个采样率版本，通过模块上的一个引脚（通常标为 RATE）来选择。拉低是 10Hz，拉高是 80Hz。这个选择不是随便定的，它直接决定了你的系统响应速度和噪声水平。

10Hz 模式下，芯片内部做了更多的平均，噪声更低，读数更稳，适合静态称重，比如电子秤、配料称。80Hz 模式下响应快，但噪声明显增大，适合需要快速跟踪重量变化的场景，比如动态检重、流量称重。我个人的经验是：如果你只是做一个静态电子秤，老老实实用 10Hz，读数稳定性会好很多，滤波压力也小。如果你发现 10Hz 下响应太慢，比如放上物体要等一秒才稳定，那再考虑 80Hz，同时把软件滤波加强。

提示：切换采样率之后，标定参数可能需要重新做，因为不同采样率下的噪声特性和零点漂移不完全一样。我一般会在确定采样率之后再开始标定，避免返工。

4. 从原始 ADC 值到真实重量：标定和去皮怎么做才靠谱

4.1 为什么要标定，标定的数学本质是什么

HX711 读出来的是一个 24 位的原始数值，它和真实重量之间是线性关系，但比例系数和零点你并不知道。标定就是把这个线性关系确定下来。数学上很简单：重量 = (原始值 - 零点值) / 比例系数。零点值是空载时的读数，比例系数是每单位重量对应的原始值变化量。

标定分两步。第一步去皮：空载时读若干个值取平均，作为零点。第二步放砝码：放一个已知重量的物体，读出稳定后的原始值，用 (当前值 - 零点值) / 砝码重量 算出比例系数。这个系数就是你的标定参数，存到 Flash 里，下次开机直接调用。

4.2 标定实操中的几个关键细节

砝码的选择有讲究。尽量选接近你常用量程的砝码，比如你平时称 1kg 左右的东西，就用 1kg 砝码标定，不要用 100g 去标一个 5kg 的量程，那样误差会被放大。如果没有标准砝码，可以用已知重量的物品代替，比如一袋标注净含量的米，但精度会差一些。

读数要等稳定了再取。HX711 上电后需要一点时间稳定，放上砝码后也要等读数不再漂移。我的做法是连续读 20 个值，去掉最大最小各几个，剩下的取平均，这样得到的标定值比较可靠。标定时环境温度也会影响结果，应变片对温度敏感，如果标定和使用的温差很大，零点会漂。要求高的场合需要做温度补偿，普通项目里至少保证标定和使用在相近温度下进行。

4.3 去皮功能的实现和常见误区

去皮功能看起来简单，但有个坑很多人踩：去皮之后如果零点漂移了，重量会慢慢偏。原因是去皮时记录的零点是一个瞬时值，而 HX711 的零点会随温度和时间缓慢变化。解决办法是定期自动去皮，或者在检测到空载且读数稳定时自动更新零点。

我一般会实现一个"自动零点跟踪"逻辑：当读数在零点附近一个小范围内波动，并且持续一段时间没有明显重量变化时，就认为当前是空载，慢慢把零点往当前值靠。这样既能消除漂移，又不会在称重过程中误更新。这个逻辑在电子秤里是标配，自己写项目时加上会让体验好很多。

5. OLED 显示：让重量数值稳定又好看地呈现出来

5.1 OLED 选型和 I2C 地址的那些事

0.96 寸 OLED 是最常见的选择，SSD1306 驱动芯片，四针 I2C 接口，接线简单。但这里有个高频问题：0.9 寸和 0.96 寸的 OLED 对 I2C 的兼容性不完全一样，有些 0.9 寸屏的 I2C 时序要求更严格，用标准库的软件 I2C 可能点不亮。如果你遇到 OLED 不亮，先检查地址，SSD1306 的 I2C 地址通常是 0x78 或 0x7A（7 位地址是 0x3C 或 0x3D），有些模块背面有电阻可以改地址。

还有一个常见现象是花屏。花屏的原因很多，电源不稳、I2C 速率太高、初始化序列不对都可能。我遇到最多的是电源问题，OLED 在刷新时电流会有波动，如果和 HX711 共用一条电源线且没有足够去耦，就会互相干扰。解决办法是在 OLED 的 VCC 和 GND 之间并一个 0.1uF 电容，尽量靠近屏幕引脚。

