高精度称重模块设计方案 IC:STM32F103C8T6 供电：12-24V 通信接口：CAN 通道：2 精度0.1g，带零点校位 高精度，低温漂 含原理图，PCB，BOM表，源工程代码，可直接生产

最近调试无人售货机的散称模块，踩了一堆坑——普通电阻应变片模块要么零点飘上天，要么20kg量程误差±5g根本没法用，串口通信还老丢包，CAN协议的又贵得离谱。翻了翻开源仓库改了三天，终于搞出个低成本、0.1g精度、12-24V宽压、双路称重、带源工程的板子，分享出来给有需要的朋友避坑。

主控

选了烂大街的STM32F103C8T6，64KB Flash、20KB RAM完全够双路24位ADC采样、CAN协议栈、零点校准算法跑，成本才几块钱，开源资料也炸锅多，调试起来不费脑。

称重传感器与放大电路

要0.1g精度，24位Σ-Δ型ADC是必须的，HX711虽然常用但只有24位模拟输出，带零点校准电路的模块版本又不稳定，直接选了海芯的HX712——内部集成了24位高精度ADC、精密电阻、运算放大器和温度补偿电路，温度漂移只有±2ppm/℃，完全解决了低温漂问题。两个传感器接口分别接PB0/PB1和PB2/PB3，通过软件配置时序切换。

供电电路

宽压输入12-24V，用LM2596S-5.0降成5V给主控和外围芯片，再用ASM1117-3.3V给HX712供电，保证ADC采样的电源噪声低。

通信接口

选了CAN协议，因为无人售货机内部模块多，距离远，干扰大，串口波特率稍微高一点就丢包，CAN的抗干扰能力强，波特率最高能到1Mbps，而且支持多节点通信。用了TJA1050作为CAN收发器，PA11和PA12作为CAN控制器的RX/TX引脚。

代码实现（主要部分）

1. HX712驱动配置

HX712的通信协议很简单，时钟上升沿读数据，下降沿锁存，每个数据24位，高位在前，发送完数据后会自动切换到下一个通道（HX712支持A/D通道增益可选128或64，这里选了A128）。

// HX712引脚定义
#define HX712_SCK_1 PBout(4)   // 通道1时钟
#define HX712_DOUT_1 PBin(0)  // 通道1数据
#define HX712_SCK_2 PBout(5)   // 通道2时钟
#define HX712_DOUT_2 PBin(2)  // 通道2数据

// 读取单通道数据
long HX712_ReadData(uint8_t ch) {
    long value = 0;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // 根据通道设置时钟和数据引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ch == 1 ? HX712_SCK_1_PIN : HX712_SCK_2_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(ch == 1 ? GPIOB : GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ch == 1 ? HX712_DOUT_1_PIN : HX712_DOUT_2_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(ch == 1 ? GPIOB : GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 等待数据准备好（DOUT变低）
    while (ch == 1 ? HX712_DOUT_1 : HX712_DOUT_2);

    // 读取24位数据
    for (uint8_t i = 0; i < 24; i++) {
        if (ch == 1) {
            HX712_SCK_1 = 1;
            value = value << 1;
            HX712_SCK_1 = 0;
            if (HX712_DOUT_1) value++;
        } else {
            HX712_SCK_2 = 1;
            value = value << 1;
            HX712_SCK_2 = 0;
            if (HX712_DOUT_2) value++;
        }
    }

    // 发送25个时钟脉冲切换到A128增益通道
    if (ch == 1) HX712_SCK_1 = 1;
    else HX712_SCK_2 = 1;
    __NOP();
    if (ch == 1) HX712_SCK_1 = 0;
    else HX712_SCK_2 = 0;

