基于单片机的多路热电偶温度监测与报警器

基于单片机的多路热电偶温度监测与报警器
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系统概述

2.1 设计背景与应用场景

在工业生产、实验室环境、食品加工、医疗恒温设备、环境监测等应用中，温度不仅需要实时采集，还需要在温度异常时迅速发出报警提示，以避免设备损坏、材料变质或实验失败。传统的单点温度检测无法满足多测点分布式监控需求，而多路温度监测系统可以同时对多个关键位置进行监控，提高可靠性与安全性。

本系统以单片机为核心控制器，采用 4 路 N 型热电偶作为温度传感器，结合热电偶专用转换模块，实现 0~100℃ 温度范围内的实时监测，并支持为每一路独立设置上下限报警阈值。当任意一路温度超出设定范围时，系统将触发蜂鸣器与 LED 进行声光报警，并在显示屏上提示异常通道与报警类型（高温/低温）。

2.2 系统总体目标

系统实现以下主要目标：

1）完成 4 路 N 型热电偶温度采集并实时显示；

2）支持按键设置每路温度上下限报警值，并可保存；

3）当温度越界时蜂鸣器与 LED 声光报警；

4）在 0~100℃ 范围内保证较高测量稳定性与精度，低温区精度更高；

5）系统运行稳定，具备抗干扰能力与良好的人机交互体验。

系统功能设计

3.1 四路温度采集与实时显示

系统通过热电偶转换模块将 N 型热电偶的毫伏级热电势转换为数字温度值。主控单片机周期性读取四路温度数据，并对采集结果进行滤波、校准和单位转换，最终显示在屏幕上。显示内容包括：

CH1~CH4 温度实时值（单位 ℃）
每路的报警状态（正常/高报警/低报警）
当前设置模式提示（若进入阈值设置）

由于热电偶信号非常微弱且易受噪声影响，本系统在采样与软件处理上采用了多种抗干扰方法，例如移动平均滤波、异常值抑制、采样延时与屏蔽设计等，以提高显示稳定性。

3.2 按键设置上下限报警值

系统提供按键进行参数设置，支持为四路通道分别设定：

上限报警值 HighLimit[i]
下限报警值 LowLimit[i]

设置流程一般为：

按"设置"键进入设置模式
按"通道"键选择 CH1~CH4
按"项目"键切换上下限
按"加/减"键调整数值
按"确认"键保存并退出

每一路通道的阈值独立存储，断电后可通过 EEPROM/Flash 读取恢复。

3.3 越限声光报警

当任意一路温度满足以下条件：

T[i] > HighLimit[i]：高温报警
T[i] < LowLimit[i]：低温报警

系统立即触发：

蜂鸣器鸣叫（可采用间歇或连续鸣叫策略）
对应 LED 点亮或闪烁
显示屏给出报警通道与报警类型提示

为了避免温度临界点抖动频繁报警，系统可设计报警回差（Hysteresis），例如：

高温报警触发点 HighLimit
高温恢复点 HighLimit - Hys
低温报警触发点 LowLimit
低温恢复点 LowLimit + Hys

这样可以减少误触发，提升报警可靠性。

3.4 测温特性说明（0~100℃）

N 型热电偶在低温区（特别是 0~50℃）线性较好，配合冷端补偿与数字化转换模块可获得较高精度。随着温度升高，热电偶输出电压的变化率与非线性特性会导致误差增大，此外放大器漂移、冷端补偿误差和环境噪声对高温区影响更明显，因此系统在高温区误差相对增大属于合理特性。

