简介：面向学习STM32嵌入式开发与公路超重检测的读者，这份工程资料围绕四路称重采集、数据处理、OLED实时显示、阈值声光报警及联网上报展开，适合课程设计、毕业设计或物联网监测项目参考。压缩包共306个文件，约10.31MB，以57个c源文件与63个h头文件为核心，配有uvprojx工程配置、o与crf编译中间文件及map、lst链接映射文件，可直接打开工程编译并梳理外设驱动与通信协议实现。已有333人学习下载。其价值在于提供较完整的软硬件协同代码框架，称重传感器数据采集、四路重量累加判断、显示与报警控制、联网传输逻辑均可在源码中定位；工程还包含启动文件与目标配置，便于在Keil环境下复现实验，按模块阅读、移植和二次开发，也能帮助理解STM32F10x外设库在称重监测场景中的组织方式。

1. 四路称重不是把四个秤拼起来：公路超重检测的真实需求切面

公路超重检测这件事，一旦落到现场就不只是"装个秤"：车轮压上称重板的位置偏一点、车速快一点、昼夜温差十几度，读数就能差出两三吨。基于 STM32 的四路超重检测系统要解决的正是这种不确定性——四路称重通道对应四条并排车道，也可以对应同一秤台的四个受力区，主控逐路采集、独立判定，再通过物联网模组联网把超重记录送上平台。它适合两类人：一类是要交毕设或课设、需要一套从硬件选型到联网上报都讲得通的学生；另一类是要在园区、厂区、低速治超点做一套低成本落地装置的从业者。下面按需求、架构、硬件、固件、避坑、验收的顺序把这套方案摊开，重点放在能直接抄走的部分。

2. 系统总体架构：四路称重单元、STM32 主控与联网层的职责边界

2.1 从秤台到平台的四段链路

整套装置我一般拆成四段：现场秤台、采集前端、主控单元、联网层。第一段是四块称重板，每块板下面装 1 只（小量程）或 4 只（大量程拼板）电阻应变式传感器，四块板并排铺在车道上，板与板之间留 20～30mm 伸缩缝，前后各做 1.5m 左右的过渡斜坡，让车轮是"滚上去"而不是"砸上去"。第二段是采集前端，每块板配一片 24 位 ADC，四路完全独立，信号线走屏蔽双绞，进接线盒再统一进机柜。第三段是 STM32 主控，负责轮询四路数据、滤波、标定换算、超重判定、本地显示与声光报警、断网缓存。第四段是联网层，用 4G Cat.1 模组或 Wi-Fi 串口模组，把记录以 MQTT 报文发到平台。

这样分段的好处是责任清晰：秤台出问题看机械与接线，读数跳动看前端与供电，判定不准看固件参数，数据丢失看联网与缓存。排障时不用一上来就怀疑"整个系统坏了"。四段之间只有两类接口——模拟毫伏信号和串口/SPI 数字信号，边界明确，换任意一段都不影响其它段。

四路为什么要独立而不是四路合一？因为四条车道的车是随机到达的，A 车道上板的同时 C 车道可能也在上板，如果四路共用一个 ADC 靠模拟开关切换，切换瞬间的建立时间和通道间串扰会直接吃掉小信号精度。独立四片 ADC 各走各的时钟，代价只是多几根 GPIO，这笔账很划算。

2.2 STM32 的资源分配与外设映射

主控选型上，这套方案用 STM32F103C8T6 就够：72MHz 主频、64KB Flash、20KB RAM，跑四路 80Hz 采样加一套 MQTT 上报余量充足。如果后续要加 SD 卡、以太网或动态称重算法，换 F407 更稳妥。外设分配我一般按下面这张表来定，定完就写进原理图，后面改代码不容易乱。

这里有个容易忽略的细节：四路 HX711 的 DOUT 引脚在数据未就绪时是高电平，数据就绪后拉低。如果四路都接外部中断，四路同时就绪时会挤在一起抢占，反而不好调度。我的做法是 10ms 节拍里轮询四路，每路带独立超时计时器，谁超时谁记一次错误，连续超时 5 次就判定该路断线并在屏幕上标红。这比中断方案更可控，也更容易在答辩时讲清楚。

2.3 数据契约：一条超重记录该带哪些字段

联网层最容易返工的地方不是通信本身，而是字段没定好。前几版只发了"车道号 + 重量"，结果平台侧想复核的时候发现不知道是哪台设备、什么时候、按哪个限重标准判的。后来我把字段固定成下面这一组，一条记录大约 180 字节，MQTT 单包发得下。

