一、系統(tǒng)概述
本設(shè)計方案以STM32F103C8T6單片機為控制核心，結(jié)合高精度稱重傳感器、HX71124位A/D轉(zhuǎn)換模塊、OLED顯示屏、按鍵輸入、外部存儲及電源管理電路，構(gòu)建一款功能完善、性能穩(wěn)定、成本合理的電子秤。設(shè)計目標(biāo)包括重量測量精度達到±0.5g，量程0–5kg；具有去皮、動態(tài)穩(wěn)定顯示、上下限報警等實用功能；電源采用鋰電池供電，支持Type-C充電；通過按鍵或觸摸實現(xiàn)人機交互操作，并預(yù)留UART和I2C接口以便擴展數(shù)據(jù)通信或遠程控制。整機結(jié)構(gòu)緊湊，PCB尺寸控制在80mm×60mm以內(nèi)，便于批量生產(chǎn)與維護。

二、核心控制單元選型
STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的高性能低功耗32位微控制器，主頻最高可達72MHz，內(nèi)部集成64KB Flash和20KB SRAM，提供豐富的外設(shè)接口（包括GPIO、USART、I2C、SPI、ADC、DMA等）。

選擇理由：

1. 性能與資源匹配
   STM32F103C8T6具有足夠的CPU性能來處理高精度稱重數(shù)據(jù)、濾波算法及顯示刷新，同時其Flash和SRAM容量能夠容納完整的固件及運行時數(shù)據(jù)。

2. 外設(shè)豐富
   方案需與HX711A/D、OLED（I2C）、按鍵（GPIO中斷）、Type-C充電管理（USART或I2C）等模塊協(xié)同工作，多路通信接口的可用性使設(shè)計更靈活。

3. 成本與供應(yīng)
   STM32F103C8T6在市場上供應(yīng)充足，單價約在5–7元人民幣，性價比高，且有豐富的開源固件庫（STM32 HAL、FreeRTOS移植等）可加速開發(fā)。

三、稱重傳感器與A/D轉(zhuǎn)換模塊

1. 稱重傳感器（梁式）——型號：Zemic L6G
   功能：將重量信號轉(zhuǎn)換為微弱電壓信號輸出，量程可選5kg、10kg等規(guī)格。
   選擇理由：

• 精度等級高（C3級或C6級），線性度好；

• 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗過載能力強；

• 配合配重調(diào)平方便；

• 國內(nèi)外均有現(xiàn)成供應(yīng)，可大批量采購。

2. 24位A/D轉(zhuǎn)換模塊——型號：HX711
   功能：對稱重傳感器的微伏級電壓信號進行放大、24位高精度A/D轉(zhuǎn)換，并通過二線數(shù)字接口與MCU通信。
   選擇理由：

• 內(nèi)置可編程增益（32、64、128），滿足不同傳感器的靈敏度需求；

• 24位分辨率，理論分辨率可達0.1mg級別；

• 接口簡單，驅(qū)動成熟，開源庫支持完善；

• 模塊化封裝方便PCB布局與系統(tǒng)集成。

四、顯示與人機交互

1. OLED顯示屏——型號：SSD1306 0.96英寸 I2C接口
   功能：實時顯示重量數(shù)值、狀態(tài)圖標(biāo)、單位及提示信息。
   選擇理由：

• 對比度高、視角廣，即使在弱光環(huán)境下也能清晰讀?。?/span>

• I2C雙線通信節(jié)省GPIO資源；

• 功耗低，適合電池供電；

• 控制驅(qū)動成熟，庫函數(shù)豐富。

2. 按鍵輸入模塊
   功能：實現(xiàn)去皮、單位切換、上下限設(shè)置及清零等操作。
   選型：輕觸按鍵（貼片型）×4，按鍵導(dǎo)線焊接至MCU的GPIO中斷口。
   選擇理由：

• 結(jié)構(gòu)簡單、成本低；

• 手感清晰、壽命長；

• 獨立按鍵易于用戶操作，不易誤觸。

五、通信與存儲擴展

1. UART接口
   功能：通過串口輸出稱重數(shù)據(jù)至PC或上位機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄或遠程監(jiān)控；
   選型：通過STM32F103C8T6內(nèi)置USART1，配置為115200bps，無需外加硬件；
   選擇理由：UART普及率高，可用于調(diào)試和后續(xù)功能擴展。