本系统重点优化低温段精度，适用于 0~100℃ 温控/监测应用。

系统电路设计

4.1 电路设计总体结构

系统硬件电路可划分为以下模块：

1）单片机主控模块

2）4 路 N 型热电偶传感器与接口模块

3）热电偶信号调理/转换模块（带冷端补偿）

4）显示模块

5）按键输入模块

6）声光报警模块（蜂鸣器 + LED）

7）存储模块（EEPROM/内部 Flash）

8）电源模块与稳压/滤波

9）抗干扰与保护设计模块

各模块通过标准数字通信（SPI/I2C/GPIO）与主控相连，形成稳定可靠的多路测温与报警系统。

4.2 单片机主控模块

4.2.1 主控芯片选择与作用

单片机作为系统核心，负责：

采集四路温度数据
扫描按键输入
控制显示刷新
判断报警条件并控制蜂鸣器与 LED
保存与读取报警阈值参数
执行滤波、校准等算法

常见选择包括：

8051 系列（如 STC、Nuvoton）
AVR（如 ATmega328P）
STM32（Cortex-M0/M3/M4）

本系统不限定具体型号，但应满足：

至少具备 SPI 或 I2C 接口（用于热电偶转换模块、显示模块）
足够的 GPIO（按键、LED、蜂鸣器控制）
稳定的定时器资源（周期采样、蜂鸣器节奏控制）
具备 EEPROM 或可用 Flash 模拟 EEPROM（存储阈值）

4.2.2 时钟电路

为保证采样与显示刷新稳定，单片机可使用：

外部晶振（如 8MHz/16MHz） + 两个匹配电容
或
内部 RC 时钟（精度稍低，但足够）

若系统用于工业场景且需要更精准的采样周期，建议使用外部晶振。

4.2.3 复位电路

复位电路确保系统上电后进入确定状态。常用方式：

RC 上电复位（电阻+电容）
复位按钮 + 上拉电阻
监控芯片（若对可靠性要求高）

4.2.4 下载/调试接口

可预留 ISP/SWD/UART 接口，便于程序下载、参数校准与调试输出。

例如：

8051：串口 ISP
STM32：SWD + 串口日志

4.3 四路 N 型热电偶传感器与接口模块

4.3.1 N 型热电偶简介

N 型热电偶属于镍铬硅/镍硅热电偶，具有：

良好的抗氧化能力
相对稳定的热电势输出
适用于较宽温度范围
本系统工作范围为 0~100℃，属于热电偶较低温应用段。

4.3.2 热电偶接线与接口保护

热电偶信号微弱，接线应注意：

使用热电偶专用补偿导线，避免引入额外热电势
接口处使用端子台或专用插座，保证可靠接触
增加 ESD/浪涌保护（TVS 二极管或输入保护电路）
采用屏蔽线并单点接地，降低工频与电磁干扰

4.3.3 通道隔离与布局建议

四路热电偶应尽量：

走线短
远离开关电源、蜂鸣器、电机等强干扰源
模拟前端区域单独布线并铺地
接口旁预留 RC 滤波或共模滤波器位置

这样可以显著减少热电偶测量抖动，提高低温段精度。

4.4 热电偶信号调理/转换模块（带冷端补偿）

4.4.1 为什么需要转换模块

热电偶输出为毫伏级电压，并且与温度呈非线性关系。如果直接用单片机 ADC 测量，需要高精度放大器、精密 ADC、冷端补偿温度传感器以及复杂的软件线性化计算，系统复杂且误差难控。

因此本系统采用热电偶专用转换模块（常见如 MAX31856、MAX31855、AD849x 等方案），它们集成了：

高精度放大与 ADC
冷端补偿
热电偶类型选择
数字输出接口（SPI/I2C）

这样可以大幅降低硬件设计难度并提升精度稳定性。

4.4.2 四路实现方式

实现四路热电偶采集通常有两种方案：

方案 A：4 个独立转换芯片
每路热电偶对应一个转换芯片，优点是通道独立、互不影响，软件逻辑清晰；缺点是成本略高。
方案 B：多路复用 + 单个高精度转换
通过模拟开关/多路复用器轮询热电偶，再由同一个转换模块处理。优点是成本低；缺点是设计复杂，对切换瞬态与补偿误差要求高。

本系统建议采用方案 A，能更好保证低温段精度与稳定性。

4.4.3 通信接口电路（SPI/I2C）

转换模块一般通过 SPI 或 I2C 与单片机通信，电路设计要点：

SCK/MOSI/MISO/CS（SPI）或 SCL/SDA（I2C）走线短且加上上拉/串联电阻（视需要）
电平兼容：单片机与转换芯片电压一致（如 3.3V）
若采用 5V 单片机，需要电平转换电路
通道 CS 独立（SPI 多从机）