{ "dev_id": "RD-SCALE-0007", "seq": 10241, "ts": 1730000000, "lane": 3, "peak_kg": 3860, "stable_kg": 3812, "limit_kg": 3000, "overload": true, "ratio": 1.27, "temp_c": 27.5, "calib_ver": "v1.3", "status": 0, "crc": 51734 }

各字段的用途要讲清楚：seq是设备侧自增序号，平台靠它做幂等去重，避免断网补传时重复入库；peak_kg是上板过程中的峰值保持值，stable_kg是稳定后的读数，两个都发，平台复核时能看出这次称重是不是有冲击；ratio直接算好，省得平台再除；temp_c用于事后分析温漂；calib_ver是关键，标定参数一改，历史数据要能追溯是按哪版参数算的；status用位标志表示传感器断线、电池欠压、Flash 写满等异常。字段定完再写固件，后面加功能只是往后面追加，不用改协议版本。

3. 硬件选型与前端设计：传感器、24 位 ADC 与供电的三处关键取舍

3.1 称重传感器与秤台结构怎么定

传感器选型先定量程。这套方案面向低速通过场景，单块称重板按最大轴重 30t 设计，选 40t 量程的悬臂梁式或柱式传感器，留 1.3 倍余量。公路场景冲击系数不能省，车轮上板的瞬时冲击可能是静态重量的 1.5～2 倍，量程卡太紧的话传感器会长期在满量程附近工作，零点漂移会很明显，血泪经验是宁可多花点钱选大量程，也别在标定阶段天天追着零点跑。

灵敏度按 2mV/V、激励 5V 算，满量程输出 10mV 左右。这个信号很小，走线超过 3m 就必须用屏蔽双绞线，屏蔽层只在机柜侧单端接地，秤台侧悬空，否则地环流会把工频干扰直接灌进放大器。秤台结构上，一块板用四角支撑时，四个角的受力差异会导致偏载误差，通常的做法是四角各装一只传感器后并接到同一个接线盒做求和，或者干脆一块板只用一只中心支撑的柱式传感器配导向柱，偏载影响小、标定简单，更适合学生项目。

安装面必须平整，用水平仪校过再灌浆固定。板与路面高差控制在 ±3mm 以内，高差大了车轮上板就是一次撞击，不光是读数问题，长期还会把传感器震松。这些机械上的细节在图纸上看不出来，但决定了整套装置三个月后还能不能测准。

3.2 采集前端：HX711 与 ADS1256 的取舍

前端芯片的取舍直接决定系统定位，我在方案里做过一次对比，结论写进下表：

这套方案定位是低速与近静态称重，四片 HX711 各管一路、80Hz 输出，成本低、接线简单、每路互不影响，是最合适的组合。80Hz 意味着每 12.5ms 一个点，车辆以 5km/h 通过 1m 长的称重板大约需要 0.7s，能采到 50 多个点做峰值提取，够用。如果后面要升级成不停车动态称重，就得换 ADS1256 并把采样率提到 1kSPS 以上，还要加加速度传感器做冲击补偿，那是另一个量级的工程，不建议在课设阶段硬上。

选 HX711 也要接受它的脾气：内部 PGA 增益 128 时输入范围只有 ±20mV，传感器偏载或零点偏移过大就会饱和，表现为读数卡在满量程不动。所以标定时要先确认空载输出在 ±5mV 以内，超出就得在接线盒里调平衡电阻或者软件上加偏置。

3.3 电源、接地与防护：决定长期稳定性的隐形部分

现场供电一般是 24V 或 12V，进机柜先过防雷和 TVS，再进隔离 DC-DC 降到 12V，然后分两路：一路 LDO 出 5V 专门给传感器激励和模拟前端，另一路开关电源出 3.3V 给 MCU 和联网模组。模拟 5V 和数字 3.3V 必须分开走，最后在机柜的一个点上单点连接，这个点选在电源入口附近。很多人图省事用一路 5V 全带，结果联网模组一发射，四路读数集体跳几十公斤，这就是共地阻抗在作怪。

传感器激励电压的稳定性直接进结果：5V 激励波动 1%，10mV 满量程输出就波动 0.1mV，换算到 30t 量程上是 300kg。所以模拟 5V 用基准好一点的 LDO，不要用 MCU 板上的 5V 排针直接引。线束上每路加共模电感和 100nF 去耦，机柜内强弱电分槽走线，交流线和信号线至少隔 200mm。

还有一处防护容易被省掉：联网模组的电源入口要加储能电容，4G 模组发射瞬间电流能冲到 2A，如果不给够，电压跌落会让 MCU 复位，现场表现就是"设备隔一会儿自己重启一次"，翻车率极高。加上 470uF 电解并联 100nF 瓷片，问题基本消失。

