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1. 引言：

简易电子秤仿真系统的设计背景与意义
在家庭日常称重（如食材重量、快递称重）、小型商铺零售（如零食、干货称重）等场景中，传统机械秤存在精度低（误差 ±5g 以上）、读数不便、无数据记录功能的问题；商用电子秤虽精度高，但成本昂贵、体积大，难以满足家庭及小型场景的轻量化需求。随着嵌入式技术与传感器技术的发展，基于单片机的简易电子秤成为趋势，可实现低成本、高精度的重量测量，同时支持数据可视化与功能扩展。
STM32 单片机凭借高性能 ADC 采集能力（12 位精度）、丰富外设接口及快速数据处理速度，能精准处理称重传感器的微弱信号，相比 51 单片机，其数据采集精度与运算效率显著提升；结合 Multisim 仿真工具，可在物理硬件搭建前验证系统逻辑，降低开发成本与周期。基于 STM32 的简易电子秤仿真系统，支持 0-5kg 重量测量（精度 ±1g），具备重量显示、单位切换（g/kg）、去皮、数据清零功能，适配家庭厨房、小型商铺等场景。该设计不仅能满足日常轻量化称重需求，还能通过仿真优化参数，为实际硬件开发提供参考，符合 “低成本、高精度、仿真先行” 的电子设计趋势，具有重要实用价值与教学意义。

2. 核心硬件选型与仿真电路搭建

仿真设计以 STM32F103C8T6 单片机为核心，主要包含称重传感器模块、信号调理模块、ADC 采集模块、显示交互模块及电源模块，在 Multisim 14.0 环境中搭建电路，确保逻辑与实际简易电子秤一致，满足精度与功能需求。
称重传感器模块选用 HX711 称重传感器专用模块（含压力传感器），测量范围 0-5kg，灵敏度 1mV/V，输出差分信号；HX711 通过 2 线制接口（DT 接 STM32 PA0、SCK 接 PA1）与单片机通信，内置 128 倍增益放大器，可将传感器微弱信号放大，减少噪声干扰，提升采集精度；仿真中通过虚拟直流电源为传感器提供 5V 激励电压，同时添加可调电阻（10kΩ）模拟不同重量压力（如调节电阻模拟 1kg、2kg 重量），验证系统称重准确性。
信号调理模块：为进一步提升信号稳定性，添加运算放大器 OPA2277 构成的差分放大电路，将 HX711 输出信号再次放大 2 倍（通过调节反馈电阻实现），放大后信号接入 STM32 ADC 引脚（PA2），用于二次数据校准；模块中添加 RC 滤波电路（1kΩ 电阻 + 0.1μF 电容），滤除高频噪声，确保信号平稳输入 ADC 模块。
显示交互模块：采用 1.3 英寸 OLED 屏（I2C 接口，SDA 接 PB7、SCL 接 PB6），实时显示重量值（如 “Weight: 1250g”）、当前单位（“Unit: g”）与功能状态（“Tare: On”）；配备 4×4 矩阵键盘（连接 P2 口），用于 “去皮”（清零当前重量，重新称重）、“单位切换”（g/kg 切换）、“数据清零”“校准”（修正称重偏差）；同时添加 LED 指示灯（PB8 引脚，绿色亮表示正常称重，红色亮表示校准模式），直观提示系统状态。
电源模块在仿真中采用 + 5V 直流电源，为 HX711 模块、运算放大器供电，经 AMS1117-3.3V 稳压为 STM32、OLED 屏及键盘供电；添加 0.1μF 去耦电容与 100μF 滤波电容，减少电源噪声对 ADC 采集的干扰，确保仿真电路稳定运行；通过虚拟示波器接入 ADC 输入引脚，监测调理后信号波形，便于调试。

