嵌入式技术项目教程-基于STM32F4CubeMX与HAL库 课件 6 制作电子秤

任务4.4制作电子秤制作电子秤电子秤案例引导现代生活中，越来越多的场合需要用到称重系统。在家里，有电子秤，用于测量人体的重量，厨房里的电子秤，用来测量食材、调料或者其他食物的重量；超市、物流仓储等场所用的电子秤，能够根据物品的重量进行计价或管理库存。当人们需要寄送包裹或信件时，快递公司通常会使用电子秤来称量物品的重量，这样可以确保正确计算邮费。在科学实验室中，电子称重系统被广泛用于称量和计量化学物质。实验室里的天平具有高度精确的称重能力，能够测量非常小的物质重量，为科学研究提供准确的数据支持。这些智能电子秤，结合按键、智能屏显、打印机、蜂鸣器、网络通信模块等功能外设，实现不同的应用场景。本次任务，我们就来制作一个电子秤。任务拓展电子秤职业能力目标（1）能根据MCU编程手册，利用STM32CubeMX软件，准确配置称重模组。（2）能利用称重模组传感器及转换电路，通过编写代码，准确获取重量数据。（1）能够通过STM32CubeMX软件对HX711数据线及时钟线进行配置。（2）能够根据HX711模组数据手册搭建硬件电路，编写转换函数，获取传感器数据。（3）能够将获取的重量数据通过串口输出，进而将重量在OLED的128×64显示屏显知识目标技能目标任务拓展TFT-LCD显示屏电子秤通过STM32获取称重传感器HX711模组的数据，将称重传感器上的砝码重量显示在串口调试助手中。任务描述任务要求通过STM32CubeMX软件进行HX711模组的配置；根据ADC的知识，获取传感器数据；将获取的重量数据通过串口输出。任务分析TFT-LCD显示屏本任务就是结合STM32微控制器、称重传感器模组、串口接口电路来制作一个电子称重系统。系统连接如图4-56所示。图4-56电子称重系统示意图知识链接TFT-LCD显示屏认识HX711称重模组HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其他芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。图4-57为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该电路使用内部时钟振荡器(X1接地)，10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源（2.7～5.5V）直接取用与MCU芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连，通道B通过片外分压电阻（未在图4-57中显示）与电池相连，用于检测电池电压。图4-57知识链接TFT-LCD显示屏2.认识称重传感器图4-59称重传感器安装方式称重传感器的安装方式如图4-59所示，这种平行梁结构是将传感器置于两块板的中间。上面的板固定传感器的一端(未画出)，下面的板固定传感器的另一端。固定的时候，上下板与传感器之间要加上预先准备好的垫片，这样才能够使传感器保持悬空状态。图4-60称重传感器受力示意图称重传感器的受力分析如图4-60所示。全桥称重传感器的内部有4个应变片，组成了电阻桥，引出4条线，颜色分别是红色、黑色、白色、绿色。全桥传感器内部原理即惠斯通电桥。知识链接TFT-LCD显示屏2.惠斯通电桥原理惠斯通电桥的四个桥臂或分支由电阻R1、R2、R3和R4四个电阻构成。桥的角点A和D连接桥路激励电压Vs；角点B和C为电桥输出电压Vo即测量信号，如图4-61所示。电桥的工作原理是：加载受力的变化→弹性体形状发生变化→附着在弹性体上的应变片长度发生变化→应变片的电阻值发生变化（即惠斯通电桥的桥壁阻值发生变化）→传感器输出电信号发生变化。

E为供电电源提供的电压值；K:应变片的灵敏系数；

e为应变力的大小通过这个公式,可以知道,电压的变化和应变力的大小成正比。当我们进行标定之后，就可以将质量（重量）转化成电压值。知识链接TFT-LCD显示屏3.称重模组与STM32微控制器的连接HX711模组与STM32微控制器的连接如图4-62所示，模组的VCC接5V，GND接地，串行数据线DT(DOUT)接GPIOB口的PB8，串行时钟线SCK接GPIOB的PB9。图4-62称重系统硬件连接示意图知识链接TFT-LCD显示屏4.称重模块的转换函数（1）hx711.h文件如下。知识链接TFT-LCD显示屏4.称重模块的转换函数（2）hx711.c文件如下。知识链接TFT-LCD显示屏5.微秒级延时函数设计由于HAL库中没有提供微秒级的延时函数，我们使用滴答定时器实现微秒级延时函数。delay.h文件代码如下：delay.c文件代码如下。任务实施TFT-LCD显示屏任务实施前必须准备好表4-34所列的设备/资源。序号设备/资源数量是否准备到位（√）1STM32F407ZET6最小系统1

