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# 完整项目：NTC 温度监测器（带 OLED 显示和 LED 指示）
# 智能物联网设计与实验
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# 功能：
#   - 使用 ADC 读取 NTC 热敏电阻温度
#   - 在 OLED 屏幕上实时显示温度
#   - 显示 5 秒平均温度
#   - LED 颜色指示：蓝色(<20°C)，绿色(20-28°C)，红色(>28°C)
#   - 使用 Steinhart-Hart 方程进行精确温度转换
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from machine import ADC, Pin, I2C
import math
import time
import ssd1306

# ========== OLED 显示屏设置 (I2C) ==========
i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# ========== LED 设置 ==========
led_red = Pin(3, Pin.OUT)    # 红色 LED - 高温指示 (>28°C)
led_green = Pin(2, Pin.OUT)  # 绿色 LED - 正常温度指示 (20-28°C)
led_blue = Pin(6, Pin.OUT)   # 蓝色 LED - 低温指示 (<20°C)

# ========== NTC 热敏电阻设置 ==========
ntc_adc = ADC(Pin(26))       # GP26 = ADC0

# NTC 参数（与传感器配置匹配）
BETA = 3950                  # B 常数（10K NTC 典型值为 3950K）
R_NOMINAL = 10000            # 标称温度下的电阻值 (10KΩ)
T_NOMINAL = 25               # 标称温度（摄氏度）
R_SERIES = 10000             # NTC 模块内部串联电阻 (10KΩ)

# ========== 温度计算函数 ==========
def calculate_temperature(adc_value):
    """
    将 ADC 读数转换为摄氏度温度。
    使用 B 参数方程（简化的 Steinhart-Hart 方程）。
    
    电路：3.3V -- [R_SERIES] -- ADC -- [NTC] -- GND
    """
    if adc_value <= 0 or adc_value >= 65535:
        return None
    
    # 从分压电路计算 NTC 电阻
    r_ntc = R_SERIES * adc_value / (65535 - adc_value)
    
    # Steinhart-Hart 方程（B 参数版本）
    # 1/T = 1/T0 + (1/B) * ln(R/R0)
    t_kelvin = 1.0 / (
        1.0 / (T_NOMINAL + 273.15) +
        (1.0 / BETA) * math.log(r_ntc / R_NOMINAL)
    )
    
    # 开尔文转摄氏度
    t_celsius = t_kelvin - 273.15
    return t_celsius

# ========== 基于温度的 LED 控制 ==========
def update_led_indicator(temp_c):
    """根据温度范围点亮相应的 LED"""
    # 先关闭所有 LED
    led_red.off()
    led_green.off()
    led_blue.off()
    
    if temp_c is None:
        return
    
    if temp_c < 20.0:
        led_blue.on()      # 寒冷：蓝色 LED
    elif temp_c <= 28.0:
        led_green.on()     # 正常：绿色 LED
    else:
        led_red.on()       # 炎热：红色 LED

# ========== 显示更新函数 ==========
def update_display(current_temp, avg_temp):
    """更新 OLED 屏幕显示温度信息"""
    oled.fill(0)  # 清屏
    
    # 标题
    oled.text("NTC 温度监测", 0, 0)
    oled.text("===============", 0, 10)
    
    # 当前温度
    if current_temp is not None:
        oled.text("当前: {:.1f} C".format(current_temp), 0, 22)
    else:
        oled.text("当前: --- C", 0, 22)
    
    # 平均温度
    if avg_temp is not None:
        oled.text("平均(5秒): {:.1f} C".format(avg_temp), 0, 34)
    else:
        oled.text("平均(5秒): --- C", 0, 34)
    
    # 温度状态
    if current_temp is not None:
        if current_temp < 20:
            status = "状态: 寒冷"
        elif current_temp <= 28:
            status = "状态: 正常"
        else:
            status = "状态: 炎热"
        oled.text(status, 0, 46)
    
    # LED 指示图例
    oled.text("LED: 蓝<20 绿20-28 红>28", 0, 56)
    
    oled.show()

# ========== 移动平均滤波（平滑数据） ==========
class MovingAverage:
    def __init__(self, window_size=5):
        self.window_size = window_size
        self.values = []
        self.sum = 0.0
    
    def add_value(self, value):
        if value is None:
            return None
        
        self.values.append(value)
        self.sum += value
        
        if len(self.values) > self.window_size:
            self.sum -= self.values.pop(0)
        
        return self.sum / len(self.values)
    
    def get_average(self):
        if not self.values:
            return None
        return self.sum / len(self.values)

# ========== 主程序 ==========
print("=" * 45)
print("  NTC 温度监测器已启动")
print("=" * 45)
print("  ADC | 电阻(Ω) | 温度(℃) | LED 状态")
print("-" * 45)

# 初始化移动平均（5 个样本 ≈ 5 秒，间隔 1 秒）
temp_avg = MovingAverage(window_size=5)

# 显示启动画面
oled.fill(0)
oled.text("NTC 监测器", 20, 20)
oled.text("启动中...", 30, 35)
oled.text("v1.0", 50, 50)
oled.show()
time.sleep(2)

# 主循环
while True:
    # 读取 ADC 值 (0-65535)
    adc_val = ntc_adc.read_u16()
    
    # 计算温度
    temperature = calculate_temperature(adc_val)
    
    # 更新移动平均
    avg_temp = temp_avg.add_value(temperature)
    
    # 控制 LED 指示灯
    update_led_indicator(temperature)
    
    # 更新 OLED 显示
    update_display(temperature, avg_temp)
    
    # 输出到串口控制台，便于调试
    if temperature is not None:
        # 计算电阻值用于显示
        if adc_val > 0 and adc_val < 65535:
            r_ntc = R_SERIES * adc_val / (65535 - adc_val)
        else:
            r_ntc = 0
        
        # 确定 LED 状态
        if temperature < 20:
            led_state = "蓝色"
        elif temperature <= 28:
            led_state = "绿色"
        else:
            led_state = "红色"
        
        print("  {:5d} | {:10.0f} | {:6.1f}  | {}".format(
            adc_val, r_ntc, temperature, led_state
        ))
    else:
        print("  {:5d} | {:10s} | {:6s}  | {}".format(
            adc_val, "无效", "---", "关闭"
        ))
    
    # 等待 1 秒再进行下一次读取
    time.sleep(1)

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# 扩展练习（在此项目基础上扩展）：
#   1) 添加蜂鸣器，温度超过 35°C 时报警
#   2) 记录最高/最低温度并显示在 OLED 上
#   3) 添加按钮，用于切换摄氏度和华氏度显示
#   4) 使用 Pico W 通过 MQTT 将数据发送到云端
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