3. 软件设计与称重逻辑实现

软件设计以 Keil MDK 为开发环境，采用模块化编程，包含主程序、重量采集子程序、ADC 数据处理子程序、显示交互子程序、校准子程序，核心实现重量精准采集、数据处理与功能控制，仿真中通过软件模拟称重与交互逻辑。
主程序流程：初始化 STM32 外设（GPIO、ADC、I2C、定时器）、HX711 模块、OLED 屏，默认单位设为 “g”，OLED 显示 “简易电子秤 - 就绪”；定时器定时 100ms 触发重量采集，进入循环称重状态，无操作 30 秒后进入低功耗模式（功耗＜5mA）。
重量采集与数据处理子程序：STM32 通过 PA0、PA1 引脚控制 HX711 采集重量数据，发送 SCK 时钟信号触发 HX711 输出 24 位重量数据（16 位整数 + 8 位小数）；读取数据后，通过校准公式 “实际重量 =（采集数据 - 零点偏移值）/ 校准系数” 计算重量值（零点偏移值通过 “去皮” 功能设定，校准系数通过标准砝码校准获取）；采用滑动平均滤波算法（取 10 次采集值平均）去除随机干扰，确保重量数据稳定，误差控制在 ±1g 内。
显示交互与校准逻辑：OLED 屏实时更新重量值与单位，按下 “去皮” 键时，记录当前重量值为零点偏移值，后续称重自动减去该值（如放置容器后去皮，仅显示容器内物品重量）；按下 “单位切换” 键，在 “g” 与 “kg” 间切换（如 1250g 切换为 1.25kg），重量值同步换算更新；校准模式下（按下 “校准” 键 +“确认” 键），输入标准砝码重量（如 1000g），系统自动计算校准系数，修正称重偏差，确保精度。
软件中添加异常处理逻辑：若采集数据超出 0-5kg 范围，OLED 显示 “重量超限” 并触发蜂鸣器（PB9 引脚，短鸣提示）；若连续 10 次采集数据偏差＞5g，判定为传感器异常，显示 “采集异常”，提示检查模块；同时支持重量数据暂存功能，按下 “存储” 键（键盘功能键），将当前重量值存储至 STM32 内部 Flash，可通过 “查询” 键查看历史称重数据（最多存储 10 组）。

4. 仿真调试与性能测试

仿真调试基于 Multisim 14.0 与 Keil MDK 联合仿真，通过虚拟砝码与标准重量对比，确保简易电子秤仿真系统精准、稳定运行，具体流程如下：
仿真电路调试：在 Multisim 中搭建电路后，单独测试各模块功能：调节 HX711 模块的可调电阻模拟 1000g 重量，检查 HX711 输出数据是否稳定，STM32 ADC 采集值是否与预期一致；测试信号调理模块，用虚拟示波器观察滤波前后信号波形，确认噪声是否有效滤除；验证显示交互模块，按下 “去皮” 键后，OLED 是否显示重量 “0g”，单位切换时是否准确换算（如 1000g 切换为 1.00kg），排除电路接线错误或逻辑冲突。
软件联合调试：将 Keil 编译生成的 HEX 文件加载到 Multisim 的 STM32 模型中，运行仿真后，通过虚拟逻辑分析仪观察 HX711 与 STM32 的通信波形，确认数据传输时序是否符合 HX711 协议要求；模拟重量波动场景（快速调节可调电阻，模拟重量从 500g 增至 1500g），验证滤波算法是否有效稳定重量值，偏差是否＜1g；测试校准功能，输入标准砝码重量 1000g，检查系统是否自动修正校准系数，校准后称重误差是否降至 ±0.5g 内。
性能测试采用虚拟标准重量对比与功能验证：精度测试，在 0-5kg 范围内选取 6 个测试点（500g、1000g、2000g、3000g、4000g、5000g），仿真称重值与标准值偏差均＜1g，满足精度需求；响应速度测试，重量从 0g 突变至 2000g，系统称重显示更新延迟＜0.2 秒，无明显滞后；稳定性测试，连续仿真 2 小时，每 10 秒采集一次重量数据（固定 1000g），数据波动＜0.5g，无异常跳变；功能测试，去皮、单位切换、数据存储与查询功能均正常实现，无功能故障。测试表明，仿真系统在精度、响应速度与稳定性上均达到设计目标，能有效模拟简易电子秤的称重功能。

5. 结语

基于 STM32 的简易电子秤仿真系统，通过 HX711 称重模块与 STM32 精准控制结合，实现了低成本、高精度的重量测量，相比传统机械秤与商用电子秤，具有功能灵活、开发成本低、仿真验证高效的优势；不仅能满足家庭、小型商铺的轻量化称重需求，还可作为嵌入式系统教学案例，帮助学习者理解 “传感器采集 - 信号调理 - ADC 转换 - 数据显示” 的完整流程。
然而，系统仍有改进空间：一是可扩展无线通信模块（如 HC-05 蓝牙），仿真中实现重量数据向手机 APP 传输，支持数据记录与分析（如家庭食材重量统计）；二是添加语音播报功能（仿真中接入 ISD1820 语音模块），称重完成后自动播报重量值，适配视力不佳人群；三是优化校准逻辑，通过机器学习算法（如最小二乘法）自动修正温度漂移导致的称重偏差，提升长期使用精度。后续可围绕这些方向优化，推动简易电子秤向更智能、更便捷的方向发展。

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