4. 固件落地：四通道采集、滤波标定、超重判定与断网补传

4.1 采集调度：四路 HX711 的时序与超时重试

HX711 的时序不复杂，但时序不满足就会读出乱码或者卡死，这是四路方案里最高频的故障源。下面这段是单路读取的核心，四路只是循环调用。

/* 读一帧 HX711：前 24 个时钟出数据，第 25 个时钟选下一帧的通道与增益 */ static int32_t hx711_read_raw(hx711_t *h, uint8_t gain_ch) { uint32_t t0 = millis(); /* 等待 DOUT 拉低 = 本次转换完成，超过 120ms 认为该路断线 */ while (gpio_read(h->dout) == 1) { if (millis() - t0 > 120) { h->err_cnt++; return HX711_ERR_TIMEOUT; /* 上层据此标记该路故障 */ } } int32_t v = 0; for (int i = 0; i < 24; i++) { gpio_write(h->sck, 1); delay_us(1); /* 高电平最小 0.2us，留 5 倍余量 */ v = (v << 1) | gpio_read(h->dout); gpio_write(h->sck, 0); delay_us(1); /* 低电平同样留余量 */ } /* 第 25~27 个时钟决定下一帧通道：1 个时钟 = A 通道增益 128 */ for (int i = 0; i < gain_ch; i++) { gpio_write(h->sck, 1); delay_us(1); gpio_write(h->sck, 0); delay_us(1); } if (v & 0x800000) v |= 0xFF000000; /* 24 位补码符号扩展到 32 位 */ h->err_cnt = 0; return v; }

参数与逻辑说明：gain_ch取值 1/2/3 分别对应 A 通道增益 128、B 通道 32、A 通道增益 64，本方案固定传 1。delay_us(1)是保守值，实际芯片允许更短，但四路 GPIO 位操作在 72MHz 下本来就快，留余量比省那几微秒重要。符号扩展这一行如果漏掉，负值会变成 1600 多万，滤波后直接算出天文数字的重量，这是很典型的踩坑点。超时返回负的错误码，而不是返回 0，因为 0 是一个合法读数，混在一起会让上层没法区分"真的空载"和"这路挂了"。

调度上，TIM3 每 10ms 进一次中断置标志，主循环里依次读四路，读不完下一轮继续。四路 80Hz 加上位操作开销，CPU 占用不到 5%，余量留给联网和显示。

4.2 滤波与标定：从原始码值到公斤

原始码值不能直接乘系数就用，现场噪声、车辆发动机振动、风都会让读数上下跳。我一般用"中位值 + 一阶低通"两级：先取最近 5 个点排序取中位，去掉冲击性的野值，再过一阶低通平滑。低通系数按采样率定，80Hz 下取 0.2 左右，响应快又不至于太抖。

#define MED_N 5 /* 中位值滤波：抑制单点野值，代价是 2 个采样周期延迟 */ static int32_t median5(int32_t *buf) { int32_t t[MED_N]; memcpy(t, buf, sizeof(t)); for (int i = 0; i < MED_N - 1; i++) for (int j = i + 1; j < MED_N; j++) if (t[j] < t[i]) { int32_t tmp = t[i]; t[i] = t[j]; t[j] = tmp; } return t[MED_N / 2]; } /* 两点标定：raw0 = 空载码值，raw1 = 已知砝码码值，kg1 = 砝码重量 */ static void ch_calib(ch_t *c, int32_t raw0, int32_t raw1, float kg1) { float span = (float)(raw1 - raw0); if (fabsf(span) < 1000.0f) { c->calib_ok = 0; return; } /* 跨度太小，标定无效 */ c->k = kg1 / span; /* 灵敏度，kg/码 */ c->b = -(float)raw0 * c->k; /* 零点偏置 */ c->calib_ok = 1; } /* 码值转公斤，再做一阶低通 */ static float ch_update(ch_t *c, int32_t raw) { c->buf[c->idx++ % MED_N] = raw; if (c->idx < MED_N) return c->kg; /* 预热期不输出 */ int32_t m = median5(c->buf); float kg = c->k * (float)m + c->b; c->kg = c->kg + 0.2f * (kg - c->kg); /* 一阶低通，系数越小越平滑 */ return c->kg; }

span的阈值保护很重要：如果标定时砝码没放稳或者线接反，跨度可能是负数或者接近 0，不做判断就会算出一个荒谬的系数，之后所有数据都是错的。标定流程我固定成三步：空载稳定 10 秒取平均写raw0，放标准砝码稳定 10 秒取平均写raw1，计算并写入 Flash，同时把calib_ver加一。四路要分别标，不能拿一路的系数套另外三路，即使同型号传感器灵敏度也有几个百分点的差异。