4.4.4 冷端补偿说明

热电偶测量的是"测量端与冷端的温差"，必须知道冷端温度才能计算实际温度。转换模块内部集成冷端温度传感器，并自动完成补偿。

注意：冷端补偿的准确性与芯片周围温度一致性有关，因此 PCB 布局应保证：

转换芯片远离发热源
采用良好接地与铜皮散热，使芯片温度更接近接线端温度
避免大电流走线经过芯片附近

4.5 显示模块

4.5.1 显示器类型选择

常见显示模块包括：

1602/2004 字符 LCD
OLED（0.96/1.3 英寸，I2C/SPI）
TFT 彩屏（SPI/并口）

本系统显示内容主要为温度数值与报警状态，使用 1602/2004 LCD 或 OLED 即可。

4.5.2 显示内容组织建议

为了实现直观显示，可采用多页显示：

页面 1：CH1、CH2 温度 + 状态
页面 2：CH3、CH4 温度 + 状态
或使用大屏 OLED 一页显示 4 路：
CH1: xx.x℃
CH2: xx.x℃
CH3: xx.x℃
CH4: xx.x℃
并在异常时在对应行增加 "HI/LO/!" 标记。

4.5.3 接口电路与注意事项

I2C OLED：需要 SCL/SDA 上拉电阻（如 4.7k）
LCD 并口：需要更多 GPIO，并注意电源去耦
背光电流较大时注意供电能力与噪声

4.6 按键输入模块

4.6.1 按键类型与数量规划

本系统常用 4~5 个按键：

SET：进入/退出设置
CH：通道选择
ITEM：上下限选择
UP：数值增加
DOWN：数值减少
（可选 OK/保存键，也可用 SET 长按保存）

4.6.2 硬件消抖与软件消抖

按键抖动会导致误触发，硬件上可加入 RC 滤波，但更常见的是软件消抖：

周期扫描按键（如 10ms）
连续检测稳定状态达到阈值才认为有效
支持短按与长按（长按加速调节）

4.6.3 按键连接方式

上拉输入：GPIO 上拉电阻，按键按下接地
下拉输入：GPIO 下拉电阻，按键按下接 VCC
建议使用上拉输入方式，抗干扰更好且节省电阻（可用内部上拉）。

4.7 声光报警模块（蜂鸣器 + LED）

4.7.1 蜂鸣器驱动电路

蜂鸣器分为有源与无源：

有源蜂鸣器：输入高电平即可鸣叫，驱动简单
无源蜂鸣器：需要 PWM 或方波驱动，可控制音调

为了实现报警提示，本系统建议使用有源蜂鸣器，并通过 NPN 三极管或 MOSFET 进行驱动，避免单片机 IO 直接带载：

IO 输出控制三极管导通
蜂鸣器接 VCC
三极管发射极接地
若为电感性负载，需并联续流二极管（部分蜂鸣器可省略，但加上更稳妥）

4.7.2 LED 指示电路

LED 可分为：

系统运行指示（心跳灯）
报警指示（红灯闪烁）

LED 需要串联限流电阻（如 330Ω~1kΩ）。报警时可让 LED 闪烁，以提高提醒效果。

若需要对应每路独立 LED，也可设置 4 个通道报警 LED，更直观定位异常通道。

4.7.3 报警策略设计

建议的报警策略：

有一路越界：蜂鸣器间歇鸣叫（例如 200ms 响、800ms 停）
多路越界：蜂鸣器快速间歇鸣叫，LED 快闪
报警解除：蜂鸣器停止，LED 恢复正常状态

4.8 存储模块（EEPROM/内部 Flash）

4.8.1 存储内容

需保存的参数主要包括：

CH1~CH4 上限阈值 HighLimit
