第一章：体温计项目概述
各位同学好，我是你们的老朋友。今天咱们正式开始体温计嵌入式软件状态机架构设计这门课。
第一节课，我想先聊聊项目背景、功能需求和硬件选型。说白了，就是搞清楚我们要做什么，用什么来做。
1.1 项目背景
体温计这东西，大家都不陌生。疫情期间，红外额温枪几乎成了家庭标配。但说实话，市面上很多产品体验并不好——测量不准、响应慢、功耗高。
我个人习惯是，做任何嵌入式项目之前，先问三个问题：
- 用户真正需要什么？——准确、快速、易用
- 市场痛点在哪？——低成本方案往往精度差，高端方案又太贵
- 我们能做什么？——用状态机架构把软硬件协同做到极致
这个项目的定位，就是做一款医用级精度、消费级成本的电子体温计。目标场景包括家庭日常测温、社区诊所、学校晨检等。
核心指标：
- 测量精度：±0.1℃（医用标准）
- 响应时间：≤3秒
- 待机功耗：≤5μA
- 连续使用：≥1000次（单颗纽扣电池）
1.2 功能需求
嗯，这里要注意。功能需求不能只写「能测体温」，那样太粗糙了。我建议从用户操作流程出发，拆解出完整的功能列表。
我记得有一次做项目，需求文档写得很笼统，结果开发到一半才发现漏了「低电量提示」这个功能，被迫改板子。所以，咱们一开始就把需求列清楚。
1.2.1 核心功能
- 温度测量：支持额头/耳温两种模式，量程32℃~42℃
- 结果显示：LCD屏显示温度值，保留一位小数
- 蜂鸣提示：测量完成时发出短促提示音
- 自动关机：无操作30秒后自动进入休眠
1.2.2 扩展功能
- 记忆存储：保存最近10次测量记录
- 温度单位切换：℃/℉一键切换
- 发烧报警：体温≥37.3℃时，蜂鸣器发出连续报警音
- 低电量检测：电池电压低于2.4V时显示电池图标
避坑指南：我曾经在低电量检测上吃过亏。当时只检测了电池电压，没考虑负载变化。结果电池快没电时，一启动测量电压就掉到2.3V，系统直接复位。后来加了迟滞比较和软件滤波才解决。
1.3 硬件选型
硬件选型是嵌入式项目的基石。选错了，后面软件写得再好也白搭。我个人习惯是「先定传感器，再定MCU，最后定显示屏」。为什么？因为传感器决定了测量精度，这是产品的核心价值。
1.3.1 传感器选型
体温计传感器主要有两种：热电堆红外传感器和热敏电阻。咱们这个项目选的是热电堆红外传感器，型号是MLX90614。
| 参数 | MLX90614 | 传统热敏电阻 |
|---|---|---|
| 测量方式 | 非接触式 | 接触式 |
| 精度 | ±0.1℃（医用级） | ±0.3℃ |
| 响应时间 | ≤1秒 | 5~10秒 |
| 接口 | I2C/SMBus | 模拟量 |
| 工作电压 | 2.6V~3.6V | 无要求 |
为什么选MLX90614？说白了，它内部集成了数字信号处理，直接输出温度值，省去了复杂的标定和校准。你想想看，如果选模拟传感器，光校准就要花掉两周时间，还不一定能保证一致性。
1.3.2 MCU选型
MCU的选择要综合考虑性能、功耗、成本和开发难度。咱们这个项目选的是STM32L051C8T6，属于ST的L0系列超低功耗MCU。
我建议选它的理由有三点：
- 功耗极低：待机模式仅0.3μA，跑起来也才100μA/MHz
- 外设丰富：I2C、SPI、UART、ADC一应俱全
- 开发友好：HAL库和CubeMX工具链成熟，上手快
MCU关键参数：
- 内核：ARM Cortex-M0+，32MHz
- Flash：64KB（够用，代码量预计30KB左右）
- RAM：8KB（状态机+缓冲区绰绰有余）
- 封装：TSSOP20（体积小，适合手持设备）
1.3.3 显示屏选型
显示屏这块，我踩过不少坑。一开始想用OLED，显示效果确实好，但功耗太高——亮着的时候要20mA，电池扛不住。后来换成段式LCD，功耗倒是低了，但只能显示固定图案，不够灵活。
最终我选了1.3寸黑白点阵LCD，型号是NHD-1.3-12864。为什么？
- 功耗适中：背光关闭时仅1mA，开启时5mA
- 显示灵活：128×64像素，可以显示数字、汉字、图标
- 接口简单：SPI接口，只需4根线
注意：选LCD时一定要确认工作温度范围。体温计可能用在冬天户外，普通LCD在0℃以下会响应变慢。我选的这款支持-20℃~70℃，完全够用。
1.4 硬件架构框图
好了，三个核心器件选完了。咱们把它们连起来，看看整体架构：
+-------------------+ +-------------------+
| | | |
| MLX90614 | I2C | STM32L051 |
| (红外传感器) |------>| (主控MCU) |
| | | |
+-------------------+ +-------+-----------+
|
| SPI
v
+-------+-----------+
| |
| NHD-1.3-12864 |
| (点阵LCD) |
| |
+-------------------+
其他外设：
- 蜂鸣器：GPIO驱动，PWM控制
- 按键：两个（电源键、模式键）
- 电池：CR2032纽扣电池，3V
- 电压检测：ADC采样电池电压这个架构看起来简单，但实际做起来有不少细节。比如I2C总线上拉电阻的取值、SPI时钟极性的配置、电池电压检测的分压电阻计算等等。这些咱们后面章节会逐一展开。
1.5 本章小结
这一章咱们把项目的整体轮廓勾勒出来了：
- 项目背景：做一款医用级精度、消费级成本的电子体温计
- 功能需求：核心功能+扩展功能，共8项
- 硬件选型：MLX90614 + STM32L051 + NHD-1.3-12864
下一章，咱们就要开始设计状态机了。我会带着大家从「状态机思维」入手，把体温计的工作流程抽象成状态和事件。你想想看，一个体温计从开机到关机，中间经历了哪些状态？嗯，这个问题留给大家思考。
咱们下节课见。