零点漂移用自动跟踪来处理：连续 30 秒读数都在满量程 2% 以内且波动小于 0.5%，就认为当前是空载，把零点缓慢往当前值靠，每秒最多修正 0.05%。这样温度变化引起的缓慢漂移能自己吃掉，又不会把一辆慢速通过的小车误当成零点。

4.3 超重判定状态机：什么时候算一辆车、什么时候算超重

判定逻辑是这套系统最需要设计的地方。四路各自独立跑一个状态机，避免互相干扰。

typedef enum { S_IDLE, S_LOADING, S_HOLD, S_REPORT } lane_state_t; /* 每 10ms 调一次，lane 内保存本路状态与峰值 */ void lane_task(ch_t *c) { float kg = c->kg; switch (c->st) { case S_IDLE: if (kg > TRIG_KG) { /* 超过 500kg 认为有车上板 */ c->peak = kg; c->t_enter = now_ms(); c->st = S_LOADING; } break; case S_LOADING: if (kg > c->peak) c->peak = kg; /* 峰值保持，抓冲击瞬间 */ if (now_ms() - c->t_enter > 800) { /* 上板超过 0.8s 进入稳定判定 */ c->stable = kg; c->st = S_HOLD; } break; case S_HOLD: if (kg > c->peak) c->peak = kg; if (kg < TRIG_KG * 0.6f) { /* 车已驶离 */ c->overload = (c->peak > LIMIT_KG); c->st = S_REPORT; } break; case S_REPORT: rec_push(c); /* 写缓存并置上报标志 */ c->st = S_IDLE; break; } }

TRIG_KG是上板触发阈值，取限重的 15%～20%，太低会被行人或杂物触发，太高会漏掉小车。LIMIT_KG按车道限重配置，四路可以不同。峰值和稳定值都记，是因为低速通过时峰值更能反映真实轴重，而静止停车场景下稳定值更准，两个数都留着，平台侧按场景选。S_HOLD里用 0.6 倍触发阈值作为驶离判据，是防抖：如果只用一个阈值，车在板边晃一下就反复触发，一条记录变成三条。

这里没有做轴数识别。完整的轴重识别需要多块板串联、按轴距分割波形，属于动态称重的范畴，课设阶段把单车总重测准、超重判对，已经能讲清楚完整闭环。

4.4 联网上传：MQTT 报文、断网环形缓存与幂等补传

联网层的设计原则只有一条：先落盘，再上报，确认后才删。顺序反过来，一次断网就能丢掉一整天的数据。

/* 记录结构，固定长度，便于 Flash 环形缓冲按槽位读写 */ typedef struct __attribute__((packed)) { uint32_t seq; uint32_t ts; uint16_t lane; uint16_t peak_kg; uint16_t stable_kg; uint16_t limit_kg; uint8_t overload; int8_t temp_c; uint8_t status; uint8_t calib_ver; uint16_t crc; } rec_t; /* 共 24 字节，W25Q64 可分 32 万槽 */ /* 上报：发布到 MQTT，QoS1，收到 PUBACK 才标记该槽位可回收 */ int net_publish(const rec_t *r) { char topic[64], payload[192]; snprintf(topic, sizeof(topic), "road/scale/%s/rec", DEV_ID); rec_to_json(r, payload, sizeof(payload)); return mqtt_publish(topic, payload, QOS1, 3000); /* 3s 超时 */ }

上报顺序是：主循环从 Flash 环形区取最老一条未确认记录 → 组 JSON → 发布 → 等待 PUBACK → 标记回收。断网时发布直接失败，记录留在原地，联网后从最老的开始补，天然保证顺序。seq与ts一起作为幂等键，平台侧见到重复seq直接丢弃。时间戳来源是模组拿到的网络时间，模组没联网时用 RTC 的粗略时间并在status里置"时间不可信"位，补传时平台能识别。

Flash 环形缓冲要处理写满的情况：写满后覆盖最老的未确认记录，并在status里置溢出标志，同时本地屏幕提示。宁可丢最老的，也不能停写，停写就意味着后续数据全丢。

5. 避坑与排查：四路称重系统最容易翻车的五个点

5.1 四路读数集体跳变，单独一路却正常

现象：静态放置时读数稳定，一旦联网模组开始工作或者蜂鸣器响，四路读数同时上下跳几十到几百公斤。

原因：共地阻抗和电源耦合。联网模组发射瞬间电流突变，在数字地和模拟地的公共走线上产生压降，前端参考电压跟着动。蜂鸣器同理，感性负载关断时的反电动势会顺着 3.3V 串回模拟侧。