CH1~CH4 下限阈值 LowLimit
报警回差 Hys（可选）
显示模式与单位设置（可选）

4.8.2 存储器选择

外置 I2C EEPROM（如 24C02/24C08）
单片机内部 EEPROM（部分 MCU 自带）
Flash 模拟 EEPROM（STM32 常用）

4.8.3 写入策略与寿命保护

EEPROM 有写入寿命限制，因此建议：

仅在用户按确认键后写入
写入前检测参数变化，若无变化不写入
可加入校验字节，防止掉电导致数据损坏

4.9 电源模块与稳压/滤波

4.9.1 供电方案

系统可由：

5V USB 供电
12V/24V 外部适配器 + 降压模块
电池供电（若需要便携）

若热电偶转换芯片与 OLED 使用 3.3V，则需要稳压输出 3.3V。可采用 LDO 或 DC-DC。

4.9.2 滤波与去耦

为了保证热电偶低电平测量稳定，必须重视电源品质：

每个芯片电源引脚附近放置 0.1uF 去耦电容
电源入口放置 10uF~100uF 电解/钽电容
模拟/数字地合理分区，单点汇接
蜂鸣器等大电流负载建议单独走线并加滤波

4.10 抗干扰与安全保护设计

4.10.1 信号屏蔽与接地

热电偶线优先使用屏蔽线，并将屏蔽层单端接地，减少地环路干扰。PCB 采用完整地平面可降低噪声。

4.10.2 ESD 与浪涌保护

热电偶接口与按键接口可能被人体触碰，应加入：

TVS 二极管
串联电阻/磁珠
RC 滤波

4.10.3 软件抗干扰措施

温度数据滤波与异常值丢弃
看门狗复位防死机
参数存储校验防止错误读写
报警回差避免临界抖动

程序设计

5.1 软件总体架构

5.1.1 程序结构划分

系统软件可划分为以下模块：

1）系统初始化模块

2）温度采集模块（4 路）

3）数据滤波与校准模块

4）显示管理模块

5）按键扫描与人机交互模块

6）报警判断与执行模块

7）参数存储管理模块

8）定时调度与主循环模块

整体运行方式推荐采用"主循环 + 定时任务"结构：

定时器中断提供 1ms/10ms 节拍
主循环根据标志位执行采样、显示刷新、按键处理等任务
避免在中断中执行耗时操作，提升系统实时性和稳定性

5.1.2 任务周期建议

按键扫描：10ms
温度采样：200ms~500ms（根据需要调整）
显示刷新：200ms（OLED 可更快，LCD 可更慢）
报警判断：每次采样后立即判断
蜂鸣器节奏：由 10ms 节拍控制

5.2 系统初始化模块

5.2.1 硬件初始化内容

GPIO 初始化（按键输入、蜂鸣器、LED 输出）
SPI/I2C 初始化（温度模块、显示模块）
定时器初始化（周期节拍）
看门狗初始化（可选）
读取存储参数（阈值、回差）
初始化显示界面并提示系统启动

5.2.2 默认阈值策略

若检测到 EEPROM 参数无效（校验失败），系统应加载默认值：

LowLimit：0℃
HighLimit：100℃
或更安全的默认范围，例如 10℃~80℃，避免误报警。

5.3 温度采集模块

5.3.1 采集流程

对每路通道执行以下步骤：

1）选择对应的转换芯片（SPI CS 拉低）

2）读取温度寄存器或数据帧

3）解析温度值（可能包含符号位、小数位）

4）转换为摄氏温度浮点或定点格式

5）存入温度数组 Temp[i]

