第一章 系统设计背景与目标

在医疗诊断、公共卫生监测、日常健康管理等场景中，体温作为基础生理指标，其检测的精准度与便捷性至关重要。传统体温计（如水银、红外）存在测量速度慢、易受环境干扰、数据难追溯等问题，而热电偶凭借响应速度快（≤1 秒）、测量范围适配体温（35℃-42℃）、稳定性强的优势，成为智能体温检测的优选元件。但热电偶冷端温度变化会影响精度，且体温检测需适配便携、低功耗场景，基于单片机的智能系统可通过软件补偿与轻量化设计，解决上述问题。
本设计以 STM32L431RCT6 低功耗单片机为核心，构建热电偶智能体温检测系统。核心目标包括：一是实现 35℃-42℃体温范围的精准测量，误差≤±0.1℃，满足医疗级检测标准；二是具备实时冷端补偿功能，通过微型温度传感器修正误差，适配不同环境温度（10℃-30℃）；三是支持数据交互与异常预警，实时显示体温值，超阈值（≥37.3℃）时自动报警，同时存储历史数据，适配个人与批量监测场景，兼顾便携性与实用性。

第二章 系统硬件模块设计

系统硬件围绕 “微型化 - 低功耗 - 高精度” 逻辑搭建，包含五大核心模块，适配体温检测的便携与精准需求。
核心控制模块选用 STM32L431RCT6 单片机，其低功耗模式下电流≤5μA，且具备 12 位高精度 ADC，可完成信号处理与指令调度。热电偶信号采集模块：采用微型 K 型热电偶（探头直径≤2mm），输出 35℃-42℃对应的微弱电势（1.4mV-1.7mV），经仪表放大器 INA826 放大（放大倍数 500 倍），转换为 0.7V-0.85V 电压信号，传入单片机 ADC 引脚；冷端补偿模块采用 SHT30 温湿度传感器（精度 ±0.2℃），紧贴热电偶冷端，通过 I2C 接口与单片机通信，实时采集环境温度用于补偿。
信号调理模块由 RC 低通滤波器（截止频率 10Hz）与电压跟随器组成，滤除人体接触时的干扰信号；交互显示模块采用 0.96 英寸 OLED 屏（功耗≤10mA），实时显示体温值、测量时间、补偿温度，搭配 3 个轻触按键（开关机、数据查询、阈值设置）；电源模块采用 3.7V 锂电池供电，经 TP4056 充电管理芯片与 AMS1117-3.3V 稳压芯片，为系统提供稳定供电，单次充电可连续使用≥8 小时，适配便携场景。

第三章 系统软件流程设计

系统软件采用模块化与低功耗设计，分为主程序、信号采集与补偿子程序、数据处理子程序、交互预警子程序，兼顾精度与续航。
主程序首先完成初始化：配置 GPIO 口（控制 OLED、按键）、ADC（采样频率 50Hz，采集放大后的热电偶信号）、I2C 接口（与 SHT30 通信）、定时器（定时 1 秒采集一次数据），并启动低功耗模式（仅采集时唤醒）。初始化后，主程序进入循环，触发按键指令或自动启动测量。
信号采集与补偿子程序执行两步操作：第一步通过 ADC 采集 INA826 输出的电压信号，转换为热电偶热端（探头）与冷端的电势差；第二步读取 SHT30 采集的冷端温度，查询预设的 K 型热电偶分度表（适配 35℃-42℃区间），获取冷端对应电势，与电势差叠加得到热端相对于 0℃的总电势。数据处理子程序根据总电势计算实际体温，采用滑动平均算法（5 次采样滤波）去除接触抖动误差；交互预警子程序将体温、时间（RTC 模块获取）显示在 OLED 屏，若体温≥37.3℃，触发蜂鸣器（频率 1kHz）与红色 LED 闪烁报警；同时每笔数据按 “时间 - 体温” 格式存储至片内 Flash（可存 1000 条），支持按键查询历史记录。

第四章 系统仿真测试与分析

采用 Proteus 与 Keil 联合仿真，模拟人体体温与环境温度场景，测试系统功能与性能，包括测温精度、补偿效果、低功耗表现。
测温精度测试中，模拟 35℃、37℃、37.3℃、42℃标准体温，环境温度保持 25℃，仿真结果显示，测量值与标准值误差均≤±0.08℃，优于 ±0.1℃的设计目标。冷端补偿效果测试中，改变环境温度（10℃、20℃、30℃），测量同一标准体温（37℃），补偿后误差≤±0.09℃，未补偿时误差达 ±0.3℃，证明补偿功能有效适配环境变化。
低功耗测试中，系统待机时进入低功耗模式，电流≤8μA，连续测量时电流≤30mA，单次 3.7V/1000mAh 锂电池可连续测量≥300 次（每次 1 秒），满足便携使用需求。异常预警测试中，模拟体温 37.5℃，系统在 0.5 秒内触发声光报警，OLED 屏显示 “体温异常”，响应及时；历史数据存储与查询功能正常，无数据丢失或错乱，适配批量监测场景。

结语

本基于单片机的热电偶智能体温检测系统，通过微型化硬件选型、低功耗设计与高精度补偿算法，实现了医疗级体温检测、实时预警与数据追溯，仿真测试表明，系统在精度、响应速度、续航能力上均达设计目标，可广泛应用于家庭健康管理、社区防疫、临床护理等场景。
设计仍有优化空间：当前采用有线探头，后续可集成无线蓝牙模块，实现非接触式测量；同时，可加入体温趋势分析算法，通过历史数据判断健康状态。未来通过优化热电偶探头材质（如采用医用级不锈钢）与 ADC 采样精度，可进一步提升生物相容性与低温段（35℃-36℃）测量稳定性，推动其在医疗与公共卫生领域的深度应用。






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