解决：模拟 5V 与数字 3.3V 分开供电、单点接地；模组电源入口加 470uF 储能电容；蜂鸣器加续流二极管并由独立 GPIO 驱动三极管，不要直接从 MCU 引脚灌电流；信号线全部走屏蔽双绞，屏蔽层单端接地。改完之后同样的测试条件下跳动能压到 2kg 以内。

5.2 某一路读数卡在满量程不动

现象：一路数据恒为正满量程，其它三路正常，换成另一片 HX711 后故障跟着模块走或者跟着传感器走。

原因：两种可能。一是传感器零点偏移太大，超出 PGA 输入范围导致饱和，常见于安装时传感器被预紧或者线接反；二是这一路的 SCK 与 DOUT 接错，读出来的是移位寄存器里的残留值。

解决：先测传感器空载输出，用万用表测 mV 级差分电压，正常应在 ±5mV 以内，超了就在接线盒里调平衡或者换安装方式；再核对引脚定义，注意 HX711 的 DOUT 是输出、SCK 是输入，接反了在某些板子上不会立刻坏但一定读不对。软件上加饱和检测：连续 10 帧等于满量程就置故障位并在屏幕标红，不要让它静默地参与判定。

5.3 空载漂移，半夜自动报超重

现象：白天正常，凌晨温度降下来之后零点慢慢往下走，几个月后开始出现无车时的超重记录。

原因：没有做零点跟踪，也没有温度补偿。应变式传感器的零点温漂是物理特性，靠选好传感器只能减小不能消除，30t 量程下漂个 0.5% 就是 150kg，再加上标定后一直没复标，误差会累积。

解决：固件里加空载自动跟踪（连续 30 秒低重量低波动就缓慢修零点），同时在记录里带温度字段，方便事后分析漂移趋势；现场每季度用砝码复标一次，把新的calib_ver写进去。这套组合做完，半年内的零点漂移能控制在 0.2% 以内。

5.4 车辆快速通过时峰值抓不到，读数偏小

现象：慢速通过测出来 3.8t，开快一点只测出 2.9t，速度越快偏得越多。

原因：采样率不够加上滤波过度。HX711 在 80Hz 下每 12.5ms 一个点，车速 20km/h 时车轮在 1m 板上只停留 0.18s，只能采到 14 个点，再被中位值滤波砍掉几个、低通平滑一遍，峰值就被抹平了。

解决：这条路本来就不该跑快。方案里把适用车速明确限定在 10km/h 以内并配减速带和提示牌；固件上把峰值保持放在滤波之前，用原始码值直接取极值，滤波只用于稳定值判定；如果确实要测高速，就得换 ADS1256 提高采样率并加入冲击补偿，这不是调参数能解决的。

5.5 断网恢复后数据重复入库或者整段丢失

现象：网络恢复后平台收到大量重复记录，或者某段时间的记录完全不见。

原因：重复是因为没有幂等键，补传时把已发过的又发了一遍；丢失是因为先删缓存后等确认，或者缓存区写满后直接停写。

解决：每条记录带设备侧自增seq，平台按dev_id + seq去重；上报流程改成"发布 → 等 PUBACK → 标记可回收"，超时就不标记；缓存写满时覆盖最老记录并置溢出标志，绝不停写。这三条是联网设备的基本功，缺一条都会在现场出问题。

6. 验收与答辩：用一组可复现的测试数据证明它测得住

验收不要只演示"放个重物屏幕上数字变了"，那证明不了任何精度。我一般按下面这张表逐项跑，每项都留数据。

演示顺序也有讲究：先讲架构图说清四段链路，再演示正常称重，然后做一次故障注入——拔掉一路信号线，让屏幕显示该路故障而其余三路正常，这比讲十句"系统很稳"都有说服力。最后打开平台看记录列表，指着seq、peak_kg、calib_ver说明每条记录都能追溯。

答辩最常被问的三个问题，提前准备好答案：为什么四路要独立 ADC（通道串扰与并发上板）；为什么采样率只有 80Hz 还够用（限定车速下的采样点数计算）；超重判定依据峰值还是稳定值（按场景说明，两个都留）。把这三问答顺，基本就稳了。

从那以后我每次做带传感器的项目，都会在画板之前先把"空载、满载、偏载、断线、断网"这五种状态的预期行为写成一张表，再开始写代码。因为真正让项目翻车的从来不是算法有多难，而是这些没人愿意提前想的边界情况。希望帮到你。

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