5.3.2 采样数据格式设计

为了降低单片机资源消耗，推荐使用"定点数"表示温度：

例如以 0.1℃ 为单位存储：253 表示 25.3℃
这样可以避免频繁浮点运算，提高速度。

5.3.3 异常检测

热电偶可能出现开路、短路或反接，转换芯片通常会提供故障标志位。软件应检测：

传感器断线：显示 "OPEN" 并报警或提示
读数异常：忽略并保留上次有效值
通道故障：允许用户确认后关闭该通道报警（可选扩展）

5.4 数据滤波与校准模块

5.4.1 滤波必要性

热电偶测量受噪声影响，尤其在低温段，显示波动会影响用户判断，因此必须进行滤波。

5.4.2 移动平均滤波

对每一路维护一个长度 N 的采样队列，例如 N=5：

新值入队
计算平均值作为显示值
移动平均能有效抑制随机噪声，适用于温度缓慢变化场景。

5.4.3 中值滤波与异常值抑制

当系统可能受到突发干扰导致瞬间跳变，可加入：

若当前值与上一次差值大于阈值（如 20℃），判为异常并丢弃
或采用 3 点中值滤波，抵抗尖峰噪声

5.4.4 校准方式

可提供软件校准系数：

TempCal[i] = TempRaw[i] + Offset[i]
Offset[i] 可在出厂时测量并写入 EEPROM，使 4 路一致性更好。
由于系统强调低温段精度，校准可在 25℃ 与 80℃ 两点标定，或仅在常用温区做偏移校准即可。

5.5 显示管理模块

5.5.1 显示刷新机制

显示模块不应每毫秒刷新，否则占用总线资源并影响采样。建议：

每 200ms 刷新一次屏幕
当进入设置模式时可提升刷新频率，以便用户操作更流畅

5.5.2 界面状态机设计

界面可分为：

正常显示界面
设置界面（选择通道）
设置界面（选择上下限）
设置界面（数值调整）
保存提示界面

使用状态机能使界面逻辑清晰，避免大量 if-else 混乱。

5.5.3 报警提示显示

在发生报警时，界面建议突出显示：

报警通道闪烁
显示 "HI" 或 "LO" 标识
若多路报警，循环显示或同时显示标记

5.6 按键扫描与交互模块

5.6.1 按键扫描实现思路

每 10ms 扫描一次所有按键，记录：

当前电平
上一次电平
稳定计数器
当计数器达到阈值（如连续 3 次相同）则确认按下/释放事件。

5.6.2 短按、长按与加速调节

在阈值设置时，UP/DOWN 可以支持：

短按：+0.1℃ 或 +1℃
长按：连续快速增加/减少（例如每 100ms 变化一次）
这样用户设置更方便。

5.6.3 参数限制与合理范围

为防止设置错误，建议限制：

LowLimit 最小值：0℃
HighLimit 最大值：100℃
LowLimit < HighLimit
若用户设置冲突，系统可自动纠正或提示"ERR"。

5.7 报警判断与执行模块

5.7.1 报警判断逻辑

每次获得滤波后的温度值后，执行：

若 Temp[i] > HighLimit[i] → AlarmHigh[i]=1
若 Temp[i] < LowLimit[i] → AlarmLow[i]=1
并结合回差判断解除条件。