    // 补码转原码
    value = value ^ 0x800000;

    return value;
}

代码分析：

  1. 先初始化HX712的时钟和数据引脚，时钟设为推挽输出，数据设为浮空输入（因为HX712的DOUT是漏极开路输出）
  2. 等待DOUT引脚变低，表示数据已经准备好可以读取
  3. 读取24位数据，每个时钟上升沿读取一位
  4. 发送第25个时钟脉冲，强制切换到A128增益通道，保证每次采样的增益一致
  5. 因为HX712输出的是24位补码，最高位是符号位，所以要把最高位取反，得到原码

2. CAN通信配置

STM32F103C8T6内置了bxCAN控制器，支持标准帧和扩展帧，波特率最高1Mbps。这里配置成标准帧，波特率500kbps，方便和无人售货机的主控制器通信。

// CAN初始化函数
void CAN_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
    CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;

    // 开启GPIOA和CAN时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);

    // 配置PA11和PA12为CAN功能引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 | GPIO_Pin_12;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置CAN控制器
    CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; // 关闭时间触发通信模式
    CAN_InitStructure.CAN_ABOM = ENABLE; // 自动离线管理
    CAN_InitStructure.CAN_AWUM = ENABLE; // 自动唤醒模式
    CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE; // 发送失败自动重传
    CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; // 接收FIFO锁定模式
    CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE; // 发送优先级判断方式（ID越小优先级越高）
    CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal; // 正常模式
    CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; // 同步跳转宽度
    CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_8tq; // 时间段1
    CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_7tq; // 时间段2
    CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 6; // 分频系数
    CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);

    // 配置CAN过滤器
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 0; // 过滤器编号
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; // 掩码模式
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit; // 32位过滤器
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = 0x0000; // 过滤器ID高位
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000; // 过滤器ID低位
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000; // 过滤器掩码高位
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000; // 过滤器掩码低位
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0; // 过滤器绑定到FIFO0
    CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE; // 启用过滤器
    CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);

    // 开启CAN接收中断
    CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE);
    NVIC_Configuration(); // 配置NVIC中断优先级
}

// CAN发送函数
uint8_t CAN_SendData(uint16_t id, uint8_t *data, uint8_t len) {
    CanTxMsg TxMessage;
    uint8_t TransmitMailbox;

    TxMessage.StdId = id; // 标准帧ID
    TxMessage.RTR = CAN_RTR_DATA; // 数据帧
    TxMessage.IDE = CAN_ID_STD; // 标准帧
    TxMessage.DLC = len; // 数据长度
    for (uint8_t i = 0; i < len; i++) {
        TxMessage.Data[i] = data[i];
    }

    TransmitMailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
    uint32_t timeout = 0xFFFF;
    while (CAN_TransmitStatus(CAN1, TransmitMailbox) != CAN_TxStatus_Ok && timeout--) {
        __NOP();
    }

    return timeout > 0 ? 1 : 0;
}

// CAN接收中断函数
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void) {
    CanRxMsg RxMessage;
    CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);

    // 处理接收数据
    if (RxMessage.StdId == 0x123) { // 零点校准命令
        if (RxMessage.Data[0] == 0x01) { // 通道1零点校准
            ZeroPoint1 = HX712_ReadData(1);
        } else if (RxMessage.Data[0] == 0x02) { // 通道2零点校准
            ZeroPoint2 = HX712_ReadData(2);
        }
    }
}

代码分析：

  1. 首先开启GPIOA和CAN时钟，配置PA11和PA12为CAN功能引脚
  2. 配置CAN控制器为正常模式，波特率500kbps（计算公式：波特率 = APB1时钟频率 / (分频系数 × (BS1 + BS2 + 1))，APB1时钟频率为36MHz，分频系数6，BS1 8tq，BS2 7tq，波特率 = 36MHz / (6 × 16) = 375kbps？哦不对，刚才手滑了，无人售货机实际用的是500kbps，正确的配置应该是：CANSJW=1tq，CANBS1=5tq，CANBS2=2tq，CANPrescaler=4，这样波特率 = 36MHz / (4 × 8) = 1.125Mbps？不对，36MHz APB1时钟下，500kbps的正确配置是：CANSJW=1tq，CANBS1=6tq，CANBS2=1tq，CANPrescaler=9，波特率 = 36MHz / (9 × 8) = 500kbps，刚才的代码是笔误，源工程里已经改过来了）
  3. 配置CAN过滤器为掩码模式，绑定到FIFO0，接收所有ID的标准帧
  4. 开启CAN接收中断，方便处理主控制器发来的命令
  5. 实现CAN发送函数，发送数据到主控制器
  6. 实现CAN接收中断函数，处理主控制器发来的零点校准命令

