一、系統概述
本設計方案以STM32F103C8T6單片機為控制核心，結合高精度稱重傳感器、HX71124位A/D轉換模塊、OLED顯示屏、按鍵輸入、外部存儲及電源管理電路，構建一款功能完善、性能穩定、成本合理的電子秤。設計目標包括重量測量精度達到±0.5g，量程0–5kg；具有去皮、動態穩定顯示、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人機交互操作，并預留UART和I2C接口以便擴展數據通信或遠程控制。整機結構緊湊，PCB尺寸控制在80mm×60mm以內，便于批量生產與維護。

二、核心控制單元選型
STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M3內核的高性能低功耗32位微控制器，主頻最高可達72MHz，內部集成64KB Flash和20KB SRAM，提供豐富的外設接口（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據、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據。

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

3. 成本與供應
   STM32F103C8T6在市場上供應充足，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。

三、稱重傳感器與A/D轉換模塊

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

• 精度等級高（C3級或C6級），線性度好；

• 結構穩定、抗過載能力強；

• 配合配重調平方便；

• 國內外均有現成供應，可大批量采購。

2. 24位A/D轉換模塊——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轉換，并通過二線數字接口與MCU通信。
   選擇理由：

• 內置可編程增益（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，驅動成熟，開源庫支持完善；

• 模塊化封裝方便PCB布局與系統集成。

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：實時顯示重量數值、狀態圖標、單位及提示信息。
   選擇理由：

• 對比度高、視角廣，即使在弱光環境下也能清晰讀取；

• I2C雙線通信節省GPIO資源；

• 功耗低，適合電池供電；

• 控制驅動成熟，庫函數豐富。

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

• 結構簡單、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據至PC或上位機，實現數據記錄或遠程監控；
   選型：通過STM32F103C8T6內置USART1，配置為115200bps，無需外加硬件；
   選擇理由：UART普及率高，可用于調試和后續功能擴展。

2. I2C EEPROM——型號：AT24C02
   功能：存儲去皮重量、上下限閾值及校準系數等參數，以實現斷電掉電數據保持；
   選擇理由：

• 容量目前足以存儲幾百字節的配置信息；

• I2C雙線即可通信，易于連接；

• 價格低廉，可靠性高。

六、電源管理設計

1. 鋰電池供電
   選型：18650鋰離子電池（3.7V 2600mAh）×1；
   設計理由：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，并提供充電狀態指示；
  選擇理由：方案成熟、成本低、模塊化封裝。

• 升壓轉換模塊——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
   設計輸入側與輸出側均布置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，確保系統安全可靠。

七、軟件設計與算法實現

1. 固件架構

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

• 主循環：讀取A/D數據→數字濾波（滑動平均或卡爾曼濾波）→重量換算→顯示更新→按鍵處理→通信應答；

• 中斷處理：按鍵中斷服務執行去皮、清零、單位切換等操作，去皮量存于EEPROM。

2. 濾波與校準算法

• 數字濾波：采用N點滑動平均算法，可有效抑制干擾和抖動；

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

• 校準方法：在軟件中提供標定函數，用戶可使用已知標準砝碼進行2點或多點校準，自動計算標定系數并存儲于EEPROM。

八、外觀結構與PCB布局

1. 外殼設計
   采用ABS或鋁合金材質，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OLED顯示窗與按鍵，底部預留安裝傳感器支架位置并設置防滑腳墊。

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；

• 嚴格區分模擬與數字地，模擬地與數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
本設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驗證的高可靠性器件，并結合STM32F103C8T6豐富的外設資源，實現重量測量、數據存儲、顯示與交互等完整功能；在軟件方面，合理規劃架構、濾波校準與參數存儲，確保測量精度與系統穩定性；在結構與電源設計上注重安全與EMC性能，為批量生產與后續功能升級奠定良好基礎。整個方案簡單易用，維護便捷，適合用于家庭、餐飲、醫藥及工業輕量級稱重場景。