5.7.2 报警输出控制

系统维护一个全局报警标志：

AnyAlarm = AlarmHigh 或 AlarmLow 任意为真

若 AnyAlarm=1：

蜂鸣器进入报警节奏
LED 闪烁
否则：
蜂鸣器关闭
LED 恢复正常（如心跳灯）

5.7.3 报警保持与静音设计（可选）

为了提高用户体验，可设计：

报警保持：报警发生后保持提示一段时间
静音键：用户按下后蜂鸣器静音，但 LED 仍提示
若温度恢复正常则自动退出报警
这些属于可扩展功能，但结构上可以预留。

5.8 参数存储管理模块

5.8.1 数据结构设计

建议使用结构体管理参数：

uint16_t high[4]
uint16_t low[4]
uint16_t hys
uint8_t checksum

5.8.2 校验机制

可采用简单校验：

所有字节求和取低 8 位
或 CRC8/CRC16
读取时校验失败则加载默认参数并提示用户。

5.8.3 写入时机

只在以下情况写入：

用户确认保存
参数发生改变
这样能大幅延长 EEPROM 寿命。

5.9 定时调度与主循环模块

5.9.1 节拍与任务标志位

使用定时器产生 1ms 中断，在中断内：

计数并产生 10ms 标志：key_task
计数并产生 200ms 标志：temp_task、display_task
控制蜂鸣器节奏：buzzer_task

主循环中根据标志位执行对应任务，形成良好的软实时系统。

5.9.2 看门狗设计

在主循环末尾喂狗，如果程序卡死则自动复位。对长期运行系统非常重要。

程序示例代码（模块化示例）

c 复制代码

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

/* =========================
   参数与宏定义
   ========================= */
#define CH_NUM          4
#define TEMP_MIN_X10    0       // 0.0℃
#define TEMP_MAX_X10    1000    // 100.0℃
#define DEFAULT_LOW     0       // 0.0℃
#define DEFAULT_HIGH    1000    // 100.0℃
#define DEFAULT_HYS     5       // 0.5℃ 回差

/* =========================
   全局变量
   ========================= */
volatile uint32_t g_ms = 0;
volatile bool flag_10ms = false;
volatile bool flag_200ms = false;

int16_t temp_raw_x10[CH_NUM] = {0};
int16_t temp_filt_x10[CH_NUM] = {0};

uint16_t low_limit_x10[CH_NUM]  = {DEFAULT_LOW, DEFAULT_LOW, DEFAULT_LOW, DEFAULT_LOW};
uint16_t high_limit_x10[CH_NUM] = {DEFAULT_HIGH, DEFAULT_HIGH, DEFAULT_HIGH, DEFAULT_HIGH};
uint16_t hys_x10 = DEFAULT_HYS;

bool alarm_hi[CH_NUM] = {0};
bool alarm_lo[CH_NUM] = {0};
bool any_alarm = false;

/* =========================
   硬件抽象接口（需用户实现）
   ========================= */
// SPI/I2C 读取某一路热电偶转换芯片温度，返回 0.1℃单位
extern bool Thermo_ReadTempX10(uint8_t ch, int16_t *out_temp_x10);

// 显示接口
extern void Display_ShowNormal(int16_t t0, int16_t t1, int16_t t2, int16_t t3,
                               bool a0, bool a1, bool a2, bool a3);

// 按键扫描接口：返回按键事件（用户可用枚举表示）
typedef enum {
    KEY_NONE = 0,
    KEY_SET,
    KEY_CH,
    KEY_ITEM,
    KEY_UP,
    KEY_DOWN,
    KEY_OK
} key_event_t;

extern key_event_t Key_ScanEvent10ms(void);

// 蜂鸣器与 LED 控制
extern void Buzzer_On(void);
extern void Buzzer_Off(void);
extern void LED_AlarmOn(void);
extern void LED_AlarmOff(void);
extern void LED_HeartbeatToggle(void);

// EEPROM/Flash 参数读写接口
extern bool Param_Load(uint16_t low[CH_NUM], uint16_t high[CH_NUM], uint16_t *hys);
extern bool Param_Save(uint16_t low[CH_NUM], uint16_t high[CH_NUM], uint16_t hys);

/* =========================
   简单移动平均滤波（N=5）
   ========================= */
#define AVG_N 5
static int16_t avg_buf[CH_NUM][AVG_N] = {0};
static uint8_t avg_idx = 0;

static int16_t Filter_MovingAvg(uint8_t ch, int16_t new_x10)
{
    avg_buf[ch][avg_idx] = new_x10;
    int32_t sum = 0;
    for (uint8_t i = 0; i < AVG_N; i++) sum += avg_buf[ch][i];
    return (int16_t)(sum / AVG_N);
}

static void Filter_UpdateAll(void)
{
    for (uint8_t ch = 0; ch < CH_NUM; ch++) {
        temp_filt_x10[ch] = Filter_MovingAvg(ch, temp_raw_x10[ch]);
    }
    avg_idx++;
    if (avg_idx >= AVG_N) avg_idx = 0;
}

/* =========================
   报警判断（带回差）
   ========================= */
static void Alarm_CheckAll(void)
{
    any_alarm = false;

    for (uint8_t ch = 0; ch < CH_NUM; ch++) {
        int16_t t = temp_filt_x10[ch];