5.2 显示刷新的节奏控制

称重项目里，OLED 刷新和 HX711 采样如果处理不好会互相拖累。HX711 在 10Hz 模式下每 100ms 出一次数据，OLED 全屏刷新一次 I2C 传输大概需要几十毫秒。如果你在主循环里既读 HX711 又刷 OLED，很容易出现读数节奏被打乱的情况。

我的做法是把采样和显示解耦：用一个定时器或者系统滴答定时器，每 100ms 触发一次 HX711 读取，读到的值放进一个缓冲区做滤波；OLED 则每 200ms 到 300ms 刷新一次，只更新变化的数字区域，不做全屏刷新。这样既保证了采样节奏稳定，又不会因为显示拖慢系统。SSD1306 支持页地址模式，可以只更新某几页，刷新数字区域用这个模式效率很高。

5.3 显示内容和单位处理

显示内容上，我建议至少包含这几项：当前重量数值、单位（g 或 kg）、状态提示（稳定/不稳定）。数值的位数要根据量程定，比如 5kg 量程、1g 精度，就显示到小数点后一位或者整数克。单位切换可以在超过 1000g 时自动切到 kg，这样读起来更直观。

数值的稳定性显示是个加分项。当连续几次读数变化小于某个阈值时，显示"稳定"，否则显示"波动"。这个判断逻辑很简单，但用户体验提升明显，尤其是配料场景，操作者需要知道什么时候读数可信。

6. 滤波和抗干扰：让读数不跳变的实战经验

6.1 为什么原始读数会跳

HX711 虽然精度高，但原始读数一定会有波动，这是正常的。波动来源有几个：传感器本身的噪声、电源纹波、机械振动、温度变化。你不可能把所有噪声都从硬件上消除，所以软件滤波是必须的。

很多人第一反应是用一个很大的平均值滤波，读 100 次取平均。这样做确实稳，但响应会变得很慢，放上物体要好几秒才显示正确值。滤波的本质是在稳定性和响应速度之间找平衡，没有免费午餐。

6.2 几种实用的滤波方案对比

我实际项目里最常用的是中值加滑动平均的复合滤波：先连续采 5 个值，去掉最大最小，剩下 3 个取平均，再把这个结果放进一个长度为 5 的滑动窗口做二次平均。这样既有抗脉冲能力，又能平滑连续噪声，响应速度也还能接受。实测在 10Hz 采样率下，放上物体大约 300ms 到 500ms 就能稳定显示。

6.3 硬件层面的抗干扰补充

软件滤波再强，也架不住硬件层面的干扰。几个我踩过坑之后总结的硬件要点：传感器信号线远离电源线和电机线，如果必须交叉，尽量垂直交叉而不是平行走线；HX711 的模拟地和数字地分开走，最后单点汇合；整个系统如果有金属外壳，外壳接地。这些看起来是老生常谈，但在称重这种微弱信号场景里，每一条都能实实在在减少跳变。

还有一个容易被忽略的点：机械安装。传感器如果安装不牢固，或者受力方向不对，读数会随位置变化。称重传感器有明确的受力方向，安装时一定要按照它的受力轴线加载，不要有侧向力。我见过有人把传感器随便用螺丝拧在亚克力板上，结果不同位置放同一个物体读数都不一样，这就是机械安装没做好。

7. 项目整合：主循环怎么组织才不卡顿

7.1 用定时器驱动采样，主循环只管显示和逻辑

把整个项目串起来的时候，最容易犯的错误是把所有事情都塞进主循环顺序执行。读 HX711 要等 DOUT，刷 OLED 要等 I2C，按键要消抖，如果都顺序做，任何一个环节慢了都会拖累其他环节。

我的组织方式是：用一个定时器中断每 100ms 置一个标志位，主循环检测到标志位就去读一次 HX711 并做滤波；OLED 刷新用另一个计数器，每 3 次采样刷新一次；按键扫描放在主循环里，用状态机做消抖。这样各个任务的节奏是独立的，互不阻塞。如果你用的是 FreeRTOS，那就更简单，采样、显示、按键各开一个任务，用队列传递数据，优先级合理安排就行。