2. I2C EEPROM——型號：AT24C02
   功能：存儲去皮重量、上下限閾值及校準(zhǔn)系數(shù)等參數(shù)，以實現(xiàn)斷電掉電數(shù)據(jù)保持；
   選擇理由：

• 容量目前足以存儲幾百字節(jié)的配置信息；

• I2C雙線即可通信，易于連接；

• 價格低廉，可靠性高。

六、電源管理設(shè)計

1. 鋰電池供電
   選型：18650鋰離子電池（3.7V 2600mAh）×1；
   設(shè)計理由：容量足夠，體積適中，易于更換與維護。

2. 充電與升壓模塊

• 鋰電池充電管理芯片——型號：TP4056
  功能：對鋰電池進行恒流恒壓充電，并提供充電狀態(tài)指示；
  選擇理由：方案成熟、成本低、模塊化封裝。

• 升壓轉(zhuǎn)換模塊——型號：MT3608
  功能：將鋰電池3.7V升壓至5V，提供給STM32及其他5V外圍。
  選擇理由：效率可達90%以上，體積小，易于集成。

3. 電源濾波與保護
   設(shè)計輸入側(cè)與輸出側(cè)均布置LC濾波（電感+陶瓷電容），并在電池端加裝防反接二極管和過流保護保險絲，確保系統(tǒng)安全可靠。

七、軟件設(shè)計與算法實現(xiàn)

1. 固件架構(gòu)

• 啟動階段：完成系統(tǒng)時鐘配置、GPIO、I2C、USART、SPI（若有）及HX711驅(qū)動初始化；

• 主循環(huán)：讀取A/D數(shù)據(jù)→數(shù)字濾波（滑動平均或卡爾曼濾波）→重量換算→顯示更新→按鍵處理→通信應(yīng)答；

• 中斷處理：按鍵中斷服務(wù)執(zhí)行去皮、清零、單位切換等操作，去皮量存于EEPROM。

2. 濾波與校準(zhǔn)算法

• 數(shù)字濾波：采用N點滑動平均算法，可有效抑制干擾和抖動；

• 溫度補償：若環(huán)境溫度變化影響傳感器輸出，可預(yù)留溫度采集通道，并在算法中加入線性補償；

• 校準(zhǔn)方法：在軟件中提供標(biāo)定函數(shù)，用戶可使用已知標(biāo)準(zhǔn)砝碼進行2點或多點校準(zhǔn)，自動計算標(biāo)定系數(shù)并存儲于EEPROM。

八、外觀結(jié)構(gòu)與PCB布局

1. 外殼設(shè)計
   采用ABS或鋁合金材質(zhì)，表面噴塑或陽極氧化處理，外形尺寸約150mm×220mm×30mm。面板開孔對應(yīng)OLED顯示窗與按鍵，底部預(yù)留安裝傳感器支架位置并設(shè)置防滑腳墊。

2. PCB布局要點

• 將STM32、HX711、外部存儲與電源管理模塊分區(qū)布置，降低相互干擾；

• A/D及傳感器接口走線短而粗，引腳處加固；

• 采用四層板（若成本允許），內(nèi)層做散銅地，提升信號完整性；

• 在電源輸入處增加去耦電容與磁珠濾波，防止電磁干擾；

• 嚴格區(qū)分模擬與數(shù)字地，模擬地與數(shù)字地在大電流回流點處匯合。

九、成本與可行性分析
各主要元器件市場參考單價（批量采購）：STM32F103C8T6約6元；HX711模塊約4元；Zemic L6G傳感器（5kg）約15元；SSD1306 OLED模塊約8元；TP4056充電板約3元；MT3608升壓板約2元；AT24C02約0.5元；按鍵、連接器、被動件及PCB生產(chǎn)人工約20元。整機物料成本約60–70元，考慮測試、裝配與外殼成本，單臺出廠價可控制在120–150元之間，具有良好的市場競爭力。

十、總結(jié)
本設(shè)計方案充分考慮了性能、成本與可擴展性，在硬件選型上采用經(jīng)驗證的高可靠性器件，并結(jié)合STM32F103C8T6豐富的外設(shè)資源，實現(xiàn)重量測量、數(shù)據(jù)存儲、顯示與交互等完整功能；在軟件方面，合理規(guī)劃架構(gòu)、濾波校準(zhǔn)與參數(shù)存儲，確保測量精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性；在結(jié)構(gòu)與電源設(shè)計上注重安全與EMC性能，為批量生產(chǎn)與后續(xù)功能升級奠定良好基礎(chǔ)。整個方案簡單易用，維護便捷，適合用于家庭、餐飲、醫(yī)藥及工業(yè)輕量級稱重場景。