        // 高温报警
        if (!alarm_hi[ch]) {
            if (t > (int16_t)high_limit_x10[ch]) alarm_hi[ch] = true;
        } else {
            if (t < (int16_t)(high_limit_x10[ch] - hys_x10)) alarm_hi[ch] = false;
        }

        // 低温报警
        if (!alarm_lo[ch]) {
            if (t < (int16_t)low_limit_x10[ch]) alarm_lo[ch] = true;
        } else {
            if (t > (int16_t)(low_limit_x10[ch] + hys_x10)) alarm_lo[ch] = false;
        }

        if (alarm_hi[ch] || alarm_lo[ch]) any_alarm = true;
    }
}

/* =========================
   蜂鸣器节奏控制（间歇鸣叫）
   ========================= */
static void Alarm_OutputTask10ms(void)
{
    static uint16_t buz_cnt = 0;
    static bool buz_state = false;

    if (!any_alarm) {
        Buzzer_Off();
        LED_AlarmOff();
        buz_cnt = 0;
        buz_state = false;
        return;
    }

    LED_AlarmOn();

    // 200ms 响 + 800ms 停（周期 1000ms）
    buz_cnt += 10;
    if (buz_cnt <= 200) {
        if (!buz_state) { Buzzer_On(); buz_state = true; }
    } else if (buz_cnt <= 1000) {
        if (buz_state) { Buzzer_Off(); buz_state = false; }
    } else {
        buz_cnt = 0;
    }
}

/* =========================
   温度采样任务（200ms）
   ========================= */
static void Temp_SampleTask200ms(void)
{
    for (uint8_t ch = 0; ch < CH_NUM; ch++) {
        int16_t t;
        if (Thermo_ReadTempX10(ch, &t)) {
            // 异常值抑制：限制在 0~100℃
            if (t < TEMP_MIN_X10) t = TEMP_MIN_X10;
            if (t > TEMP_MAX_X10) t = TEMP_MAX_X10;
            temp_raw_x10[ch] = t;
        }
        // 若读取失败，可保留上次值或做断线处理扩展
    }

    Filter_UpdateAll();
    Alarm_CheckAll();
}

/* =========================
   显示任务（200ms）
   ========================= */
static void Display_Task200ms(void)
{
    bool a0 = alarm_hi[0] || alarm_lo[0];
    bool a1 = alarm_hi[1] || alarm_lo[1];
    bool a2 = alarm_hi[2] || alarm_lo[2];
    bool a3 = alarm_hi[3] || alarm_lo[3];

    Display_ShowNormal(temp_filt_x10[0], temp_filt_x10[1], temp_filt_x10[2], temp_filt_x10[3],
                       a0, a1, a2, a3);
}

/* =========================
   参数加载（启动时）
   ========================= */
static void Param_Init(void)
{
    uint16_t low[CH_NUM], high[CH_NUM], hys;
    if (Param_Load(low, high, &hys)) {
        for (uint8_t i = 0; i < CH_NUM; i++) {
            low_limit_x10[i]  = low[i];
            high_limit_x10[i] = high[i];
        }
        hys_x10 = hys;
    } else {
        // 加载失败，使用默认值
        for (uint8_t i = 0; i < CH_NUM; i++) {
            low_limit_x10[i]  = DEFAULT_LOW;
            high_limit_x10[i] = DEFAULT_HIGH;
        }
        hys_x10 = DEFAULT_HYS;
    }
}

/* =========================
   简化的设置逻辑（示例）
   ========================= */
static void UI_Task10ms(void)
{
    static bool in_setting = false;
    static uint8_t sel_ch = 0;
    static bool sel_high = true; // true=high, false=low

    key_event_t ev = Key_ScanEvent10ms();
    if (ev == KEY_NONE) return;

    if (!in_setting) {
        if (ev == KEY_SET) {
            in_setting = true;
            sel_ch = 0;
            sel_high = true;
        }
        return;
    }