7.2 标定参数的存储和读取

标定参数要存到 STM32 的 Flash 里，掉电不丢。STM32F103 的 Flash 擦写需要注意，写之前要先擦除整个页，不能直接覆盖写。我一般会在 Flash 的最后一页划一块区域专门存参数，存的时候加一个校验和，读的时候校验一下，如果校验失败就用默认值，避免参数损坏导致系统异常。

参数结构体大概长这样：零点值、比例系数、校验和。存的时候把结构体按字节写入，读的时候按字节读出再还原。注意 Flash 写入的地址要按半字对齐，STM32F1 的 Flash 编程单位是半字（16 位），这一点在写代码时要留意。

7.3 串口上报和扩展功能

称重数据除了显示，很多时候还需要上报给上位机或者传给其他模块。用串口按固定格式发送是最简单的，比如每 200ms 发一帧"重量:1234g\r\n"。如果你要做更复杂的系统，比如配料控制，可以在重量达到设定值时触发继电器或者蜂鸣器，这些扩展都不难，核心还是把称重这部分做稳。

我在一个配料项目里做过这样的逻辑：设定目标重量，实时显示当前重量和差值，达到目标值 95% 时慢速加料，达到 100% 时停止。这里称重的响应速度和稳定性直接决定了配料精度，所以前面讲的滤波和采样率选择在这个场景里格外重要。

8. 调试过程中最常遇到的几个问题及排查思路

8.1 读数一直是 0 或者一直是最大值

这种情况通常是通信没通。排查顺序：先确认 DOUT 有没有在变化，如果 DOUT 一直高电平，说明 HX711 没有完成转换，检查供电和传感器接线；如果 DOUT 有变化但读出来全是 0 或全 1，检查 SCK 时序，特别是脉冲数量和顺序。用逻辑分析仪或者示波器看一眼 SCK 和 DOUT 的波形，问题一目了然。没有仪器的话，可以在代码里把原始值打印出来看变化趋势。

8.2 读数跳动厉害

先排除硬件：传感器接线是否牢固、电源是否干净、有没有电机等干扰源。硬件没问题再调软件：加大滤波窗口、降低采样率到 10Hz、检查标定是否合理。如果跳动是周期性的，可能是电源纹波或者机械振动，需要从根源上解决。

8.3 数值线性度差，小重量准大重量不准

这通常是标定问题。检查标定砝码是否接近常用量程，标定时读数是否稳定。如果传感器本身质量差，线性度就是不行，软件没法完全弥补。另外注意传感器的量程选择，用一个大量程传感器称小重量，精度天然就差，这是物理限制。

8.4 OLED 显示正常但数值不更新

检查采样标志位有没有被正确置位，滤波缓冲区有没有溢出，显示函数有没有被调用。这种问题多半是任务调度逻辑写错了，用调试器单步跟一下就能找到。

9. 我在这个项目里积累的几条实在经验

做称重项目这些年，有几个体会是文档里不会写但特别有用的。第一，先把硬件调通再写复杂软件。我见过太多人一上来就写一大堆滤波和显示代码，结果硬件接线是错的，调了半天以为是软件问题。正确的顺序是先用最简单的代码把原始值读出来，确认能随重量变化，再往上加功能。

第二，标定比滤波更重要。很多人把精力全花在滤波上，却忽略了标定的准确性。实际上一个准确的标定能让你的读数又稳又准，而滤波只是锦上添花。标定时多花十分钟，后面省心很多。

第三，留出调试接口。项目里一定要留串口打印原始值和中间变量的能力，调试阶段全靠它。等产品定型了再把调试代码去掉或者用宏关掉。

第四，注意温度影响。如果你的项目在不同温度环境下使用，零点漂移是绕不开的。简单的做法是开机时自动去皮，复杂一点可以加温度传感器做补偿。普通室内使用的项目，开机预热几分钟再标定，基本就够用了。

这套 STM32+HX711+OLED 的方案，硬件成本低，软件难度适中，只要把时序、标定、滤波这三块吃透，做出来的称重系统精度和稳定性都能满足大部分需求。后面如果你想扩展成无线传输、多路称重、或者接入更复杂的控制系统，这套基础框架都能直接往上搭。