2HX711称重传感器模组1

3砝码盒1

4杜邦线4

思考一下，此次任务会用到哪些设备资源呢？任务实施TFT-LCD显示屏要完成本任务，可以实施步骤分成以下7步。使用STM32CubeMX完成电子秤工程的创建和配置。在工程中添加代码包。在源文件中添加代码。编译代码。硬件环境搭建。模块固件下载。结果验证。具体实施步骤如下。参考之前的任务1，完成以下操作任务实施TFT-LCD显示屏新建工程可参考之前的项目，完成如下操作。打开STM32CubeMX，选择“NewProject”进入芯片选择界面。在搜索栏输入“STM32F407ZE”，右侧会出现STM32F407ZE的芯片，选择LQFP封装，双击进入芯片配置界面。依次单击“SystemCore”→“RCC”→“HighSpeedClock（HSE）”，选择“Crystal/CeramicResonator”。依次单击“Sys”→“Debug”，选择“SerialWire”。依次单击“Connectivity”→“USART1”，配置串口1，如图4-63所示，MODE选择“Asynchronous”，BaudRate选择“115200bit/s”，DataDirection选择“ReceiveandTransmit”。任务实施TFT-LCD显示屏依次单击“SystemCore”→“GPIO”,在“Pinoutview”配置界面，单击MCU的“PB8”引脚，GPIOmode选“Inputmode”,GPIOPull-up/Pull-down选“Pull-up”，UserLabel选“DOUT”，如图4-64所示。同理配置“PB9”引脚，GPIOmode选“OutputPushPull”,GPIOPull-up/Pull-down选“NoPull-upandnopulldown”，UserLabel选“SCK”,GPIOoutputlevel选“Low”,Maximumoutputspeed选“High”。单击“ClockConfiguration”，进行如图4-65所示的时钟配置。任务实施TFT-LCD显示屏单击“ProjectManager”,单击“Project”设置文件名和保存的位置，Toolchain/IDE选择“MDK-ARM”。切换到“CodeGenerator”选项卡，进行勾选设置。最后单击右上角“GENERATECODE”按钮生成初始化代码。任务实施TFT-LCD显示屏任务实施TFT-LCD显示屏添加代码包1）在项目工程文件夹下新建delay、hx711两个文件夹，并将delay.h和delay.c文件复制到delay文件夹，将hx711.h和hx711.c文件复制到hx711文件夹下。2）右击项目文件名，在弹出的快捷菜单中选择“AddGroup”添加组，将“NewGroup”改为“Delay”，双击“Delay”，选择delay.c文件添加到Delay组下。同理，添加“Hx711”组，将hx711.c文件添加到Hx711组下。3）添加的文件直接编译会报错，需要包含文件夹的路径，图4-66所示就是添加hx711文件的路径，以便程序可以找到文件。4）用同样的方法将delay文件夹的路径添加进去。图4-66任务实施TFT-LCD显示屏3.添加程序代码修改main.c文件（1）添加头文件在MDK-ARM中双击打开“Application/User/Core”下的main.c文件，在添加头文件处添加delay.h和hx711.h头文件。（2）添加变量（3）在“USERCODEBEGIN2”和“USERCODEEND2”之间添加如下代码：（4）在“USERCODEBEGIN3”和“USERCODEEND3”之间添加如下代码：2）修改usart.h文件3）修改usart.c文件任务实施TFT-LCD显示屏3.添加程序代码修改main.c文件任务实施TFT-LCD显示屏实施步骤编译代码代码添加完成后，单击“重新编译”按钮完成编译，确保编译准确无误。硬件环境搭建如图4-67所示，是本任务的硬件连线图。STM32F407ZET6最小系统的PB8、PB9依次连接到HX711模组的DOUT和SCK端，再连接好电源线和地线。6.固件下载使用ST-Link仿真器下载程序到开发板即可。如手头没有ST-Link仿真器，也可用串口方式下，方法请读者自行查找资料学习基于串口的下载方式。任务实施TFT-LCD显示屏实施步骤结果验证打开串口调试工具，单片机上电，选择连接好串口，在称重传感器秤盘上轻放一个100g的砝码，串口调试助手的输出以及依次加50g、20g、20g后的显示如图4-68所示。实验发现，加载了190g砝码，测量值为200g,误差还不小呢。任务实施TFT-LCD显示屏如何提高测量准确度呢？适当调节HX711_GapValue这个参数，我们在程序中设置为420。厂商给的参考值为429.5，那它是如何计算出来的，现在又该如何校正呢？HX711模组满量程输出电压=激励电压×灵敏度1.0mV/V，例如，供电电压是5V乘以灵敏度1.0mV/V=满量程5mV。相当于有5kg重力对应电桥输出5mV的电压。我们使用的HX711模组适配的传感器量程正好是5kg。HX711模组A通道带有128倍信号增益，可以将5mV的电压放大128倍，然后采样输出24bitA/D转换的值，单片机通过指定时序将24bit数据读出。如何计算传感器供电电压HX711模组可以在产生VAVDD

和VAGND

电压，即HX711模组上的E+和E-电压。该电压通过VAVDD=VVBG(R1+R2)/R2计算。VVBG为模组基准电压1.25V，R1=20kΩ,R2=8.2kΩ，因此得出VAVDD=4.3V。如何将A/D值反向转换为重力值假设重力为Akg，（A<5kg）,测量出来的A/D值为y，传感器输出，发送给ADC模块的电压为Akg×4.3mV/5kg=0.86mV，经过128倍增益后为：128×0.86mV=110.08mV。转换为24bit数字信号为110.08mV×224/4.3V=429496.7296。所以y=429496.7296，因此得出A=y/429496.7296kg=y/429.