    // 设置模式
    if (ev == KEY_SET) {
        // 退出不保存
        in_setting = false;
        return;
    }

    if (ev == KEY_CH) {
        sel_ch = (sel_ch + 1) % CH_NUM;
    } else if (ev == KEY_ITEM) {
        sel_high = !sel_high;
    } else if (ev == KEY_UP) {
        if (sel_high) {
            if (high_limit_x10[sel_ch] < TEMP_MAX_X10) high_limit_x10[sel_ch] += 1;
        } else {
            if (low_limit_x10[sel_ch] < TEMP_MAX_X10) low_limit_x10[sel_ch] += 1;
        }
    } else if (ev == KEY_DOWN) {
        if (sel_high) {
            if (high_limit_x10[sel_ch] > TEMP_MIN_X10) high_limit_x10[sel_ch] -= 1;
        } else {
            if (low_limit_x10[sel_ch] > TEMP_MIN_X10) low_limit_x10[sel_ch] -= 1;
        }
    } else if (ev == KEY_OK) {
        // 保存并退出
        Param_Save(low_limit_x10, high_limit_x10, hys_x10);
        in_setting = false;
    }

    // 约束逻辑：low < high
    if (low_limit_x10[sel_ch] >= high_limit_x10[sel_ch]) {
        if (sel_high) high_limit_x10[sel_ch] = low_limit_x10[sel_ch] + 1;
        else low_limit_x10[sel_ch] = high_limit_x10[sel_ch] - 1;
    }
}

/* =========================
   定时器中断（1ms）
   ========================= */
void SysTick_ISR_1ms(void)
{
    g_ms++;
    if (g_ms % 10 == 0)  flag_10ms = true;
    if (g_ms % 200 == 0) flag_200ms = true;
}

/* =========================
   主函数
   ========================= */
int main(void)
{
    // 用户需补充：硬件初始化（GPIO/SPI/I2C/Timer/Display）
    Param_Init();

    while (1) {
        if (flag_10ms) {
            flag_10ms = false;
            UI_Task10ms();
            Alarm_OutputTask10ms();
            LED_HeartbeatToggle();
        }

        if (flag_200ms) {
            flag_200ms = false;
            Temp_SampleTask200ms();
            Display_Task200ms();
        }

        // 可选：喂狗
    }
}

系统精度与误差分析

7.1 低温段精度较高的原因

在 0~50℃ 范围内，热电偶输出电压变化较为稳定，环境热梯度较小，冷端补偿误差相对可控，配合滤波与校准，系统可获得更高精度。此时测量噪声主要来自电源纹波和 EMI，通过良好硬件布局与软件滤波即可有效抑制。

7.2 高温段误差相对增大的原因

在 50~100℃ 范围内：

热电偶非线性更明显
热电偶线材与接线端温差更大，冷端补偿更敏感
环境干扰与 PCB 温升可能导致转换芯片冷端温度读数偏差
放大器/ADC 漂移对高温段影响更明显
因此高温段误差相对增大是由多因素叠加导致的。通过加强冷端区域散热设计、提高供电稳定性、增加校准点、适当降低采样频率（减少噪声）等方式可进一步改善。

7.3 提升精度的工程措施建议

采用高精度热电偶转换芯片并保证其参考温度稳定
优化 PCB：模拟地与数字地规划、短走线、远离高电流区域
热电偶接口使用屏蔽线与单点接地
软件端采用滤波 + 异常值抑制 + 校准偏移
为每路通道预留独立校准偏移参数，提高一致性

总结

本系统以单片机为核心，通过 4 路 N 型热电偶实现 0~100℃ 温度范围的实时监测与显示，并支持为每路设置上下限报警阈值。当温度越界时，系统通过蜂鸣器与 LED 实现声光报警提示，从而满足多点温度安全监控需求。硬件部分采用热电偶专用转换模块实现高精度采集与冷端补偿，并配合良好的电源滤波、接口保护和抗干扰布局保证测量稳定性；软件部分采用模块化结构，实现温度采样、滤波校准、显示管理、按键交互、报警控制以及参数存储等功能，使系统具备良好的可靠性、可维护性与扩展性。通过合理的报警回差策略与人机交互设计，系统能够在工业与实验场景中稳定运行，尤其在低温区具有更高精度表现，满足多路温度监测与报警的实际应用需求。