第4章体温计状态机顶层设计

第4章：体温计状态机顶层设计：系统状态图

好，咱们今天来聊聊体温计状态机的顶层设计。说白了，就是画一张图，把体温计从开机到关机的整个生命周期给捋清楚。我做了这么多年嵌入式，发现很多新手工程师一上来就写代码，结果状态跳来跳去，bug 一堆。其实，先把状态图画好，后面写代码就是照着填空。

4.1 五大核心状态

一个典型的体温计，我习惯把它拆成五个状态：初始化、待机、测量、报警、关机。你想想看，这五个状态基本覆盖了所有使用场景。

状态名称	状态编号	简要说明
初始化	S_INIT	上电自检、传感器校准、系统配置
待机	S_IDLE	等待用户操作，低功耗模式
测量	S_MEASURE	采集温度数据，进行滤波和转换
报警	S_ALARM	温度超限，触发声光报警
关机	S_POWEROFF	保存数据，关闭外设，断电

嗯，这里要注意，状态编号最好用枚举或者宏定义，别用魔数。我以前见过有人直接在代码里写 if(state == 3)，三个月后自己都看不懂那个 3 是啥意思。

4.2 状态转换图

状态之间的跳转，不是你想跳就能跳的。每个跳转都需要一个明确的触发事件。我给大家画一个典型的转换路径：

    核心转换路径：

    上电 → 初始化 → 待机 → 测量 → 待机（正常）

    测量 → 报警 → 待机（超限）

    待机 → 关机（长按电源键）

为什么会这样设计？你想想看，测量完成后必须回到待机，而不是直接关机。因为用户可能想再测一次。我曾经遇到一个产品，测量完直接关机，被用户吐槽说「每次测完都要重新开机，烦死了」。

4.3 每个状态的详细行为

4.3.1 初始化状态

上电后第一件事就是初始化。我个人习惯在这里做三件事：

硬件自检：检查传感器是否连接正常、电池电量是否充足。如果电池低于 2.5V，直接进入低电量报警。
传感器校准：读取 EEPROM 中的校准参数，写入传感器寄存器。我记得有一次，校准参数读出来全是 0xFF，后来发现是 I2C 通信时序不对，折腾了两天。
系统配置：设置 ADC 采样率、定时器周期、中断优先级等。

初始化完成后，自动跳转到待机状态。如果初始化失败，比如传感器没响应，我建议进入错误处理循环，而不是强行运行。强行运行的后果就是测出来的温度全是乱码。

4.3.2 待机状态

待机是体温计最常待的状态。说白了，就是在等用户按按钮。这个状态下，功耗要压到最低：

关闭 ADC、关闭显示背光、关闭蜂鸣器
只保留按键中断和 RTC 定时唤醒
如果 30 秒无操作，自动进入深度睡眠

避坑指南： 我曾经在待机状态下忘了关闭 ADC，结果待机电流高达 2mA，电池两天就耗光了。后来加上 ADC_DeInit()，待机电流降到 5μA，问题解决。

4.3.3 测量状态

进入测量状态后，系统开始干活。这里有几个关键点：

启动 ADC 采样：连续采样 16 次，做中值滤波，去掉最大值和最小值，取平均。这样能有效抑制噪声。
温度转换：根据传感器数据手册的公式，把 ADC 值换算成摄氏度。公式一般是 T = (ADC_value * Vref) / (4096 * 10mV/°C)。
显示更新：每 0.5 秒刷新一次 LCD 显示，让用户看到温度在变化。

测量完成后，判断温度是否超过 37.5°C。如果超了，跳转到报警状态；否则回到待机。

4.3.4 报警状态

报警状态其实很简单，就是触发蜂鸣器和 LED 闪烁。但要注意：

蜂鸣器不要一直响，响 3 秒停 1 秒，否则用户会烦
LED 以 1Hz 频率闪烁，红色表示高温，黄色表示低温
用户按任意键可以退出报警，回到待机

警告： 报警状态不能无限循环。如果用户不按键，系统应该在 10 秒后自动回到待机，并保存报警记录。否则电池会被蜂鸣器耗光。

4.3.5 关机状态

关机不是简单的断电。我建议做以下收尾工作：

将最后一次测量温度写入 EEPROM，下次开机可以显示
关闭所有外设：LCD、蜂鸣器、LED、ADC
进入 STOP 模式，等待电源管理 IC 切断供电

嗯，这里有个细节：关机前要确保测量状态已经退出。如果用户在测量过程中长按关机键，应该先中断测量，保存当前数据，再关机。我曾经没做这个处理，结果用户测到一半关机，数据丢失，被投诉了。

4.4 状态机代码骨架

最后，给大家一个简单的状态机代码骨架。实际项目中会复杂得多，但核心逻辑就是这样：

typedef enum {
    S_INIT,
    S_IDLE,
    S_MEASURE,
    S_ALARM,
    S_POWEROFF
} SystemState_t;

SystemState_t currentState = S_INIT;

void StateMachine_Run(void) {
    switch(currentState) {
        case S_INIT:
            // 执行初始化
            if(Init_Success()) {
                currentState = S_IDLE;
            }
            break;
        case S_IDLE:
            if(Key_Pressed()) {
                currentState = S_MEASURE;
            }
            if(Key_LongPress()) {
                currentState = S_POWEROFF;
            }
            break;
        case S_MEASURE:
            Measure_Temperature();
            if(Measure_Done()) {
                if(Temperature_ExceedLimit()) {
                    currentState = S_ALARM;
                } else {
                    currentState = S_IDLE;
                }
            }
            break;
        case S_ALARM:
            Alarm_Trigger();
            if(Key_Pressed() || Alarm_Timeout()) {
                currentState = S_IDLE;
            }
            break;
        case S_POWEROFF:
            Save_Data();
            PowerOff_System();
            break;
        default:
            // 错误处理
            break;
    }
}

你看，代码结构非常清晰。每个 case 只做一件事，状态跳转一目了然。我建议你在实际项目中，把状态机放在一个 1ms 的定时器中断里跑，或者放在主循环中轮询。千万别在中断里做复杂运算，否则系统会卡死。

好了，这一章就到这里。下一章咱们聊聊「测量状态」的详细设计，包括 ADC 采样、滤波算法和温度转换公式。到时候我会分享一个我踩过的坑——采样率设太高，结果 CPU 被占满，连按键都响应不了。

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