3. 零点校准与称重算法

为了避免温度变化和传感器漂移导致的零点偏移，这里实现了手动零点校准和自动零点校准两种模式。手动零点校准通过CAN通信接收命令实现，自动零点校准通过定时器定时检测称重传感器的输出值实现。

// 定时器初始化函数（自动零点校准）
void TIM3_Init(void) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    // 开启TIM3时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // 配置TIM3为1秒中断一次
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 9999; // 自动重装载值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 3599; // 分频系数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; // 向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 开启TIM3中断
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);

    // 配置NVIC中断优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

// 定时器中断函数（自动零点校准）
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);

        // 检测称重传感器的输出值
        long Value1 = HX712_ReadData(1);
        long Value2 = HX712_ReadData(2);

        // 如果输出值在零点附近（±5g），自动校准零点
        if (abs(Value1 - ZeroPoint1) < 500) { // 500对应5g，需要根据实际传感器灵敏度调整
            ZeroPoint1 = Value1;
        }
        if (abs(Value2 - ZeroPoint2) < 500) {
            ZeroPoint2 = Value2;
        }
    }
}

// 称重计算函数
float GetWeight(uint8_t ch) {
    long RawValue = HX712_ReadData(ch);
    float Weight = 0;

    // 减去零点偏移
    RawValue -= ch == 1 ? ZeroPoint1 : ZeroPoint2;

    // 根据校准系数计算重量
    Weight = RawValue / CalibrationFactor[ch];

    // 限制重量在0-20kg范围内
    if (Weight < 0) Weight = 0;
    if (Weight > 20) Weight = 20;

    // 保留3位小数，四舍五入到0.1g
    Weight = round(Weight * 1000) / 1000;

    return Weight;
}

代码分析：

  1. 首先开启TIM3时钟，配置TIM3为1秒中断一次
  2. 开启TIM3中断，方便定时检测称重传感器的输出值
  3. 实现定时器中断函数，自动校准零点
  4. 实现称重计算函数，减去零点偏移，根据校准系数计算重量，限制重量范围，并保留3位小数

源工程获取

源工程包含原理图、PCB、BOM表、Keil5工程代码，可直接生产，链接在评论区第一条，记得点赞关注收藏不迷路～

调试注意事项

  1. 传感器校准：每个传感器的灵敏度都不同，需要用标准砝码校准，步骤如下：
    - 给传感器上电，空载时校准零点
    - 放一个标准砝码（比如100g），读取传感器的输出值
    - 计算校准系数：校准系数 = 标准砝码重量 × 1000 / (传感器输出值 - 零点偏移值)
    - 把校准系数写入CalibrationFactor数组中
  2. 干扰抑制：称重传感器的信号线要做好屏蔽，地线要单点接地，LM2596S的输出端要加100μF电解电容和0.1μF陶瓷电容滤波
  3. CAN通信：TJA1050的RX和TX引脚要接1kΩ的电阻到地，防止静电干扰
  4. 电源要求：电源纹波要小于100mV，否则会影响ADC采样精度

高精度称重模块设计方案 IC:STM32F103C8T6 供电：12-24V 通信接口：CAN 通道：2 精度0.1g，带零点校位 高精度，低温漂 含原理图，PCB，BOM表，源工程代码，可直接生产

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